无机化学化学键与分子结构

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1、无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学第四章 化学键与分子结构 Chapter 4 Chemical bond and molecular structure无机化学电子教案无机化学电子教案基本内容和重点要求4.1 离子键理论4.2 共价键理论4.3 金属键理论4.4 分子间作用力掌握离子键、共价键和金属键的基本特性及其它们的区别,掌握价键理论、杂化轨道理论、价层电子对互斥理论、 分子轨道理论,掌握金属键的改性共价键理论、了解能带理 论,理解分子间作用力的概念、氢键的特性和形成条件。 无机化学电子教案无机化学电子教案为什么要讨论分子的内部结构？分子的内部结构包含哪些内容？ 分子中原子间的相互

2、作用，即化学键问题； 分子或晶体的空间构型； 分子与分子之间的相互作用； 分子结构与物质性质的关系。什么是化学键？元素的原子之间为什么能化合？化学键分子或晶体中原子间的强相互作用（ 40 kJmol-1）无机化学电子教案无机化学电子教案离子键理论1916 共价键理论1916科塞尔(Kossel)路易斯(G.N. Lewis)海特勒伦敦价键理论 1927鲍林杂化轨道理论 1931价层电子对互斥理论西奇威克(sidgwick) 1940吉来斯必(R.J. Gillrdpie)分子轨道轨道理论密立根(RS Mulliken) 1928休克尔(E.Huckel) 1931无机化学电子教案无机化学电子教

3、案4.1.1 离子键的形成4.1.2 离子键特点4.1.3 离子特征4.1.4 离子晶体4.1.5 晶格能4.1 离子键键理论论无机化学电子教案无机化学电子教案离子型化合物：活泼金属原子与活泼非金属原子所形成的 化合物。如KCl，CaO等。v 主要以晶体形式存在v 较高熔点和沸点v 熔融或水溶解后能导电 ？4.1.1 离子键的形成（1）离子键理论 1916 年德国科学家 Kossel ( 科塞尔 ) 提出 当活泼金属的原子与活泼的非金属原子相互化合时，均有通过得失电子而达到稳定电子构型的倾向；对主族元素，稳定结构是指具有稀有气体的电子结构，如钠和氯；对过渡元素，d 轨道一般处于半充满，例外较多

4、。无机化学电子教案无机化学电子教案 原子间发生电子转移而形成具有稳定结构的正负离子，当正、负离子的吸引和排斥力达到平衡时形成离子键。离子键: 原子间发生电子的转移，形成正、负离子，并通过静电作用形成的化学键。NaNa+ 2s 2 2p 6 3s 1 2s 2 2p 6 ClCl- 2s 2 2p 5 2s 2 2p 6首先形成稳定离子然后由静电吸引形成化学键以NaCl为例无机化学电子教案无机化学电子教案(2) 离子键的形成条件1. 元素的电负性差比较大 1.7，发生电子转移，产生正、负离子，形成离子键； 1.7 ，实际上是指离子键的成分大于 50 %）2. 易形成稳定离子Na + 2s 2 2

5、p 6，Cl 3s 2 3p 6 ，只转移少数的电子就达到稀有气体式稳定结构。3. 形成离子键时释放能量多Na ( s ) + 1/2 Cl 2 ( g ) = NaCl ( s ) H = 410.9 kJmol1在形成离子键时，以放热的形式，释放较多的能量。无机化学电子教案无机化学电子教案4.1.2 离子键特点(1) 离子键的本质是静电引力q1 ，q2 分别为正负离子所带电量 ，r 为正负离子的核间距离，F为静电引力。（2）离子键没有方向性与任何方向的电性不同的离子相吸引，所以无方向性。（3）离子键没有饱和性只要是正负离子之间，则彼此吸引，即无饱和性。（4）键的离子性与元素的电负性有关 1

6、.7，发生电子转移，形成离子键； 1.7 ，实际上是指离子键的成分大于 50 %。无机化学电子教案无机化学电子教案AB型化合物单键的离子性百分数与电负性差值之间的关系电负性差离子性/%电负性差离子性/% 0.211.855 0.442.063 0.692.270 0.8152.476 1.0222.682 1.2302.886 1.4393.089 1.6473.292无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案简单负离子的电子层构型一般都具有稳定的8电子结构如F-4.1.3 离子的特征（1）离子的电荷（2）离子的电子层构型电荷高，离子键强。 +1, +2, +3, +4相

7、应原子的得失电子数正离子的电子层构型大致有 5 种 8电子构型，如 2电子构型，如 18电子构型，如无机化学电子教案无机化学电子教案 9 -17电子构型，如 (18+2)电子构型，如8电子构型离子 Mg 2 + Al 3 + K + Ca 2 + 无机化学电子教案无机化学电子教案4.1.4 离子晶体（1） 离子晶体的特性 正负离子间的静电作用力较强 熔点、沸点较高 因离子键强度大 硬度高受到外力冲击时，易发生位错 导致破碎 。+ + 位错+ + 离子的定向迁移 导电性 离子晶体中不存在单个分子 巨型分子无机化学电子教案无机化学电子教案（2）离子晶体的类型（a）CsCl型晶体属简单立方晶格配位比

8、 8 8晶胞中离子的个数：Cs+: 1个Cl: 8(1/8) = 1 个AB型离子化合物的三种主要的晶体结构类型a异号离子间的距离无机化学电子教案无机化学电子教案（b）NaCl型晶体属立方面心晶格 配位比 6 6晶胞中离子的个数：Na+: 12(1/4)+1=4个Cl: 8(1/8)+6 (1/2) = 4 个异号离子间距离（c）立方ZnS型属立方面心晶格 配位比 4 4晶胞中离子的个数：Zn2+: 4个S2: 6 (1/2) + 8(1/8) = 4 个异号离子间距离无机化学电子教案无机化学电子教案(3) 离子半径比与配位数和晶体构型的关系从六配位的介稳状态出发，探讨半径比与配位数之间的关系

9、。ABCD无机化学电子教案无机化学电子教案如果 r+ 再大些, 则阴离子同号相离, 异号相切的稳定状态。结论 时 ，配位数为 6 , NaCl 式晶体结构。+无机化学电子教案无机化学电子教案+如果r+ 小些, 则阴离子同号相切, 异号相离的不稳定状态，使晶体中离子的配位数下降。结论 时 ，配位数为 4 , ZnS式晶体结构。无机化学电子教案无机化学电子教案ABCDABCD八配位的介稳状态的对角面图。结论 时 ，配位数为 8 , CsCl 式晶体结构。无机化学电子教案无机化学电子教案四配位的介稳状态图。结论 时 ，配位数为 3 。无机化学电子教案无机化学电子教案r +/ r配位数晶体类型实 例0

10、.2250.4144 ZnS型 ZnS, ZnO, BeS, BeO, CuCl, CuBr0.4140.7326NaCl型NaCl, KCl, NaBr, LiF, CaO, MgO, CaS, BaS 0.73218CsCl型CsCl, CsBr, CsI, NH4Cl, TlCNAB型化合物离子半径比与配位数和晶体类型的关系无机化学电子教案无机化学电子教案注意点：1.对于离子化合物中离子的任一配位数来说，都有一相应的正负离子半径比值范围。例外，RbCl 0.822.当一个化合物的正、负离子半径比处于接近极限值时，则该化合物可能同时具有两种构型的晶体。GeO2 0.383.离子晶体的构型除

11、了与正、负离子的半径比有关外，还与离子的电子层构型、离子数目、外界条件等因素有关。CsCl4.离子型化合物的正、负离子半径比规则，只能应用于离子型晶体，而不能用它判断共价型化合物。无机化学电子教案无机化学电子教案4.1.5 晶格能晶格能的数据是指在0K和100k Pa条件下上述过程的能量变化。如果上述过程是在298K和101325 Pa条件下进行时，则释放的能量为晶格焓。晶格能 U 越大，则形成离子键得到离子晶体时放出的能量越多，离子键越强。(2)晶格能测定：玻恩 哈伯循环Born 和 Haber 设计了一个热力学循环过程，从已知的热力学数据出发，利用Hess定律计算晶格能。 P255(1)定

12、义：互相远离的气态正、负离子结合生成1 mol 离子晶体时所释放的能量，用 U 表示。Na+ ( g ) + Cl ( g ) = NaCl ( s ) U = -rHm 无机化学电子教案无机化学电子教案以NaCl为例， Born-Haber循环S： 升华能I1：电离能D：解离能E1：电子亲合能U：晶格能盖斯定律无机化学电子教案无机化学电子教案(3) 影响晶格能的因素 离子的电荷(晶体类型相同时) 离子的半径(晶体类型相同时) 晶体的结构类型 离子电子层结构类型Z，U 例：U(NaCl) U(CaO)born-Land公式 无机化学（大连理工大编P302）R0: 核间距(pm)；A: Made

13、lang常数，与晶体构型有关；n: Born指数，与离子电子层结构类型有关。无机化学电子教案无机化学电子教案离子电荷数大,离子半径小的离子晶体晶格能大,相应表 现为熔点高、硬度大等性能。 P141晶格能对离子晶体物理性质的影响无机化学电子教案无机化学电子教案4.2.1 价键理论4.2.2 杂化轨道理论4.2.3 价层电子对互斥理论4.2.4 分子轨道理论4.2.5 键参数与分子的性质4.2.6 分子晶体与原子晶体4.2 共价键键理论论无机化学电子教案无机化学电子教案1916 年，美国科学家 Lewis 提出共价键理论：分子中的原子可以通过共用电子对来形成稀有气体的稳定电子结构。:N :N :N

14、 N:+=成功地解释了由相同原子组成的分子（H2、O2等）以及性质相近的不同原子组成的分子（HCl、H2O等），并揭示了共价键和离子键的区别。共价键：分子中原子间通过共用电子对结合而形成的化学键但有局限：1）某些分子的中心原子最外层电子数不是稀有气体结构；但仍能稳定存在；如，BF3；SF6；PCl5；2）不能解释共价键的特性（方向性、饱和性等）；3）不能解释单电子键 H2+ 和 O2 的磁性；4）不能阐明电子共用的本质。无机化学电子教案无机化学电子教案4.2.1 价键理论(VB)（1）共价键的本质E0-DRro又称电子配对法，是1927年德国化学家W.Heitler和F.London用量子力学处理H2分子结构结果的推广，组成分子的两原子的未成对电子自旋相反，成对偶合形成共价键。 与Lewis法不同 两个 1s 电子以自旋相同，r 越小，E 越大。不能形成化 学键。自旋相反时，r = r0 时，E 值最小，为 E= D (D 0 ，D 孤电子对成键电子 成键电子 成键 电子，即LPLP LPBP BPBP；叁键 双键 单键。P161一般规律（2）判断共价分子结构的一般规则1. 确定中心原子(A) 的价电子层中的总电子数和对数以AXmn+为例 (A中心原子,X配位原子) VP=1/2A的价电子数+X提供的价电子数离子电荷数负 正