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1、 第四章第四章 物质结构简介物质结构简介 2022/7/131 离离 子子 键键 共共 价价 键键 分分 子子 间间 力力 氢氢 键键 练练 习习2022/7/132第五节第五节 离子键离子键 离子键理论的基本要点离子键理论的基本要点 离子键定义离子键定义 离子键的形成离子键的形成 离子键的特点离子键的特点 离子的特征离子的特征 离子半径离子半径 离子电荷离子电荷 离子的电子构型离子的电子构型 离子键的强度离子键的强度2022/7/133一、离子键理论的基本要点一、离子键理论的基本要点离子键定义：离子键定义：电离能较小的电离能较小的金属金属金属金属原子原子原子原子和电子亲和能和电子亲和能较大的
2、较大的非金属原子非金属原子非金属原子非金属原子靠近时，前者易失靠近时，前者易失去电子去电子形成正离子形成正离子形成正离子形成正离子，后者易得到电子后者易得到电子形形形形成负离子成负离子成负离子成负离子，这样正，这样正负离子便都具有类负离子便都具有类似稀有气体原子的似稀有气体原子的稳定结构。它们之稳定结构。它们之间靠间靠库仑静电引力库仑静电引力库仑静电引力库仑静电引力结合生成离子化合结合生成离子化合物。这种正负离子物。这种正负离子间的静电吸引力叫间的静电吸引力叫做离子键。做离子键。2022/7/134离子键的形成：离子键的形成：介电常数介电常数（真空）（真空）（水中）（水中）2022/7/135
3、 离子键的特点离子键的特点:NaCl 无方向性：无方向性：无方向性：无方向性：球状电荷分布，各个方球状电荷分布，各个方 向的吸引力一样向的吸引力一样 无饱和性：无饱和性：无饱和性：无饱和性：一个离子同时可以和任一个离子同时可以和任 意多的电荷相反的离子意多的电荷相反的离子 吸引吸引注意：注意：注意：注意：在在NaCl晶体中，不存在晶体中，不存在 NaCl分子分子 由于空间和淡化的影响，由于空间和淡化的影响，离子周围的相反电荷离子数一定。离子周围的相反电荷离子数一定。CsCl2022/7/136二、离子的特征二、离子的特征 离子半径：离子半径：离子半径的变化规律：v 同一主族，从上到下依次同一主
4、族，从上到下依次增大增大增大增大。Li+(70pm)Na+(98pm)Mg2+(75pm)Al3+(55pm)v 同一元素，负离子原子正离子同一元素，负离子原子正离子S6+(30pm)S4+(37pm)S(104pm)S2 2022/7/137 离子电荷：离子电荷：阴阳离子阴阳离子得失电子数得失电子数得失电子数得失电子数。离子电荷的大小。离子电荷的大小直接影响离子键的强度，因而也就影响直接影响离子键的强度，因而也就影响离子及化合物的性质，如颜色、熔点、离子及化合物的性质，如颜色、熔点、沸点、硬度、稳定性、氧化还原性等。沸点、硬度、稳定性、氧化还原性等。离子的电子构型：离子的电子构型：2电子构型
5、电子构型(1 1s s2)，Li、Be2。8电子构型电子构型(n ns s2 2n np p6 6)，Na、Mg2、Al3。917电子构型电子构型(n ns s2 2n np p6 6n nd d1 19 9)，Mn2、Fe2、Ni2 18电子型电子型(n ns s2 2n np p6 6n nd d1010)，Cu、Ag、Zn2、Sn4。182电子型电子型(n n-1)s-1)s2 2(n n-1)p-1)p6 6(n n-1)d-1)d1010n ns s2 2，Sn2、Pb2离子键的经验规律：离子键的经验规律：1818或或18+218+2电子层构型的离子电子层构型的离子 9 91717电
6、子层构型的离子电子层构型的离子 8 8 电子电子层构型的离子。层构型的离子。2022/7/138三、离子键的强度（晶格能三、离子键的强度（晶格能U）如何计算：如何计算：波恩哈伯循环波恩哈伯循环Na(g)F(g)F-(g)Na+(g)SUE1/2DIHv S：升华能升华能v I：电离能电离能 v D：离解能离解能v E：电子亲合能电子亲合能v U：晶格能晶格能v H：NaF的生成焓的生成焓离子电荷愈离子电荷愈高高高高，半径愈半径愈小小小小，晶格，晶格能愈能愈大大大大，离子键，离子键越越牢固牢固牢固牢固熔点越熔点越高高高高2022/7/139第六节第六节 共价键共价键 路易斯共价键理论路易斯共价键
7、理论 价键理论价键理论 价键理论要点价键理论要点 共价键的类型共价键的类型 键参数键参数 杂化轨道理论杂化轨道理论2022/7/1310 路易斯共价键理论：路易斯共价键理论：分子中原子之间是通过分子中原子之间是通过共用电子对结合共用电子对结合共用电子对结合共用电子对结合成键的，并使成键原子达到稳定的稀有成键的，并使成键原子达到稳定的稀有气体结构。这种靠共电子对所用产生的气体结构。这种靠共电子对所用产生的化学结合力，称为化学结合力，称为共价键共价键共价键共价键，化合物叫做，化合物叫做共价化合物。共价化合物。共价化合物。共价化合物。Cl +Cl Cl Cl缺陷：缺陷：不能说明原子间共用电子不能说明
8、原子间共用电子 对为什么会导致生成稳定的分子对为什么会导致生成稳定的分子 共价键的本质是什么共价键的本质是什么2022/7/1311一、价键理论一、价键理论1927年德国科学家海特勒年德国科学家海特勒(W.Heitler)和伦敦和伦敦(F.London)把量子力学的成就应用于最简单的把量子力学的成就应用于最简单的H2结结构上，建立了现代价键理论构上，建立了现代价键理论价键理论认为，价键理论认为，共共共共价键的本质价键的本质价键的本质价键的本质是：两是：两个原子互相接近时，个原子互相接近时，轨道叠加），原子轨道叠加），原子间通过共用间通过共用自旋相自旋相自旋相自旋相反反反反的电子对使能量的电子对
9、使能量降低而成键。降低而成键。键能键长2022/7/1312Change in electron densityas two hydrogen atoms approach each other.共价键成键条件：共价键成键条件：共价键成键条件：共价键成键条件：成键原子中有单成键原子中有单电子且自旋相反电子且自旋相反 原子轨道要最大重叠原子轨道要最大重叠2022/7/1313 价键理论要点价键理论要点:饱和性：饱和性：饱和性：饱和性：一个成单电子只能与另一个自旋方向相反的电子互一个成单电子只能与另一个自旋方向相反的电子互相配对成键，已键合的电子不能再与第三个电子配对。一个原相配对成键，已键合的电
10、子不能再与第三个电子配对。一个原子含有几个未成对电子就只能与几个自旋相反的电子配对成键。子含有几个未成对电子就只能与几个自旋相反的电子配对成键。自旋相反自旋相反自旋相反自旋相反的未成对电子相互靠近时能互相配对，即发生原子的未成对电子相互靠近时能互相配对，即发生原子轨道重叠轨道重叠轨道重叠轨道重叠，使核间电子，使核间电子几率密度增大几率密度增大几率密度增大几率密度增大，可形成稳定的共价键。，可形成稳定的共价键。2022/7/1314 方向性：方向性：方向性：方向性：原子轨道重叠时，总是沿着原子轨道重叠时，总是沿着重叠最多的方向重叠最多的方向重叠最多的方向重叠最多的方向进行，进行，重叠愈多，核间电
11、子密度愈大，形成的共价键愈重叠愈多，核间电子密度愈大，形成的共价键愈 稳固。所以共价键尽可能沿着原子轨道最大重叠稳固。所以共价键尽可能沿着原子轨道最大重叠 的方向形成，这又称为的方向形成，这又称为最大重叠原理最大重叠原理最大重叠原理最大重叠原理。+-+ps+-+ps+-+ps2022/7/1315 共价键的类型：共价键的类型：键：键：成键原子轨道沿两核的连线方向，以成键原子轨道沿两核的连线方向，以“头碰头头碰头头碰头头碰头”的的 方式重叠形成的共价键，称为方式重叠形成的共价键，称为键。键。特点是呈圆柱形对称。特点是呈圆柱形对称。s-s s-p p-p2022/7/1316 键：键：成键原子轨道
12、沿两核轴线方向，以成键原子轨道沿两核轴线方向，以“肩并肩肩并肩肩并肩肩并肩”的方的方 式发生重叠形成的共价键称为式发生重叠形成的共价键称为键。特点是通过键。特点是通过 一个键轴的平面成镜面反对称。一个键轴的平面成镜面反对称。py-pyyxyxzxzx pz-pz2022/7/1317HF的生成的生成例例1 1：2022/7/1318例例2 2：N2的生成的生成2022/7/13192022/7/1320 配位键：配位键：成键原子一方提供孤电子对，另一方提供空轨道。成键原子一方提供孤电子对，另一方提供空轨道。C OCO分子的结构：分子的结构：C:2s22px12py12pz O:2s2 2px1
13、2py1 2pz22022/7/1321 键参数键参数:键能键能(E E)：298.15K及标准压力及标准压力(100kPa)下，将下，将1mol气态气态AB分分 子的键断开，使生成气态子的键断开，使生成气态A、B原子过程所需要的能原子过程所需要的能 量，称为量，称为离解焓离解焓离解焓离解焓 (D)。双原子分子双原子分子双原子分子双原子分子:键能键能(E)等于等于等于等于离解焓离解焓H2(g)H(g)+H(g)H=D(HH)=E(HH)=436kJmol-多原子分子多原子分子多原子分子多原子分子:键能键能(E)等于等于等于等于全部键的离解焓的全部键的离解焓的平均值平均值平均值平均值NH3(g)
14、NH2(g)+H(g)D1=435.1 kJmol-NH2(g)NH(g)+H(g)D2=397.5 kJmol-NH(g)N(g)+H(g)D3=338.9 kJmol-E(NH)=390.5 kJmol-2022/7/1322 键长键长：指构成共价键的两原子之间的核间距。指构成共价键的两原子之间的核间距。键长越键长越小小小小，键愈，键愈强强强强，键愈，键愈牢固。牢固。牢固。牢固。键长：键长：三键双键单键三键双键单键 键能：键能：三键双键单键三键双键单键2022/7/1323 键角键角：分子中键与键之间的夹角称为键角。分子中键与键之间的夹角称为键角。CO2分子的键角分子的键角CH4分子的键角
15、分子的键角2022/7/1324二、杂化轨道理论二、杂化轨道理论为了解释分子的空间结构（键长，键角），为了解释分子的空间结构（键长，键角），Pauling提出提出了杂化轨道的概念，他认为：在了杂化轨道的概念，他认为：在同一个原子同一个原子同一个原子同一个原子中能量相近的不同中能量相近的不同组类型组类型(s,p,d)的几个的几个原子轨道原子轨道原子轨道原子轨道波函数可以波函数可以相互叠加相互叠加相互叠加相互叠加而成而成同等同等同等同等数目数目数目数目的的能量完全相同能量完全相同能量完全相同能量完全相同的杂化原子轨道。的杂化原子轨道。例：例：CH4的结构的结构C:2s22px12py13pz2s2
16、pH:1s11s CH2 or CH4?CH的键角多大？的键角多大？2022/7/1325C:2s22px12py13pz2s2p1ssp32s2p激发激发杂化杂化H:1s1sp3-s键合键合CH4结构的形成：结构的形成：2022/7/1326 杂化轨道理论的基本要点：杂化轨道理论的基本要点：杂化轨道成键时，要满足化学键间斥力最小原则，键与键之杂化轨道成键时，要满足化学键间斥力最小原则，键与键之间斥力的大小决定于键的方向，即决定于杂化轨道的夹角和类间斥力的大小决定于键的方向，即决定于杂化轨道的夹角和类型，因此杂化轨道的类型与分子的空间构型密切相关。型，因此杂化轨道的类型与分子的空间构型密切相关。若干个不同类型的、能级相近的原子轨道改变原来状态，若干个不同类型的、能级相近的原子轨道改变原来状态，重重 新组合成一组新轨道，这一过程称为新组合成一组新轨道，这一过程称为“杂化杂化”或或“轨道杂轨道杂化化”，所形成的新轨道称为杂化轨道。，所形成的新轨道称为杂化轨道。杂化轨道的数目等于参加杂化的原子轨道数目。杂化轨道的杂化轨道的数目等于参加杂化的原子轨道数目。杂化轨道的类型随原子轨道的种类和数目不
