第四章(1) 化学键与分子结构

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1、Chapter 4 Chemical Bond And Molecular Structure第四章 化学键与分子结构p119-21014.1 离子键理论Ionic bond theory4.2 共价键理论covalent bond theory4.3 金属键理论 Metallic bond theory 4.4 分子间作用力Intermolecular forces本章教学内容：p119-2102本章教学要求：7认识分子间作用力和氢键的本质，会用其解释对物质性质的影响.1认识化学键的本质；2掌握离子键的形成及其特点；3掌握离子的特征，离子极化概念；4掌握价键理论的内容；会用价键理论解释共价键

2、的特征，会用价电子对互斥理论和杂化轨道理论解释简单的分子结构；5初步认识分子轨道，掌握第二周期元素的分子轨道特点；6理解金属键理论，特别是能带理论，会用能带理论解释固体分类；34-0 化学键的定义 (definition of chemical bond) p1190-1 什么是化学键？2Na (s) + Cl2 (g) 2NaCl (s) ColorStateElectrical conductivity银灰色 黄绿色 无色固体 气体 晶体极强 极弱 极弱熔融导电上边三种物质的性质的不同是由什么引起的？反映出什么问题？4Pauling L 在中提出了 用得最广泛的化学键定义：如果两个原子（或

3、原子团）之间的作 用力强得足以形成稳定的、可被看作独立分子物种的聚集体，它 们之间就存在化学键.简单地说，化学键是指分子内部原子之间的 强相互作用力.化学键理论可以解释: 分子的形成与稳定性 共价键的本质及饱和性 分子的几何构型和共价键的方向性 化学键与分子的物化性质间的关系不同的外在性质反应了不同的内部结构各自内部的结合力不同5化 学 键共价键金属键离子配键离子偶极配键电价配键 配键双原子 共价键多原子 共价键电子对键 （单、双、叁键）单电子键三电子键共轭 键多中心键极 性 键 共价配键非极性键0-2 已明确了的化学键类型电价键离子键6科塞尔(Kossel)-离子键理论路易斯(G.N. Le

4、wis)-共价键理论化学键分子中的两个（或多个）原子之间的相互作用。71-1 离子键的形成 (以 NaCl 为例)分别形成 Ne 和 Ar 稀有气体的原子结构，成为稳定离子。 首先形成稳定离子:NaNa+ 2s2 2p6 3s1 2s2 2p6 ClCl- 3s2 3p5 3s2 3p6p1204-1 离子键理论8 然后由静电吸引，形成化学键。V0Vr0 r0rr 为核间距V为体系势能r = r0 ，（平衡距离）吸引作用与排斥作用达到暂时平衡，V 有极 小值，此时体系最稳定，表明形成离子键。r 1.7，发生电子转移，形成离子键；X Mg 2 + Al 3 + ； K + Ca 2 + 过渡元素

5、，离子半径变化规律不明显 。c ) 同一元素，不同价态的离子，正电荷数高的半径小。如： Ti 4 + 0.414r +/ r 0.414+ + +见p136 表4-4 211-5 晶格能(lattice energy) p138-140 定义：1mol的离子晶体解离为自由气态离子时所吸收的能 量，以符号U 表示.MX (S) M+ (g) + X- (g) 993 801 747 6612 852 2 614 2 430 1 918+1,-1 +1,-1 +1,-1 +1,-1+2,-2 +2,-2 +2,-2 +2,-2231 282 298 323210 240 257 256923 78

6、6747 7043 791 3 401 3 223 3 054Lattice energy and melting point of some ionic compounds Compound charge of the ions ro/pm U/kJmol- t (m. p.)/NaF NaCl NaBr NaIMgO CaO SrO BaO22晶格能可以通过各种方法计算 得到，最常用的是玻恩-哈伯循环法 ：Born-Haber Cycle 玻恩-哈伯循环法见书：p139-140页公式中各个字母的含义：见公式中各个字母的含义：见 p139p1399S SD DI IE EUU U23 晶格能

7、的应用： p1411) 晶格能 U 用以度量离子键的强度。2) 晶体类型相同时，晶格能 U 与正、负离子数成正比，与它 们之间的距离r0 成反比。3) 晶格能越大，正、负离子间结合力越强，相应晶体的熔点 越高、硬度越大，压缩系数和热膨胀系数越小。242-0 共价键的相关概念4-2 共价键理论 p141 (covalent bond theory）美国化学家路易斯Lewis G. N. 在1916年假定化学键所涉及的 每一对电子处于两个相邻原子之间为其共享，用AB表示. 分子 的稳定性是因为共享电子对服从“八隅律”(octet rule).配位共价键 coordination covalent

8、bond非极性共价键 non polar covalent bond 极性共价键 polar covalent bond 电负性原子 electronegative atom电正性原子 electropositive atom共享电子对共价键single covalent bond double covalent bond triple covalent bondThe bond polarity in the hydrogen halide Chemical bondH IH BrH ClH FElectronicgrativity 0.46 0.76 0.96 1.78 differenc

9、e Bonding polarity Increasing in turn记住有关术语和概念！“”单键 “=”双键 “ ”三键25v 写出氯酸根离子ClO3- 的路易斯结构式. 合理的排布应该如下所示：ClO3-离子中价电子总数等于26(四个原子的价电子数相加再加1), 扣除3个 单键的6个电子，余下的20个电子以孤对方式分配给四个原子, 使它们均满 足八隅体规则(octer rule). ClOOO路易斯结构式 p141-142路易斯结构式能够简洁地表达单质和化合物的成键状况。揭示了共价键 和离子键的区别。26各原子共提供3+47=31个价电子；离子的一价负电荷表明还应加一个电子. 因此必须

10、在5个原子周围画上 16 对电子的 32 个圆点。注：负电荷属于整个离子而不是个别原子！v 写出 BF4- 离子的 Lewis 结构.FBFFFFBFFF27虽然路易斯结构式能说明一些问题，但有局限性： p141-1421.对作为中心原子的第3周期及其以下周期的元素而言, 价层电子数可以大于 8 或小于8 . 例如，SiF62-，PCl5 和 SF6 中的中心原子价层 电子数分别为 12，10 和 12 (超价化合物)；而BCl3的价层电子数为6 .2.对于 氧分子的结构，第一种表示虽然符合路易斯结构式，但它不能表达氧 分子显示的磁性，后两种表示方法对.3.有些物种的合理结构能写出不止一个.

11、例如对 NO3- 离子而言，可以写出能 量相同的三个式子（但3个式子都不代表NO3-离子的实际结构），此时鲍林 的共振论此时应运而生 .NOOONOOONOOO 28价键理论（Valence Bond Theory)：又称电子配对法，简称VB法。2-1 价键理论 p1421927年， 德国化学家Heitler 和London用量子力学处理 H2分子问题所得结果的推广。29（1）共价键的本质原子相互接近时，由于原子轨道的重叠，两个 1s 电子自旋相同时，r 越小，V 越大。不能形成化学键。（下图红线）电子自旋相反时，r = r 0 时使体系能量V 值最小，此时两个 H 原子之间形成了化学键。 （

12、下图黑线）p143V0DRro30基态推斥态ABABp14431（2）成键的原理（a） 电子配对原理；可以形成AB型(HCl等)、AB2型（H2O等) （b） 能量最低原理； （c） 原子轨道最大重叠原理。（3）共价键的特点A. 结合力的大小决定于共用电子的数目和重叠方式B. 共用电子对在两核间几率密度最大p145p14632C. 共价键具有饱和性饱和性是指：每个原子成键的总数或以单键联接的 原子数目是一定的。D. 共价键具有方向性+1sz+3pzzHCl的成键情况33z+z+ Cl2分子的成键情况+pzpz34E. 共价键具有不同的键型键轴: 成键的两个原子核间的连线。按成键轨道与键轴之间的

13、关系，共价键的键型主要分为：a) 键 成键时，原子轨道以“头碰头”的方式重叠； 原子轨道发生最大重叠； 原子轨道重叠部分沿着键轴呈圆柱对称。+ + + + + + s-spx-spx-pxX轴p148X轴35特别地：配位 键共用电子对由成键原子中的一方单独提供形成的化学键。 如配合物: Cu(NH3)42+，Ag(NH3)2+，Fe(CO)5 等.配位键形成后也具有等价性。具体内容在配位化合物那一章详细介绍。36b) 键n原子轨道平行，“肩并肩”重叠；n重叠部分具有镜面反对称性【对一个通过键轴几率密度为零的 平面(节面)】；n轨道重叠程度比 键小，键能也小，因此稳定性低，键较易断 裂。+ + pz-pzp149zxy（键轴为 x 轴） 37N NN Nz N2 分子中两个原子各有三个单电 子，分别占据px、 py、pz轨道；此时：沿 x 轴成键时，px和 px “ 头碰头”形成一个 键 。则： pz与 pz ，py和 py“肩并肩” 形成两个 键。 N2 分子含 1 个 键，2 个 键 p150y38sp - sp轨道间夹角180，呈直线型。 键：肩并肩方式重叠