《分子结构离子键理论化学键理论共价键理论金属键理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《分子结构离子键理论化学键理论共价键理论金属键理（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,第八章 分子结构 离子键理论 化学键理论 共价键理论 金属键理论 8 - 1 离子键理论 一、离子键的特点 1. 离子键的本质是库仑静电作用力 f = q+ q- /R2 q+ 、q- 为离子所带电荷, R为离子间距离。 离子键强度是用晶格能来描述的。,2,2. 离子键的特点：既无方向性， 也无饱和性 离子化合物是由正负离子通过离子键相互交 替连结而成的晶体结构。 3. 离子键的离子性与元素的电负性差有关。 两元素的电负性差 x判断键的性质 二、离子键的强度与玻恩- 哈伯 （Born - Haber) 循环 1. 晶格能U: 相互远离的气态正离子和负离子结合成1mol离子晶体时所释放的能量
2、的绝对值。 或1mol离子晶体解离成自由气态离子时所吸收的能量的绝对值。,可以近似地认为晶格能等于晶格焓。,3,rHm= H1 + H2 + H3 + H4 + H5 rHm = S + 1/2D + I + (-E) +(-U) U = - rHm + S + 1/2D +I E 代入有关数据： U = 410.9 + 109 + 121 496 349 = 787.9kJmol-1 例1：mMx+(g) + x xm-(g) = Mmxx (s) U = -rHm 2.晶格能的计算 Born-Haber循环 理论计算 U = -Vr0 = NAZ1Z2e2(1-1/n)/4 0r0 N、A
3、为常数，n与电子构型有关，Z1Z2为正负离 子电荷数。,4,3.晶格能的应用： 1. 可以比较离子键的强度和晶体的稳定性。 晶格能越大，晶体的熔点越高，硬度越大， 热膨胀系数越小。压缩系数越小。 2. 由于离子化合物中存在一定的共价成分，实 验晶格能往往比理论计算值大，实验值比计 算值大的越多，说明化合物中存在更多的共 价成分。,5,三、离子的特征： 1. 离子的电荷：原子在形成离子化合物过程中，失去或得到的电子数 2. 离子的电子构型 简单负离子一般最外层具有稳定的8电子构型。 正离子：2电子构型 Li+ Be2+ 8电子构型 Na+ K+ Ca2+ 18电子构型 Cu+、 Ag+、 Zn2
4、+ 、 Cd2+、 Hg2+ 18+2电子构型 Pb2+ 、 Sn2+ 、 Bi3+ 9-17电子构型 Fe2+ 、Fe3+、 Cr3+、 Mn2+,6,3. 离子半径： (1) 离子半径：根据晶体中相邻正负离子间的核间 距(d)测出的。d = r+ + r- （有效离子半径） (2) 离子半径变化规律： p168 具有同一电子结构的正负离子中，负离子半径 一般比正离子半径大。rNa+= 98pm, rF- = 133pm 同一元素不同价态的正离子，电荷数越少的离 子半径越大。rFe2+ rFe3+ 同一主族，从上到下，电荷数相同的离子半径 依次增大。,7, 同一周期主族元素正离子半径随离子电
5、荷数增 大而依次减小。rNa+ rMg2+ rAl3+ 周期表中，每个元素与其邻近的右下角或左上 角元素离子半径接近。即对角线规则。 rLi+ rMg2+ ; rSc3+ rZr4+ ; rNa+ rCa2+ 8 - 2 化学键的键参数及分子的性质 一、 键参数 1.键能：在101.3kPa下，298K时，将1mol理想气体分子AB拆开为理想气态下的A、B原子的过程的焓变，称为AB的键能（bond energy)。用EA-B 表示。,8,例1. NH3 (g) = NH2 (g) + H (g) D1 = 427kJmol-1 NH2 (g) = NH (g) + H (g) D2 = 375
6、kJmol-1 NH (g) = NH (g) + H (g) D2 = 356kJmol-1 EN-H =1/3(D1+D2+D3) = 1158/3 = 386 kJmol-1 2. 键长: 分子中两个键合原子核间的平均距离 3. 键角: 分子中键与键之间的夹角。 4. 键的极性: 不同原子间形成的共价键，由于原 子电负性的不同，原子核的正负电荷重心不再 重合，形成极性共价键。 5. 键级: 价键理论中形成共价键的数目。 键级 = （成键电子数-反键电子数）/ 2,9,二、 分子的性质 1. 分子的极性 组成分子的化学键都是非极性共价键，分子是 非极性分子 组成分子的化学键是极性键 a.
7、分子间构型 不完全对称，是极性分子 NH3 H2O H2S CH3Cl b. 分子间构型 对称，是非极性分子 CO2 CCl4 CH4 双原子分子，键有极性，分子就有极性。,.,10,2. 分子电偶极距: 大小相等,符号相反,彼此相距为d的两个电荷(+q, -q) 组成的体系称为偶极子.其电量与距离的乘积就是分子的电偶极矩. = q d 正负电荷中心的距离乘以正电中心或（负电中心）的电量。 分子的电偶极矩的数值可以判断键的极性,11,3. 分子的磁性 顺磁性物质: 物质的分子中含有未成对电子,单 电子本身自旋运动所产生的自旋磁矩和电子 绕核运动所产生的轨道磁矩产生耦合。 逆磁性物质 磁性的测定
8、： p173 磁天平 = n(n+2)1/2 B B： 单位，Bohr磁子。,12,8-3 共价键理论 一、经典的Lewis学说 1. 要点: 原子通过共用电子对形成的化学键共价键。“”单键 “=”双键 “ ”三键 2. 八隅体规则(octer rule) (1) 按分子或离子式计算总的价电子数目 (2) 画出分子或离子的骨架结构 3. Lewis学说的局限性 二、 价键理论,1927年， 德国化学家Heitler 和London VB法,13,1. 共价键的本质： 原子相互接近时，由于原子轨道的重叠，原子间通过共用自旋方向相反的电子对使体系能量降低，由此形成共价键。 2. 共价键形成的原理
9、(1) 电子配对原理 (2) 能量最低原理 (3) 原子轨道最大重叠原理,14,3. 共价键的特点 (1) 共价键的形成是核对共用电子对的吸引力 (2) 电子对在两核周围的空间运动在两核间空 间出现的几率最大. (3) 饱和性 (4) 方向性 (5) 共价键的键型,15, 键 ：头碰头方式重叠,Cl: 3s2 3p5 3px1 3py2 3pz2,16, 键： 肩并肩方式重叠 p-p 键,N: 2s2 2p3 2px1 2py1 2pz1,17, 键： 肩并肩方式重叠 p-d 键 d-d 键,18, 键： 两个原子的 dxy - dxy, dxz- dxz, dyz - dyz , dx2-y
10、2 - dx2-y2 , 轨道面对面的重叠而成。,19, 键 ：头碰头方式重叠 键： 肩并肩方式重叠 p-p 键 p-d 键 d-d 键 键的键能小于 键键能， 键活泼 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。 一个原子的价电子层有孤 对电子, 配位 键 Cu(NH3)42+ , Fe(CO)5 , SO42 配位 键 CO:一个 键，一个键 ,一个配位 键 C: 1s2 2s2 2px1 2py1 2pz0 O: 1s2 2s2 2px1 2py1 2pz2,配位键形成后，也具有等价性。,20,上节要点提示： 1. 关于原子核外电子排布，VIIIA族： 2He： 1s2
11、10Ne： 2s2 2p6 18Ar ： 3s2 3p6 36Kr： 4s2 4p6 54Xe： 5s2 5p6 86Rn： 6s2 6p6 26Fe: Ar 3d6 4s2 42Mo: Kr 5s1 4d5 应该写成：4d5 5s1,2. 化学键： 离子键 共价键 金属键,21,3.共价键的键型： 要求掌握用共价键的理论讨论分子的结构 例如：用VB法讨论N2、CO分子的形成过程,1. 6C 核外电子排布,2s2 2p2 2s2 2px1 2py1 2pz0,2. 有几个单电子？,3.在形成共价键时可以和几个单电子配对？,问题：,4.和H形成的C-H化合物中，应该形成CH2,但实际上是形成了C
12、H4，怎样解释？,22,三、杂化轨道理论,观点： 成键时，原子中能量相近的原子轨道可以相互混合，重新组成新的原子轨道（杂化轨道） 形成的杂化轨道的数目等于参加杂化的原子轨道数目。 杂化轨道空间伸展方向会改变，轨道有更强的方向性和更强的成键能力。 不同的杂化方式导致杂化轨道的空间分布不同， 由此决定了分子的空间几何构型不同。,23,2. 杂化轨道的类型 (1) sp 杂化 + s + p 2sp 一个s 轨道、一个 p 轨道杂化 形成二个等同的 sp 杂化轨道,sp - sp轨道间夹角180，呈直线型。,24,BeCl2分子的成键过程： Be：2s2 2p0 2s1 2p1 (sp)1 (sp)
13、1 Cl: 3s2 3p5 3px1 3py2 3pz2 Cl: 3s2 3p5 3px1 3py2 3pz2 2个sp分别与Cl 的3px形成2个sp-p 键,25,CO2成键过程：,CO2 : 2个键，2个34， (大键） 34键级比单键强，比双键弱。 C-O键长在双键和三键之间。,C: 激发2s1 2px1 2py1 2pz1 杂化 (sp)1 (sp)1 2py1 2pz1 O: 2s2 2px1 2py1 2pz2 O: 2s2 2px1 2py2 2pz1,26,C: 2s2 2p2 O: 2s2 2p4 O: 2s2 2p4,27, 大键的形成条件：, 有相互平行的p轨道(或d轨
14、道，或p, d轨道) 参与成键的电子数目小于轨道数目的2倍。 形成大 键的原子轨道能量应相近。,问题： 键是如何形成的？,HgCl2的成键过程： 6s2 6p0 6s1 6px1 6py0 6pz0 (sp)1 (sp)1 6py0 6pz0 Cl: 3px1 3py2 3pz2 Cl: 3px1 3py2 3pz2,HgCl2分子的成键过程： 不存在34， 大键。6p 与 3p轨道能量相差太大,28, 大键对分子性质的影响： 大键的形成产生离域效应 使分子稳定性增加 苯： 66 BF3 : 46 酸碱性改变 RCOOH 酸性大于ROH 因为：RCOO- 中存在34， 大键。H+易作为质子 酸
15、电离。例:苯酚， 78， 酰胺的碱性比胺 弱，是由于氮原子上孤对电子参与了34大 键的形成。 。,29, 化学反应活性的变化 例：CH2 = CH-Cl 中的Cl的反应活性不及 CH3- CH2-Cl 中的Cl的反应活性。由于在 CH2 = CH-Cl 中， Cl 参与了大键的形成 其他性质的差异： CH2 = CH- Cl 的极性小 于CH3- CH2-Cl 。 大键的形成 对导电性，颜色也有影响。 有大键的物质一般会带有颜色,30,(2) sp2杂化： 一个s轨道和二个p轨道杂化， 产生三个等同的sp2杂化轨道， sp2杂化轨道间夹角120，呈平面三角形。,B: 2s2 2px1 激发 2s1 2px1 2py1 2pz0 杂化 (sp2)1 (sp2)1 (sp2)1 2pz0 F: 2s2 2p5 2px1 2py2 2pz2 F: 2px1 2py2 2pz2 F: 2px1 2py2 2pz2,
