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1、第七 章化学键与分子结构,分子或晶体中直接相邻的原子或离子间强烈的相互作用力。,化 学 键,类型：,一、离子键的形成,7.1 离 子 键,二、离子键的特征,四、离子的特征,三、离子键的形成条件,一、 离子键的形成,1、原子得到电子形成阴离子,如：Cl 1s2 2s2 2P6 3s2 3P5,Cl- 1s2 2s2 2P6 3s2 3P6,+e,Cl,Cl-,2、原子失去电子形成阳离子。,如：Na 1s2 2s2 2P6 3s1,-e,Na,Na+,Na+ 1s2 2s2 2P6,阴阳离子之间通过静电作用形成的离子键。,Na+ + Cl-,NaCl,1.离子键的本质是阴、阳离子间的静电引力。,二
2、、 离子键的特征,2. 离子键没有饱和性、方向性。,3.离子键的部分共价性。,三、 离子键的形成条件,活泼金属与活泼非金属化合时形成离子键。,如： NaCl、Na2O 、K2S 、 CsCl,当两个成键原子的电负性相差1.7时,形成离子键.,1、离子的电荷,四、离子的特征,离子的电荷是原子在形成离子化合物的过程中得到或失去的电子数。,如： Na+ , Mg2+ , Cl- , S2-,2、离子的电子构型,（1）原子得到电子，形成简单阴离子时，具有稀有气体的8e稳定结构。,Cl- 1s2 2s2 2P6 3s2 3P6,S2- 1s2 2s2 2P6 3s2 3P6,2电子型(1s2 )：Li+
3、 , Be2+ 等,（2）原子失电子时，形成多种结构的阳离子。,正离子的电子构型可分为：,8电子型(ns2 nP6 )：,Na+ , Mg2+ ,Al3+等,18+2电子型ns2nP6nd10(n+1)s2 ：如: Pb2+, Sn2+ 等,9-17电子型(ns2nP6nd1-9 ：如: Fe2+ , Fe3+ , Mn2+ , Cr3+等,18电子型(ns2nP6nd10 :如Ag+ , Cu+ , Zn2+ , Hg2+等,3、离子的半径,（1）阳离子的半径小于其原子半径，简单阴离子的半径大于其原子半径。,r(Na+) r(Cl ),2、同一周期电子层结构相同的阳离子的半径随着核电荷数的增
4、加而减小。,r(Na+) r(Mg2+) r(Al3+ ),r(F-) r(Na+) r(Mg2+) r(Al3+ ),电子层结构相同的离子,随着核电荷数的 增加,离子半径依次减小。,3、同族元素离子电荷数相同的离子,离子半径随电子层数的增多而增大。,r(I-) r(Br-) r(Cl- ) r(F-),r(K+) r(Na+) r(Li+ ),4、同一元素形成不同价态的阳离子时，电荷数高的离子半径小。,r(Fe2+ ) r(Fe3+),离子半径的大小是影响离子化合物性质的重要因素之一。,离子半径越小，阴阳离子间的引力越大，离子键的强度越高，其熔、沸点越高，硬度越大。,早期共价键理论是路易斯的
5、公用电子 对理论。即:原子间靠公用电子对结合起 来的化学键是共价键。如：,各原子都满足了稀有气体的稳定结构， 形成了分子。,7.2 共 价 键,1927年，海特勒、伦敦解H2分子的薛定谔方程，共价键的本质才得以解释。,目前，共价键理论有价键理论(VB法电子配对法)分子轨道理论(MO法)。,一、氢分子的形成,解氢分子的薛定谔方程时得知:两个 氢原子的未成 对电子靠近时 ，系统能量 的变化如图:,自旋相反，出现基态，引力增强，能量降低。,原子轨道发生了重叠， 形成稳定的氢气分子。,自旋平行，出现斥态， 系统能量高；,1、成键原子的未成对电子自旋相反；,2、最大重叠原理：成键原子的原子轨道重叠程度（
6、面积）越大，键越牢。,二、 现代价键理论要点：,三、 共价键的特征,饱和性原子所能形成共价健的数目受未成对电子数所限制。,方向性除s轨道，最大重叠必有方向。,四、 共价键的类型,1、键:原子轨道沿键轴方向“头碰头”式重叠;,2、键:原子轨道沿键轴方向“肩并肩”式重叠,由一个原子提供电子对，另一个原子提供空轨道，形成的共价键叫配位键。,如： H3NH+,O=NN,3、 配 位 键,双原子分子：E=D (D为键离解能)多原子分子：E=,1、键能气态分子每断裂1mol化学键(成气态原子）所需之能量E。,五、 键参数,例如：H2O D (H-OH)=499kJ.mol-1D (O-H)=429kJ.m
7、ol-1,E=,=464kJ.mol-1,键能越大，共价键越牢固，组成的分子越稳定。,2、键长分子中成键原子核之间的平均距离。也称键距或核间距，用l 表示。,如：H-H l=74pm ( 0.74 10-10m)C-C l=154pmC=C l=134pmC= C l=120pm,键长越短，键能越大，共价键越牢固。,3、键角多原子分子中，相邻二个化学键之间的夹角。,键角是反映分子几何构型的重要因素。,杂化:同一原子中，能量相近的原子轨道混合起来，形成成键能力更强的新原子轨道的过程。,一、 基本概念,杂化轨道：杂化后形成的轨道。,杂化轨道理论 与分子的几何构型,杂化轨道数：等于参加杂化的原子轨道
8、数目之和。,如： sp杂化s+p 杂化轨道数=2,杂化轨道的组成：参加杂化的原子轨道平均化。,二、杂化轨道类型与分子几何构型的关系,1、SP杂化,SP杂化是一个原子的1个S轨道和1个P轨道之间进行杂化，形成2个等价的SP杂化轨道。,2个SP杂化轨道互成1800，sp杂化形成直线形分子。,2、SP2杂化,SP2杂化是一个原子的1个S轨道和2个P轨道之间进行杂化，形成3个等价的SP2杂化轨道。,3个SP2杂化轨道互成1200， sp2杂化形成平面正三角形分子。,3、 SP3杂化,SP3杂化是一个原子的1个S轨道和3个P轨道之间进行杂化，形成4个等价的SP3杂化轨道。,4个SP3杂化轨道互成109.
9、50， sp3杂化形成正四面体结构分子。,sp3杂化形成正四面体分子,当几个能量相近的原子轨道杂化后，新形成的杂化轨道的成分不完全相等时，即为不等性杂化。,4、不等性杂化,H2O,NH3,但由于H2O 、NH3分子中保留有孤对电子,四个杂化轨道中只有部分参与成键，为不等性杂化，因此分子的形状是不对称的。,H2O中的O、NH3分子中的N和CH4分子中的C一样，采取的是SP3杂化。,分子间存在着一种较弱作用力，叫分子间力。氢键是一种特殊的分子间力。,分子间力源于分子的极性。,7.3 分子间力与氢键,分子的极性和偶极矩,1 极性分子和非极性分子,正、负电荷中心重合的分子是非极性分子。,正、负电荷中心
10、不重合的分子是极性分子。,2 分子的偶极矩,分子极性的强弱决定于正、负电荷中 心的距离和电荷量。定义分子的偶极 矩为：,=q d,q极上电荷；d偶极长度。 单位：Cm,可用来表征分子极性的大小。,若=0，表示分子是非极性分子,如CO2。,值越大，分子的极性越大。 如：HF 、HCl 、HBr 、HI的值分别为6.37 、3.57 、2.67 、1.40。,HCl CO HF NO,O2 H2 Cl 2 N 2,分子的极性和键的极性一致,双原子分子,空间结构对称的多原子分子，键的极性相互抵消，分子不具有极性，为非极性分子。,O=C=O,CH4,多原子分子,空间结构不对称的多原子分子，键的极性不可
11、能相互抵消，分子中正负电荷的中心不重合，为极性分子。,H2O,NH3,分 子 间 力,分子与分子间的相互作用力，叫做分子间引力，又叫范德华力。,分子间力普遍存在于分子之间。,分子间力的特征, 是弱作用力。, 无方向性和饱和性。, 是近距离力。,键能比化学键小1-2个数量级。 如：H2O中,分子间力47.28kJ.mol-1而E(O-H)=463kJ.mol-1,分子间作用力的大小直接影响物质的许多物理性质，如熔点、沸点、溶解度、硬度等。,组成和结构相似的物质，分子间作用力随着分子量的增加而增大，表现在熔、沸点的升高上。,如： F2 Cl2 Br2 I2 熔点 -219.6 -101 -7.2
12、113.5 沸点 -188.1 -34.6 58.78 184.4,卤素单质的熔点、沸点随着分子量的增加而增大。,如： CH4 SiH4 GeH4 SnH4 熔点 -164 -112 -90 -52,气态氢化物沸点随着分子量的增加而增大。,如： HF HCl HBr HI 熔点 20 -85 -67 -36,HF的沸点反常的高，说明HF分子间除存在着一般的分子间力外，还存在着特殊的分子间作用力。,如HF中氢键的形成：,一、氢键的形成,FHF H,氢键,HF分子间形成氢键,F,H,F,H,F,H,F,H,H,H,F,在XHY中:1、H与电负性大、半径小的元素(X)形成强极性共价键的氢原子；2、Y
13、有孤对电子、电负性大、半径小的元素(F、O、N)。,二、 氢键的形成条件,H2O分子间也可以形成氢键。,O,H,H,O,H,H,O,H,H,O,H,H,H,O,H,H,又如水分子之间的氢键,不仅相同的分子间可以形成氢键， 不同的分子间也可以形成氢键。,O,H,H,H,F,O,H,H,F,H,氢键可在分子间形成，但若 H 两侧的电负性大的原子属于同一分子，则为分子内氢键。,如 HNO3,邻硝基苯酚,有分子内氢键m. p. 44 45 ,1、弱作用力 强于分子间力，小于化学键40kJ.mol-1,3、有饱和性,三、 氢键的特征,2、有方向性,四、分子间力和氢键对物质性质的影响,主要是对熔点、沸点、溶解度、汽化热、熔化热、表面张力、黏度、分子缔合等，有明显影响。,如： HF HCl HBr HI 熔点 20 -85 -67 -36,如： H2O H2S H2Se H2Te 熔点 100 -61 -41 -2,
