《无机及分析化学之物质结构基础ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无机及分析化学之物质结构基础ppt课件（255页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第4章章物物质结构基构基础4.1 原子结构的近代理论原子结构的近代理论4.2 核外电子运动状态核外电子运动状态4.3 原子电子层结构和元素周期系原子电子层结构和元素周期系4.4 离子键离子键4.5 价键理论价键理论4.6 杂化轨道理论杂化轨道理论4.7 分子间作用力和氢键分子间作用力和氢键4.8 晶体结构晶体结构1本章重、难点本章重、难点1.重点内容：重点内容：四个量子数四个量子数，核外电子排布核外电子排布，周期性，周期性，共价键。共价键。2.难点内容：波函数、原子轨道与电子云角度分布难点内容：波函数、原子轨道与电子云角度分布图形，原子轨道与核外电子运动状态的量子数，原图形，原子轨道与核外电
2、子运动状态的量子数，原子核外电子排布式，子核外电子排布式，杂化轨道理论杂化轨道理论。 24.1 原子结构的近代理论原子结构的近代理论 德谟克利特德谟克利特(公元前公元前)：一切物质都由微粒组成，：一切物质都由微粒组成，这种微粒无限小，世上没有比它再小的东西，因这种微粒无限小，世上没有比它再小的东西，因此它是不可再分。无数的原子在无限的空间或此它是不可再分。无数的原子在无限的空间或“虚空虚空”中运行；原子是永恒存在的，没有起因中运行；原子是永恒存在的，没有起因,“不可分不可分”，也看不见，相互间只有形状、排列、，也看不见，相互间只有形状、排列、位置和大小之区别。位置和大小之区别。4.1.1微观粒
3、子的波粒二象性微观粒子的波粒二象性原子结构理论的发展简史原子结构理论的发展简史一、古代希腊原子理论一、古代希腊原子理论3每一种化学元素有一种原子；每一种化学元素有一种原子；同种原子质量相同，不同种原同种原子质量相同，不同种原子质量不同；子质量不同；原子不可再分原子不可再分;一种原子不会转变为另一种原一种原子不会转变为另一种原子子;化学反应只是改变了原子的结化学反应只是改变了原子的结合方式合方式,使反应前的物质变成反使反应前的物质变成反应后的物质应后的物质二、道尔顿二、道尔顿(J.Dolton)的原子理论：的原子理论：4 Rutherford “太阳太阳-行星模型行星模型”的要点：的要点：1.所
4、所有有原原子子都都有有一一个个核核即即原原子子核核；2.核核的的体体积积只只占占整整个个原原子子体体积积极极小小的的一一部部分分；3.原原子子的的正正电电荷荷和和绝绝大大部部分分质质量量集集中中在在核核上上；4.电子像行星绕着太阳那样电子像行星绕着太阳那样绕核运动绕核运动。三、卢瑟福三、卢瑟福(E.Rutherford的行星式原子模型的行星式原子模型5在在对对粒粒子子散散射射实实验验结结果果的的解解释释上上,新新模模型型的的成成功功是显而易见的是显而易见的,至少要点中的前三点是如此至少要点中的前三点是如此。根根据据当当时时的的物物理理学学概概念念,带带电电微微粒粒在在力力场场中中运运动动时时总
5、总要要产产生生电电磁磁辐辐射射并并逐逐渐渐失失去去能能量量,运运动动着着的的电电子子轨轨道道会会越越来来越越小小,最最终终将将与与原原子子核核相相撞撞并并导导致致原原子子毁毁灭灭。由由于于原原子子毁毁灭灭的的事事实实从从未未发发生生,将将经经典典物物理理学学概概念推到前所未有的尴尬境地。念推到前所未有的尴尬境地。 行星式原子模型面临的窘境行星式原子模型面临的窘境 6波的微粒性波的微粒性 导导致致了了人人们们对对波波的的深深层层次次认认识识，产产生生了了讨讨论论波波的的微微粒粒性性概概念念为为基基础础的的学学科科 量量子子力力学学( (quantum mechanics）。）。Einstein的
6、光子学说的光子学说电子微粒性的实验电子微粒性的实验Plank的量子论的量子论四、近代原子结构理论四、近代原子结构理论氢原子光谱氢原子光谱7电磁波的微粒性电磁波的微粒性电磁波是通过空间传播的能量电磁波是通过空间传播的能量。可见光只不过是电可见光只不过是电磁波的一种磁波的一种。电磁波在有些情况下表现出连续波的性质，另一些情况下电磁波在有些情况下表现出连续波的性质，另一些情况下则更像单个微粒的集合体，后一种性质叫作波的微粒性。则更像单个微粒的集合体，后一种性质叫作波的微粒性。 81900年年,普朗克普朗克(Plank M)提出著名的普朗克方程：提出著名的普朗克方程：E= hv式式中中的的h叫叫普普朗
7、朗克克常常量量(Planck constant), 其其值值为为6.62610-34Js。Plank公式公式9普朗克认为普朗克认为, , 物体只能按物体只能按hv的整数倍的整数倍( (例如例如1hv,2hv,3hv等等) )一份一份地吸收或释出光能一份一份地吸收或释出光能, , 而不可而不可能是能是0.5hv,1.6hv,2.3hv等任何非整数倍。即所等任何非整数倍。即所谓的能量量子化概念。量子化是微观领域的重要谓的能量量子化概念。量子化是微观领域的重要特征。特征。普朗克提出了当时物理学界一种普朗克提出了当时物理学界一种全新全新的概念的概念, , 但它只涉及光作用于物体时能量的传递过程但它只涉
8、及光作用于物体时能量的传递过程( (即即吸收或释出吸收或释出) )。10光电效应光电效应1905年年,爱因斯坦爱因斯坦(Einstein A)成功地将能量量子化概成功地将能量量子化概念扩展到光本身念扩展到光本身,解释了光电效应解释了光电效应(photoelectric effect)。11爱爱因因斯斯坦坦认认为为,入入射射光光本本身身的的能能量量也也按按普普朗朗克克方方程程量量子子化化,并并将将这这一一份份份份数数值值为为1hv的的能能量量叫叫光光子子( (photons), ), 一一束束光光线线就就是是一一束束光光子子流流. . 频频率率一一定定的的光光子子其其能能量量都都相相同同, ,
9、光光的的强强弱弱只只表表明明光光子子的的多多少少, , 而与每个光子的能量无关。而与每个光子的能量无关。 爱爱因因斯斯坦坦对对光光电电效效应应的的成成功功解解释释最最终终使使光光的的微微粒性为人们所接受。粒性为人们所接受。12微粒的波动性微粒的波动性波动性的直接证据波动性的直接证据光的衍射和绕射光的衍射和绕射灯光源灯光源德布罗依德布罗依1924 1924 年说：年说： “ 过过去去，对对光光过过分分强强调调波波性性而而忽忽视视它它的的粒粒性性；现现在在对对电电子子是是否否存存在在另另一一种种倾倾向向，即即过过分分强强调调它它的的粒粒性性而忽视它的波性。而忽视它的波性。”13著名的德布罗依关系式
10、著名的德布罗依关系式1927年年,德布罗意（德布罗意（deBroglie1892-1987）在他的博）在他的博士论文中大胆地假定：士论文中大胆地假定：所有的实物粒子都具有跟光所有的实物粒子都具有跟光一样的波粒二象性，一样的波粒二象性，引起科学界的轰动。引起科学界的轰动。141927年，年，Davissson 和和Germer 应用应用Ni晶体晶体进行电子衍射实验，证实电子具有波动性进行电子衍射实验，证实电子具有波动性。(a)(b)微粒波动性的近代证据微粒波动性的近代证据电子的波粒二象性电子的波粒二象性KVDMP 实验原理实验原理灯光源灯光源X X射线管射线管电子源电子源15波粒二象性是否只有微
11、观物体才具有？波粒二象性是否只有微观物体才具有？微观粒子电子：微观粒子电子：宏观物体子弹：宏观物体子弹：m = 1.010-2kg,=1.0103ms-1, = 6.6 10-35m16实物颗粒的质量、速度与波长的关系实物颗粒的质量、速度与波长的关系实物实物质量质量m/kg速度速度v/(m.s-1)波长波长/pm1V电压加速的电子电压加速的电子9.110-315.91051200100V电压加速的电子电压加速的电子9.110-315.91061201000V电压加速的电电压加速的电子子9.110-311.91073710000V电压加速的电电压加速的电子子9.110-315.910712He原
12、子（原子（300K）6.610-271.410372Xe原子（原子（300K）2.310-252.410212垒球垒球2.010-1301.110-22枪弹枪弹1.010-21.01036.610-2317 由由于于宏宏观观物物体体的的波波长长极极短短以以致致无无法法测测量量，所所以以宏宏观观物物体体的的波波长长就就难难以以察察觉觉，主主要要表表现现为为粒粒性性，服服从从经经典典力力学学的的运运动动规规律律。只只有有像像电电子子等等质质量量极极小小的的微微粒粒才才具具有有与与X射射线线数数量量级级相相近近的的波波长长, ,才才符符合合德布罗依公式。德布罗依公式。对高速运动着的质量很小的微观物体
13、，如核外电对高速运动着的质量很小的微观物体，如核外电子，就要考察其波动性。子，就要考察其波动性。电子波的应用电子波的应用扫描电子显微镜扫描电子显微镜ScanningElectronMicroscope18扫描电镜扫描电镜19硅胶整体柱硅胶整体柱20四钼酸胺四钼酸胺21氧化铝结晶氧化铝结晶22分子筛分子筛23碳纤维碳纤维24光谱与原子光谱光谱与原子光谱连续光谱（连续光谱（continuousspectrum)：波长从：波长从370-650nm的连续光混合起来就是可的连续光混合起来就是可见光。见光。原子光谱谱线的分立原子光谱谱线的分立揭示电子运动能量的量子揭示电子运动能量的量子化。化。25产生连续
14、光谱的实验装置产生连续光谱的实验装置26电磁波连续光谱电磁波连续光谱27线状光谱（原子光谱）（线状光谱（原子光谱）（linespectrum）氢原子光谱（原子发射光谱）：氢原子光谱（原子发射光谱）：真空管中含少量氢气，高压放电，真空管中含少量氢气，高压放电，发出紫外光和可见光发出紫外光和可见光三棱镜三棱镜不连续的线状光谱不连续的线状光谱28连续光谱和原子发射光谱（线状光谱）比较连续光谱和原子发射光谱（线状光谱）比较原子发射光谱法，是利原子发射光谱法，是利用物质在热激发或电激用物质在热激发或电激发下，每种元素的原子发下，每种元素的原子或离子发射特征光谱来或离子发射特征光谱来判断物质的组成，而进判
15、断物质的组成，而进行元素的定性与定量分行元素的定性与定量分析的方法。析的方法。29光谱仪可以测量物质发射或吸收的光的波长，拍摄光谱仪可以测量物质发射或吸收的光的波长，拍摄各种光谱图。光谱就像各种光谱图。光谱就像“指纹指纹”辨人一样，可以辨辨人一样，可以辨别形成光谱的元素。别形成光谱的元素。然而，直到上世纪初，人们只知道物质在高温或电然而，直到上世纪初，人们只知道物质在高温或电激励下会发光，却不知道发光机理；人们知道每种激励下会发光，却不知道发光机理；人们知道每种元素有特定的光谱，却不知道为什么不同元素有不元素有特定的光谱，却不知道为什么不同元素有不同光谱。同光谱。30几种原子的发射光谱几种原子
16、的发射光谱氢氢氦氦锂锂钠钠钡钡汞汞氖氖31氢原子光谱和玻尔理论氢原子光谱和玻尔理论 氢光谱是所有元素的光谱中最简单的光谱。在可见氢光谱是所有元素的光谱中最简单的光谱。在可见光区，它的光谱只由几根分立的线状谱线组成，其光区，它的光谱只由几根分立的线状谱线组成，其波长和代号如下所示：波长和代号如下所示：谱线谱线HHHHH编号编号(n)12345波长波长/(nm)656.279410.175486.133434.04832经典电磁场理论不能解释氢原子光谱经典电磁场理论不能解释氢原子光谱经典电磁理论认为：经典电磁理论认为：电子绕核作高速圆周运动；电子绕核作高速圆周运动；发出连续电磁波发出连续电磁波连续
17、光谱；连续光谱；电子能量电子能量坠入原子核坠入原子核原子湮灭。原子湮灭。事实：事实：氢原子光谱是线状的（而不是连续光谱）；氢原子光谱是线状的（而不是连续光谱）；原子没有湮灭。原子没有湮灭。如何解释氢原如何解释氢原子线状光谱的子线状光谱的实验事实呢？实验事实呢？331913年丹麦青年物理学家年丹麦青年物理学家Niels Bohr根据：根据：M.Plack量子论量子论(1900年年)A.Einstein光子学说光子学说(1905年年)D.Rutherford有核原子模型有核原子模型提出了自己的原子结构理论才提出了自己的原子结构理论才从理论上解释了氢原子光谱的从理论上解释了氢原子光谱的规律。规律。N
18、ielsBohr(1885-1962)34氢光谱是所有元素的光谱中最简单的光谱。在可氢光谱是所有元素的光谱中最简单的光谱。在可见光区，它的光谱只由几根分立的线状谱线组成见光区，它的光谱只由几根分立的线状谱线组成,不难发现，从红到紫不难发现，从红到紫,谱线的波长间隔越来越小。谱线的波长间隔越来越小。5的谱线密得用肉眼几乎难以区分。的谱线密得用肉眼几乎难以区分。1883年，瑞年，瑞士的中学教师巴尔麦（士的中学教师巴尔麦（J.J.Balmer1825-1898）猜想）猜想这些谱线的波长之间存在某种数学关系，经过反复这些谱线的波长之间存在某种数学关系，经过反复尝试，他发现，谱线波长尝试，他发现，谱线波
19、长()与编号与编号(n)之间存在如之间存在如下经验方程：下经验方程：35里德堡里德堡(J.R.Rydberg1854-1919)把巴尔麦的经验方把巴尔麦的经验方程改写成如下的形式：程改写成如下的形式：常数常数 后人称为里德堡常数，其数值为后人称为里德堡常数，其数值为1.09677107m-1。36氢的红外光谱和紫外光谱的谱线也符合里德堡氢的红外光谱和紫外光谱的谱线也符合里德堡方程，只需将方程，只需将1/22改为改为1/n12,n1=1,2,3,4;而把后一个而把后一个n改写成改写成n2=n1+1,n1+2,即可。当即可。当1=2时时,所得到的是所得到的是可见光谱的谱线可见光谱的谱线,称为称为巴
20、尔麦系巴尔麦系,当当n1=3,得到氢的红得到氢的红外光谱外光谱,称为称为帕邢帕邢(Pachen)系系,当当n1=1,得到的是氢的紫得到的是氢的紫外光谱外光谱,称为称为莱曼莱曼(Lyman)系系。37玻尔理论玻尔理论三个基本假设三个基本假设1.行星模型行星模型核外电子运动的轨道角动量（核外电子运动的轨道角动量（L）量子化（而不是连续变化）：量子化（而不是连续变化）：Planck常数常数h=6.62610-34J.s，符合这种量子条件，符合这种量子条件的的“轨道轨道”(orbit)称为称为“稳定轨道稳定轨道”。电子在稳定轨道。电子在稳定轨道运动时，既不吸收，也不辐射光子。运动时，既不吸收，也不辐射
21、光子。382.定态假设定态假设在一定的轨道上运动的电子的能量也在一定的轨道上运动的电子的能量也是量子化的：是量子化的：注意：上述公式只适用于氢原子或类氢原子：注意：上述公式只适用于氢原子或类氢原子：He+、Li2+、Be3+393.量子化条件量子化条件电子在不同轨道之间跃迁电子在不同轨道之间跃迁(transition)时，会吸收或辐射光子，其能量取决于时，会吸收或辐射光子，其能量取决于跃迁前后两轨道的能量差：跃迁前后两轨道的能量差：40 当当n=1时能量最低，此时能量为时能量最低，此时能量为2.17910-18J,此时此时对应的半径为对应的半径为52.9pm,称为玻尔半径称为玻尔半径。41行星
22、轨道和行星模型是玻尔未彻底抛弃经典物理行星轨道和行星模型是玻尔未彻底抛弃经典物理学的必然结果，用玻尔的方法计算比氢原子稍复杂学的必然结果，用玻尔的方法计算比氢原子稍复杂的氦原子的光谱便有非常大的误差。的氦原子的光谱便有非常大的误差。新量子力学证明了电子在核外的所谓新量子力学证明了电子在核外的所谓“行星轨道行星轨道”是根本不存在的。玻尔理论合理的是：核外电子是根本不存在的。玻尔理论合理的是：核外电子处于定态时有确定的能量；原子光谱源自核外电子处于定态时有确定的能量；原子光谱源自核外电子的能量变化。这一真理为后来的量子力学所继承。的能量变化。这一真理为后来的量子力学所继承。玻尔理论的基本科学思想方
23、法是，承认原子体系玻尔理论的基本科学思想方法是，承认原子体系能够稳定而长期存在的客观事实，大胆地假定光谱能够稳定而长期存在的客观事实，大胆地假定光谱的来源是核外电子的能量变化，用类比的科学方法，的来源是核外电子的能量变化，用类比的科学方法，形成核外电子的行星模型，提出量子化条件和跃迁形成核外电子的行星模型，提出量子化条件和跃迁规则等革命性的概念。规则等革命性的概念。424.1.2测不准原理测不准原理1927年，德国物理学家海森堡提出了不确定原理年，德国物理学家海森堡提出了不确定原理(Heisenbergs uncertainty principle )海森堡海森堡不可能同时测得电子的精确不可能
24、同时测得电子的精确位置和精确动量位置和精确动量 ！43对于子弹，对于子弹，m=0.01kg，h/m=10-32，若位置测，若位置测量偏差量偏差x=10-10m，则速度测量偏差为，则速度测量偏差为v=10-22m/s，完全可以接受。，完全可以接受。对于电子，对于电子，m=9.1110-31kg，h/m量级约为量级约为10-4，原子半径为原子半径为10-10m，若位置偏差为，若位置偏差为xnpndnf 所以能量高低顺序所以能量高低顺序:nsnpndnf（n相同时）相同时） 当当n,l都不同时都不同时,有可能由于钻穿作用不同而发有可能由于钻穿作用不同而发生能级交错现象。生能级交错现象。 78o例：例
25、：E4sE3d,但由于但由于4s电子在内层有三个小几率的峰出电子在内层有三个小几率的峰出现现,离核较近使能量降低离核较近使能量降低,所以所以E4sE3d。o所以当所以当n,l不同时不同时,由于钻穿作用由于钻穿作用,而使能量出现交而使能量出现交错现象错现象.E4sE3dE5sE4dE6s 过渡元素过渡元素 内过渡元素内过渡元素同族元素原子半径的变化趋势同族元素原子半径的变化趋势同族元素原子半径的变化趋势同族元素原子半径的变化趋势 同同族族元元素素原原子子半半径径自自上上而而下下增增大大:电电子子层层依依次次增增加加,有效核电荷的影响退居次要地位有效核电荷的影响退居次要地位125原子半径变化的形象
26、表示图原子半径变化的形象表示图1262.电离能电离能E (g) = E + (g) + e- I 1E + (g) =E 2+ (g) + e- I 2I 1 I 2 I 3 N。第三周期第三周期第二周期第二周期SO解释：第二周期元素的原子半径特别小，电子间斥力解释：第二周期元素的原子半径特别小，电子间斥力很强，以至于加合一个电子时释放的能量要克服电子很强，以至于加合一个电子时释放的能量要克服电子之间的排斥作用，从而使得电子亲合能减小。之间的排斥作用，从而使得电子亲合能减小。132电子亲合能电子亲合能变化的形象表示图变化的形象表示图133原子结合电子的过程是放热还是吸热原子结合电子的过程是放热
27、还是吸热? ? 原子结合电子的过程中存在两种相反的静电作用力原子结合电子的过程中存在两种相反的静电作用力: : 排斥力和吸引力。是放热还是吸热排斥力和吸引力。是放热还是吸热, , 决定于吸引力和决定于吸引力和 排斥力哪一种起支配作用。排斥力哪一种起支配作用。 电子加进电中性原子时通常是吸引力起支配作用电子加进电中性原子时通常是吸引力起支配作用, , 发发 生放热过程生放热过程, ,第一电子亲和能通常为正值。第一电子亲和能通常为正值。 电子加进阴离子时排斥力起支配作用电子加进阴离子时排斥力起支配作用, , 发生吸热过程发生吸热过程, , 第二、第三电子亲和能都为负值。第二、第三电子亲和能都为负值
28、。Question 9Question 9Solution1344.电负性电负性 元元素素的的电电负负性性表表达达处处于于化化合合物物中中的的该该元元素素原原子子将将电电 子对吸引向自身的能力。子对吸引向自身的能力。电负性大电负性大, ,原子吸引电子能力强原子吸引电子能力强。 电负性目前无法直接测定电负性目前无法直接测定, ,目前较为通用的是鲍林电负性目前较为通用的是鲍林电负性标度标度, ,它是规定元素它是规定元素F F的电负性为的电负性为4.0.4.0.根据键离解能的数据计根据键离解能的数据计算得到的算得到的, ,附录九是鲍林电负性值附录九是鲍林电负性值. .是一个相对值是一个相对值. .
29、元素电负性的变化规律元素电负性的变化规律: :同一周期从左到右电负性递增同一周期从左到右电负性递增; ;同同一主族由上到下，电负性逐渐减小一主族由上到下，电负性逐渐减小. .副族元素电负性变化规副族元素电负性变化规律不明显律不明显. . 判断元素金属性和非金属性的强弱：判断元素金属性和非金属性的强弱： 电负性电负性 2.0非金属非金属电负性性0，D0)，表明此时两个表明此时两个H原子之间形成了化学键。原子之间形成了化学键。145从电子云的观点考虑，可认为从电子云的观点考虑，可认为H的的1s轨道在两轨道在两核间重叠，使电子在两核间出现的几率大，形成核间重叠，使电子在两核间出现的几率大，形成负电区
30、。两核吸引核间负电区，使负电区。两核吸引核间负电区，使2个个H结合在结合在一起。一起。146将对将对H2的处理结果推广到其它分子中，形成了的处理结果推广到其它分子中，形成了以量子力学为基础的价键理论以量子力学为基础的价键理论(V.B.法法)。A、B两原子各有一个成单电子，当两原子各有一个成单电子，当A、B相互相互接近时，若两个电子所在的原子轨道能量相近，接近时，若两个电子所在的原子轨道能量相近，对称性相同，则可以相互对称性相同，则可以相互重叠，重叠，两电子以自旋相两电子以自旋相反的方式结成电子对。于是反的方式结成电子对。于是体系能量降低，形成体系能量降低，形成化学键。一对电子形成一个共价键。化
31、学键。一对电子形成一个共价键。147形成的共价键越多，则体系能量越低，形成的分形成的共价键越多，则体系能量越低，形成的分子越稳定。因此，各原子中的未成对电子尽可能子越稳定。因此，各原子中的未成对电子尽可能多地形成共价键多地形成共价键。已知已知N原子的电子结构原子的电子结构2s22p32s2p 每个每个N原子有三个单电子，原子有三个单电子，所以形成所以形成N2分子时，分子时，N原原子与子与N原子之间可形成三个原子之间可形成三个共价键。共价键。写成写成或或148 O2s22p4形成形成CO分子时，与分子时，与N2相仿，同样用了三对电子，相仿，同样用了三对电子，形成三个共价键。与形成三个共价键。与N
32、2不同之处是，其中有一个不同之处是，其中有一个共价键具有共价键具有特殊性特殊性C原子和原子和O原子各提供一原子各提供一个个2p轨道，互相重叠轨道，互相重叠，但是其中的电子是由，但是其中的电子是由O原子独自提供的。这样的共价键称为原子独自提供的。这样的共价键称为共价配位键，共价配位键，经常简称为配位键。经常简称为配位键。考察考察CO分子分子C2s22p2 于是，于是，CO可表示成可表示成：149配位键形成条件：配位键形成条件：一个原子中有对电子；而另一原一个原子中有对电子；而另一原子中有可与对电子所在轨道相互重叠的空轨道。子中有可与对电子所在轨道相互重叠的空轨道。在形成共价键时，单电子也可以由成
33、对电子分开而在形成共价键时，单电子也可以由成对电子分开而得到。如得到。如CH4分子，分子，C原子原子2s22p2，只有，只有2个个单电子。单电子。2p2s 电子激发电子激发2p2s 在配位化合物中，经常见到配位键。在配位化合物中，经常见到配位键。1502s 2s 中一个电子，跃迁到空的中一个电子，跃迁到空的 2p 2p 轨道中，称为激轨道中，称为激发。发。激发后激发后C C 原子有原子有 4 4 个单电子。个单电子。注意，注意，激发需要吸收能量激发需要吸收能量，从能量角度考虑是不，从能量角度考虑是不利的利的。于是形成于是形成CH4分子时，分子时，C与与4个个H成键。这将成键。这将比形成比形成2
34、个共价键释放更多的能量，足以补偿激个共价键释放更多的能量，足以补偿激发时吸收的能量。发时吸收的能量。151同样，也可以解释同样，也可以解释PCl5分子的成键。分子的成键。激发后，有激发后，有5个单电子，个单电子，与与5个个Cl形成共价键形成共价键。3s3d 3p 3s3p 3d激发1524.5.3 共价键的特点共价键的特点1.结合力的本质结合力的本质共价键的结合力本质是电性的，共价键形成时，成共价键的结合力本质是电性的，共价键形成时，成键原子核间电子云密度增加，这一方面增加了两核键原子核间电子云密度增加，这一方面增加了两核对该电子对形成的负电性区域的吸引，另一方面又对该电子对形成的负电性区域的
35、吸引，另一方面又降低了两核间的相互推斥，从而使体系势能降低，降低了两核间的相互推斥，从而使体系势能降低，形成共价键。形成共价键。2.共价键的饱和性共价键的饱和性153有些原子中本来无未成对电子，在特定条件（有些原子中本来无未成对电子，在特定条件（原子外层有空轨道，原子外层有空轨道，相化合的原子必须电负相化合的原子必须电负性大）下也可被拆开为单电子而参与成键，如性大）下也可被拆开为单电子而参与成键，如SF6的形成。的形成。此为此为激发成键激发成键。一个原子有几个未成对电子，一个原子有几个未成对电子，一般一般就只能和几个就只能和几个自旋方向相反的电子自旋方向相反的电子配对成键配对成键，如，如NN，
36、说明一，说明一个原子形成共价键的能力是有限的，这就决定了个原子形成共价键的能力是有限的，这就决定了共价键具有饱和性。共价键具有饱和性。1543.共价键的方向性共价键的方向性各原子轨道在空间分布方向是固定的，为了满足各原子轨道在空间分布方向是固定的，为了满足轨道的最大程度重叠，原子间成的共价键，当然轨道的最大程度重叠，原子间成的共价键，当然要具有方向性。要具有方向性。以以HCl为例：为例：+1sz+3pzz155Cl的的3pz和和H的的1s轨道重叠，只有沿着轨道重叠，只有沿着z轴轴重叠，才能保证最大程度的重叠，而且不改变原有重叠，才能保证最大程度的重叠，而且不改变原有的对称性。的对称性。Cl2分
37、子中成键的原子轨道，也要保持对称性和分子中成键的原子轨道，也要保持对称性和最大程度的重叠。最大程度的重叠。pzzpz+z+156只有当原子轨道对称性相同（原子轨道中只有当原子轨道对称性相同（原子轨道中“+ +”“- -”符号表明对称性）的部分重叠，两原子间才会有概符号表明对称性）的部分重叠，两原子间才会有概率密度（电子云）较大的区域，才能形成共价键，率密度（电子云）较大的区域，才能形成共价键，称称对称性原则对称性原则。（原子轨道角度分布图中。（原子轨道角度分布图中“+ +”“”表示此图形的对称关系：表示此图形的对称关系：符号相同，表示对称性符号相同，表示对称性相同；符号相反，表示对称性不同或反
38、对称）相同；符号相反，表示对称性不同或反对称） 4.原子轨道的重叠原子轨道的重叠157如下图所示的重叠，将破坏原子轨道的对称性。如下图所示的重叠，将破坏原子轨道的对称性。X+X+sp+pzz+pz1584.5.4 共价键的类型共价键的类型（1）键：键：原子轨道重叠部分，对键轴（两原子核原子轨道重叠部分，对键轴（两原子核间连线）具有圆柱形对称性的，这种共价键称为间连线）具有圆柱形对称性的，这种共价键称为键。形成这种键的电子叫键。形成这种键的电子叫电子。电子。共价键若以是否有极性区分，分为极性共价键（强、共价键若以是否有极性区分，分为极性共价键（强、弱）和非极共价键。弱）和非极共价键。若按原子轨道
39、重叠部分所具有的对称性分类，可若按原子轨道重叠部分所具有的对称性分类，可分为三类：分为三类：159键：重叠轨道的电子云密度沿键轴方向的投影键：重叠轨道的电子云密度沿键轴方向的投影为圆形，表明电子云密度绕键轴（原子核之间的为圆形，表明电子云密度绕键轴（原子核之间的连线）对称。形象的称为连线）对称。形象的称为“头碰头头碰头”。轨道可由各种方式组成轨道可由各种方式组成160键示意图键示意图161（2 2）键键：原原子子轨轨道道重重叠叠部部分分，对对键键轴轴所所在在的的某某一一特特定定平平面面具具有有反反对对称称性性，称称键键，形形成成这这种种键键的电子叫的电子叫电子。电子。 形形成成双双键键或或叁叁
40、键键的的两两原原子子间间，常常既既有有键键又又有有键。如键。如N N2 2分子中。分子中。162键成键方式键成键方式163（3 3）键：键：若原子轨道以面对面（如若原子轨道以面对面（如dxydxy与与dxydxy）方）方式重叠，为式重叠，为键（在金属原子间成键或多核配合物键（在金属原子间成键或多核配合物结构中出现）。结构中出现）。164（4 4）大大键键：在多原子分子中如有相互平行的在多原子分子中如有相互平行的p轨道，它道，它们连贯重叠在一起构成一个整体，重叠在一起构成一个整体，p电子在多个原子子在多个原子间运运动形成形成型化学型化学键，这种不局限在两个原子之种不局限在两个原子之间的的键称称为
41、离域离域键，或大，或大键。 形成大形成大键的条件键的条件这些原子都在同一平面上；这些原子都在同一平面上；这些原子有相互平行的这些原子有相互平行的p轨道；轨道；p轨道上的电子总数小于轨道上的电子总数小于p轨道数的轨道数的2倍。是倍。是3个或个或3个以上原子形成的个以上原子形成的键键1651，3-丁二烯是平面形分子，丁二烯是平面形分子，4个个C原子都是原子都是sp2杂化，若设杂化，若设2s和和2px、2py杂化，则杂化，则4个个C原子的原子的2pz轨道都垂直于分子平面而彼此平行。从轨道都垂直于分子平面而彼此平行。从1，3-丁二丁二烯的结构式看，似乎烯的结构式看，似乎键只存在于第键只存在于第1、2碳
42、原子之碳原子之间和第间和第3、4碳原子之间，但实际上我们不能否认第碳原子之间，但实际上我们不能否认第2、3碳原子的碳原子的2pz轨道同时也发生了轨道同时也发生了“肩并肩肩并肩”重重叠，因此叠，因此4个个C原子的原子的2pz轨道形成了轨道形成了4中心中心4电子的电子的大大键（键（44）。）。1，3-丁二烯、苯、丁二烯、苯、NO3中的大中的大键见键见图图11.11。166苯苯1674.5.5 键参数键参数化学键的状况，完全可由量子力学的计算结果进化学键的状况，完全可由量子力学的计算结果进行定量描述。但经常用几个物理量简单地描述之，行定量描述。但经常用几个物理量简单地描述之，这些物理量称为键参数。这
43、些物理量称为键参数。1.键能（键能（bondenergy） 微观定义：微观定义：原子结合变成分子，体系能量要降原子结合变成分子，体系能量要降低。反之，打开或破坏化学键则需要能量，即低。反之，打开或破坏化学键则需要能量，即键能。键能。168热力学定力学定义：在在标准状准状态(p)以及以及298.15K下拆下拆开开1mol的的A-B化学化学键，变成成A(g)+B(g)所需要所需要的能量。的能量。AB(g)A(g)+B(g) H=EAB对于双原子分子，键能对于双原子分子，键能EAB等于解离能等于解离能DAB。但对于多原子分子，则要注意键能与解离能的但对于多原子分子，则要注意键能与解离能的区别与联系。
44、如区别与联系。如NH3：169NH3(g)H(g)+NH2(g)D1=435.1kJmol1NH2(g)H(g)+NH(g)D2=397.5kJmol1NH(g)H(g)+N(g)D3=338.9kJmol1ENH=390.5(kJmol1)同一种共价键在不同的多原子分子中的键能虽有同一种共价键在不同的多原子分子中的键能虽有差别，但差别不大。我们可用不同分子中同一种差别，但差别不大。我们可用不同分子中同一种键能的平均值即平均键能作为该键的键能。键能的平均值即平均键能作为该键的键能。一般一般键能愈大，键愈牢固。键能愈大，键愈牢固。170一些双原子分子的键能和某些键的平均键能一些双原子分子的键能和
45、某些键的平均键能E E/ / kJkJmolmol-1-1 分子分子名称名称键能键能分子分子名称名称键能键能共价键共价键平均平均键能键能共价键共价键平均平均键能键能H H2 2436436HFHF565565C CH H413413N NH H391391F F2 2165165HClHCl431431C CF F460460N NN N159159ClCl2 2247247HBrHBr366366C CClCl335335N NN N418418BrBr2 2193193HIHI299299C CBrBr289289NNNN946946I I2 2151151NONO286286C CI I
46、230230O OO O143143N N2 2946946COCO10711071C CC C346346O OO O495495O O2 2493493C CC C610610O OH H463463CCCC835835171键长定义：键长定义：分子中成键两原子核之间的距离叫键分子中成键两原子核之间的距离叫键长。长。一般键长越小，键越强一般键长越小，键越强。键长键长/pm键能键能/kJmol-1CC154345.6C=C133602.0C C120835.12.键长（键长（bondlength）就相同的两原子形成的键而言：就相同的两原子形成的键而言：单键键长双键键长叁键键长单键键长双键键长
47、叁键键长。172键角定义：分子中同一原子形成的两个化学键间的键角定义：分子中同一原子形成的两个化学键间的夹角称为键角。夹角称为键角。它是反映分子空间构型的一个重要它是反映分子空间构型的一个重要参数。参数。如如H2S，HSH键角为键角为92，决定了，决定了H2S分子的构型分子的构型为为“V”字形字形。又如又如CO2，OCO的键角为的键角为180，则，则CO2分子为分子为直线形直线形。一般而言，根据分子中的键角和键长可确定分子一般而言，根据分子中的键角和键长可确定分子的空间构型。的空间构型。3.键角（键角（bondangle） 1734. 键的极性和分子的极性键的极性和分子的极性分子是由原子通过化
48、学键结合而成的。键的极性和分子是由原子通过化学键结合而成的。键的极性和电负性有关，两个原子的电负性相差越大，键的极电负性有关，两个原子的电负性相差越大，键的极性就越大。由性就越大。由同种原子形成的键为非极性键同种原子形成的键为非极性键。1)化学键的极性化学键的极性H-Cl极性键极性键H-H非极性键非极性键Cl-Cl非极性键非极性键174分子的极性不仅与键的极性有关，而且与分子的空分子的极性不仅与键的极性有关，而且与分子的空间构型有关。间构型有关。若整个分子的正、负电荷中心重合，若整个分子的正、负电荷中心重合，则为非极性分子，否则为极性分子。则为非极性分子，否则为极性分子。2)分子的极性分子的极
49、性H2、CO2 、 CH4 、 BF3 、 HCl 、 H2O 、 CO 、 HCN？175偶极矩偶极矩 bond dipole moment(m m)m m=q d大小相等，符号相反彼此相距大小相等，符号相反彼此相距为为d的两个电荷（的两个电荷（+q和和-q）组）组成的体系称为偶极子，成的体系称为偶极子，其电量其电量与距离之积，就是分子的偶极与距离之积，就是分子的偶极矩。矩。例如：例如：H2N2CO2CS2H2SSO2H2OHClHBrHICOHCN00003.665.336.163.432.631.270.406.99分子分子/1030Cm1764.6 4.6 杂化轨道理论（杂化轨道理论（
50、hybrid orbital hybrid orbital theorytheory）用价键理论能较好地说明不少双原子分子价键的形用价键理论能较好地说明不少双原子分子价键的形成，但不能很好说明多原子分子价键的形成和分子成，但不能很好说明多原子分子价键的形成和分子构型，如构型，如CH4就遇到困难。就遇到困难。177 1931年年由由Pauling L等等人人在在价价键键理理论论的的基基础础上上提提出出， 它它实实质质上上仍仍属属于于现现代代价价键键理理论论， 但但它它在在成成键键能能力力、分分子子的的空空间间构构型型等等方方面面丰丰富富和和发发展展了现代价键理论。了现代价键理论。 4.6.1杂化
51、轨道理论的要点：杂化轨道理论的要点：1781.在成键过程中，由于原子间的相互影响，同在成键过程中，由于原子间的相互影响，同一原子中几个能量相近的不同类型的原子轨道一原子中几个能量相近的不同类型的原子轨道（即波函数），可以进行线性组合，重新分配（即波函数），可以进行线性组合，重新分配能量和确定空间方向，组成数目相等的新的原能量和确定空间方向，组成数目相等的新的原子轨道，这种轨道重新组合的过程称为子轨道，这种轨道重新组合的过程称为杂化（杂化（hybridization），杂化后形成的新轨道称为，杂化后形成的新轨道称为杂化轨道（杂化轨道（hybridorbital）。）。1793.3.杂化轨道之间力
52、图在空间取最大夹角分布，使杂化轨道之间力图在空间取最大夹角分布，使相互间的排斥能最小，故形成的键较稳定。不同相互间的排斥能最小，故形成的键较稳定。不同类型的杂化轨道之间的夹角不同，成键后所形成类型的杂化轨道之间的夹角不同，成键后所形成的分子就具有不同的空间构型。的分子就具有不同的空间构型。2.杂化轨道的角度波函数在某个方向的值比杂化杂化轨道的角度波函数在某个方向的值比杂化前的大得多，更有利于原子轨道间最大程度地重前的大得多，更有利于原子轨道间最大程度地重叠，因而杂化轨道比原来轨道的成键能力强。叠，因而杂化轨道比原来轨道的成键能力强。1804.6.2 杂化类型与分子几何构型杂化类型与分子几何构型
53、能量相近的能量相近的ns轨道和轨道和np轨道之间的杂化称为轨道之间的杂化称为sp型型杂化。按参加杂化的杂化。按参加杂化的s轨道、轨道、p轨道数目的不同，轨道数目的不同，sp型杂化又可分为型杂化又可分为sp、sp2 、sp3 三种杂化。三种杂化。 按参加杂化的原子轨道种类，轨道的杂化有按参加杂化的原子轨道种类，轨道的杂化有sp和和spd两种主要类型。按杂化后形成的几个杂化轨道的能两种主要类型。按杂化后形成的几个杂化轨道的能量是否相同，轨道的杂化可分为等性杂化和不等性量是否相同，轨道的杂化可分为等性杂化和不等性杂化。杂化。一、一、sp型杂化型杂化 1811.SP杂化杂化由由1个个s轨道和轨道和1个
54、个p轨道组合成轨道组合成2个个sp杂化轨道的过杂化轨道的过程称为程称为sp杂化杂化，所形成的轨道称为，所形成的轨道称为sp杂化轨道。每杂化轨道。每个个sp杂化轨道均含有杂化轨道均含有的的s轨道成分和轨道成分和的的p轨道成分。轨道成分。为使相互间的排斥能最小，轨道间的夹角为为使相互间的排斥能最小，轨道间的夹角为1800。当。当2个个sp杂化轨道与其他原子轨道重叠成键后就杂化轨道与其他原子轨道重叠成键后就形成直线型分子。形成直线型分子。182sp杂化过程及杂化过程及sp杂化轨道的形状杂化轨道的形状以以BeCl2为例说明：为例说明：实验结果，气态实验结果，气态BeClBeCl2 2是一个直线型共价分
55、子，是一个直线型共价分子，键角键角180180，键长、键能均相等。，键长、键能均相等。183杂化轨道理论的说明：中心杂化轨道理论的说明：中心BeBe原子价层构型原子价层构型2S2S2 2，成、，成、键时，键时，BeBe原子在键合原子在键合ClCl原子作用下，运动状态改变。原子作用下，运动状态改变。电子激发电子激发2S2S2 22p2p0 02S2S1 12p2p1 1，与此同时，与此同时，BeBe原子原子的的2S2S轨道与一个刚跃进电子的轨道与一个刚跃进电子的2P2P轨道发生轨道发生SPSP杂化杂化，形成两个等价，形成两个等价SPSP轨道。轨道。184成成键键时时，ClCl原原子子以以具具有有
56、未未成成对对电电子子的的3P3P轨轨道道与与BeBe原原子子的的2 2个个SPSP轨轨道道进进行行轨轨道道重重叠叠，电电子子配配对对，形形成成两两个个（P PSPSP）键键，由由于于SPSP轨轨道道S S、P P成成份份相相同同，所所以以与与P P轨轨道道重重叠叠后后，重重叠叠部部分分应应相相同同，故故BeClBeCl2 2中中两个键键能相同，键长相等。两个键键能相同，键长相等。2s2p2s2psp2p两个两个 sp 杂化轨道杂化轨道激发激发杂化杂化 185ClBeCl基基态态铍铍原原子的结构子的结构BeCl2中共中共价键的形成价键的形成杂化轨道杂化轨道186根据理论计算，这两个杂化轨道正好成
57、根据理论计算，这两个杂化轨道正好成180夹角，即在同一直线上为最大限度重叠，夹角，即在同一直线上为最大限度重叠，Cl原子只原子只能从直线两端进行重叠，故能从直线两端进行重叠，故Cl原子只能位于原子只能位于Be原子原子为中心的直线两端，故为中心的直线两端，故BeCl2为直线型分子。为直线型分子。此外，周期表中此外，周期表中B的某些共价化合物的某些共价化合物,如如HgCl2也采取也采取SP杂化。杂化。1872.SP2杂化杂化同一原子内一个同一原子内一个S S和和2 2个个P P轨道混杂，称轨道混杂，称SPSP2 2杂化。杂化。每个每个sp2杂化轨道含有杂化轨道含有1/3的的s轨道成分和轨道成分和2
58、/3的的p轨轨道成分，为使轨道间的排斥能最小，道成分，为使轨道间的排斥能最小，3个个sp2杂化杂化轨道呈正三角形分布，夹角为轨道呈正三角形分布，夹角为1200。当。当3个个sp2杂杂化轨道分别与其他化轨道分别与其他3个相同原子的轨道重叠成键后，个相同原子的轨道重叠成键后，就形成正三角形构型的分子。就形成正三角形构型的分子。188sp2杂化轨道的空间取向示意图杂化轨道的空间取向示意图1892s2p轨道轨道2s2p2s2psp2三个三个 sp2 杂化轨道杂化轨道激发激发杂化杂化BCl3中共中共价键的形成价键的形成基基态态硼硼原原子子的的结结构构杂化轨道杂化轨道1903.SP3杂化杂化sp3杂化轨道
59、是由杂化轨道是由1个个s轨道和轨道和3个个p轨道组合成轨道组合成4个个sp3杂化轨道的过程称为杂化轨道的过程称为sp3杂化杂化。每个。每个sp3杂化轨杂化轨道含有道含有的的s轨道成分和轨道成分和的的p轨道成分。为使轨道间轨道成分。为使轨道间的排斥能最小，的排斥能最小，4个顶角的个顶角的sp3杂化轨道间的夹角杂化轨道间的夹角均为均为109028。当它们分别与其他。当它们分别与其他4个相同原子的个相同原子的轨道重叠成键后，就形成正四面体构型的分子。轨道重叠成键后，就形成正四面体构型的分子。191sp3杂化轨道示意图杂化轨道示意图1922p2s2s2psp3四个四个sp3杂化轨道杂化轨道激发激发杂化
60、杂化CH4中共价中共价键形成键形成基基态态碳碳原原子的结构子的结构杂化轨道杂化轨道193乙烯分子乙烯分子194乙烯分子中乙烯分子中键的形成键的形成 由于乙烯分子是平面形分子，两个由于乙烯分子是平面形分子，两个C原子未参加杂化的原子未参加杂化的2p轨道轨道都垂直于分子平面，因此它们可以都垂直于分子平面，因此它们可以“肩并肩肩并肩”地重叠成键，即地重叠成键，即形成形成键。乙烯分子中键。乙烯分子中键的形成见图键的形成见图11.8。195二、二、spd型杂化型杂化 能量相近的（能量相近的（n 1）d与与ns、np轨道或轨道或ns、np与与nd轨道组合成新的轨道组合成新的dsp或或spd型杂化轨道的过程
61、型杂化轨道的过程可统称为可统称为spd型杂化型杂化 杂化形成过程如杂化形成过程如sp3 d可表示为：可表示为：196一般这种类型的杂化比较复杂，它们通常存在于一般这种类型的杂化比较复杂，它们通常存在于过渡元素形成的化合物中（将在配位化合物中介过渡元素形成的化合物中（将在配位化合物中介绍）。下面列出几种典型的杂化绍）。下面列出几种典型的杂化实例实例： abc杂化类型杂化类型dspdsp2 2dspdsp3 3d d2 2spsp3 3 或或spsp3 3d d2 2杂化轨道数杂化轨道数4 45 56 6空间构型空间构型平面四方形平面四方形三角双锥三角双锥八八 面面 体体实实例例Ni(CN)Ni(
62、CN)4 4 2-2-PClPCl5 5Fe(CN)Fe(CN)6 6 3-3- ,Co(NH,Co(NH3 3) )6 6 2 2197问题：问题：如如NHNH3 3分子分子, ,实测实测: :键角键角1071071818，比，比120120小，小，接近接近1091092828。H H2 2O O分子分子, ,实测实测: :键角键角1041044545也与也与1091092828接接近。近。为什么？为什么？ 1984. 等性杂化和不等性杂化等性杂化和不等性杂化 杂化后所形成的几个杂化轨道所含原来轨道成分的杂化后所形成的几个杂化轨道所含原来轨道成分的比例相等，能量完全相同，这种杂化称为等性杂化
63、比例相等，能量完全相同，这种杂化称为等性杂化（equivalenthybridization）。通常，若参与杂化的）。通常，若参与杂化的原子轨道都含有单电子或都是空轨道，其杂化是等性原子轨道都含有单电子或都是空轨道，其杂化是等性的。如上述的三种的。如上述的三种sp型杂化，即型杂化，即BeCl2、BF3和和CH4分分子中的中心原子分别为子中的中心原子分别为sp、sp2和和sp3等性杂化。在配等性杂化。在配离子离子Fe（CN）63-和和Co（NH3）62+中，中心原子中，中心原子分别为分别为d2sp3和和sp3d2等性杂化。等性杂化。1）等性杂化）等性杂化1992）不等性杂化）不等性杂化 杂化后所
64、形成的几个杂化轨道所含原来轨道成分杂化后所形成的几个杂化轨道所含原来轨道成分的比例不相等而能量不完全相同，这种杂化称为的比例不相等而能量不完全相同，这种杂化称为不不等性杂化（等性杂化（nonequivalenthybridization）。通常，。通常，若参与杂化的原子轨道中，有的已被孤对电子占据，若参与杂化的原子轨道中，有的已被孤对电子占据，其杂化是不等性的。其杂化是不等性的。等性杂化和不等性杂化关键点等性杂化和不等性杂化关键点每个杂化每个杂化轨道的状态是否一样。轨道的状态是否一样。200NH3分子中有分子中有3个个NH键，键角为键，键角为1070 ，分子的空间构型为三角锥形，分子的空间构型
65、为三角锥形（习惯上孤对电子不包括在分子的（习惯上孤对电子不包括在分子的空间构型中）。空间构型中）。NH3分子的空间构型分子的空间构型201 有有一一对对电电子子未未成成键键，因因更更靠靠近近N N原原子子，其其电电子子云云在在N N原原子子外外占占据据较较大大空空间间，对对三三个个N-HN-H键键的的电电子子云云有有较较大大排排斥斥作作用用，使使键键角角被被压压缩缩到到1071071818，故故NHNH3 3为三角锥型。为三角锥型。202H2O中中O原子采取原子采取sp3不等性杂化不等性杂化sp3 3 杂化杂化sp3H2O中共价键形成示意图中共价键形成示意图杂化轨道杂化轨道基基态态氧氧原原子的
66、子的结结构构203sp型杂化方式总结：型杂化方式总结： 杂杂 化化 类类 型型spspspsp2 2spsp3 3参与杂化的原子参与杂化的原子轨道轨道1 1个个s + 1s + 1个个p p1 1个个s + 2s + 2个个p p1 1个个s + 3s + 3个个p p杂杂 化化 轨轨 道道 数数2 2个个spsp杂化轨杂化轨道道3 3个个spsp2 2杂化轨杂化轨道道4 4个个spsp3 3杂化轨杂化轨道道杂化轨道间夹角杂化轨道间夹角1801800 01201200 01091090 0 2828空空间间构构型型直直 线线正三角形正三角形正四面体正四面体实实例例BeClBeCl2 2 , ,
67、 C C2 2H H2 2BF3,C2H4CH4,CCl4204 杂化轨道的不足：用杂化轨道理论去预测杂化轨道的不足：用杂化轨道理论去预测分子的几何构型，未必能得到满意的结果，分子的几何构型，未必能得到满意的结果，以后又有了一些新的理论，如价层电子对以后又有了一些新的理论，如价层电子对互斥理论（互斥理论（VSEPRVSEPR）、分子轨道理论等，本）、分子轨道理论等，本书不作介绍，需要学习的同学自学。书不作介绍，需要学习的同学自学。2054.7 分子间作用力和氢键分子间作用力和氢键分子间存在有分子间存在有vanderWaals力和氢键。这种分力和氢键。这种分子间作用力的产生与分子的极化密切相关；
68、子间作用力的产生与分子的极化密切相关；分子的极化是指分子在外电场作用下发生的结构分子的极化是指分子在外电场作用下发生的结构变化。我们可以感受到这种作用力存在，变化。我们可以感受到这种作用力存在，如气如气体可以液化就是分子间存在相互作用力的最好证体可以液化就是分子间存在相互作用力的最好证明。明。分子内原子间的结合靠化学键，物质中分子间存分子内原子间的结合靠化学键，物质中分子间存在着分子间作用力。在着分子间作用力。206分子的正电重心和负电重心不重合，则为极性分分子的正电重心和负电重心不重合，则为极性分子，其极性的大小可以用偶极矩子，其极性的大小可以用偶极矩来度量。来度量。4.7.0 4.7.0
69、分子的偶极矩分子的偶极矩（electricdipolemoment） 1.永久偶极（永久偶极（permanentdipole）极性分子的偶极矩称为永久偶极极性分子的偶极矩称为永久偶极双原子分子双原子分子HCl的正负电重心不重合，是极性分的正负电重心不重合，是极性分子。若正电（子。若正电（和负电和负电）重心上的电荷的电量为）重心上的电荷的电量为q，正负电重心之间的距离为正负电重心之间的距离为d（称偶极矩长称偶极矩长），），则偶极矩则偶极矩=qd。207偶极矩以德拜（偶极矩以德拜（D）为单位，当为单位，当q=1.62 1019库仑（电子的电量库仑（电子的电量），），d=1.0 1010m()时，时
70、，=4.8D。可以通过下列的数据体会偶极矩单位可以通过下列的数据体会偶极矩单位D的大小：的大小：HIHBrHClNH3H2O乙醚乙醚/D0.380.791.031.661.851.15双原子分子的偶极矩就是极性键的键矩。双原子分子的偶极矩就是极性键的键矩。208非极性分子偶极矩为零，但各键矩不一定为零，非极性分子偶极矩为零，但各键矩不一定为零，如如BCl3。BCl3分子分子H2O分子分子多原子分子的偶极矩是各键矩的矢量和，如多原子分子的偶极矩是各键矩的矢量和，如H2O分子分子。2092.诱导偶极诱导偶极（induceddipole）和瞬间偶极和瞬间偶极非极性分子在外电场的作用下，可以变成具有非
71、极性分子在外电场的作用下，可以变成具有一定偶极矩的极性分子。一定偶极矩的极性分子。210诱导偶极用诱导偶极用 表示，表示，其强度大小和电场强度成其强度大小和电场强度成正比，也和分子的变形性成正比。所谓分子的变形正比，也和分子的变形性成正比。所谓分子的变形性，即分子的正负电重心的可分程度，分子体积越性，即分子的正负电重心的可分程度，分子体积越大，电子越多，变形性越大。大，电子越多，变形性越大。而极性分子在外电场作用下，其偶极也可以增大。而极性分子在外电场作用下，其偶极也可以增大。在电场的影响下产生的偶极称为诱导偶极。在电场的影响下产生的偶极称为诱导偶极。211非极性分子在无外电场作用时，由于运动
72、、碰撞，非极性分子在无外电场作用时，由于运动、碰撞，原子核和电子的相对位置变化原子核和电子的相对位置变化其正负电重心其正负电重心可有瞬间的不重合；极性分子也会由于上述原因改可有瞬间的不重合；极性分子也会由于上述原因改变正负电重心。这种由于分子在一瞬间正负电重心变正负电重心。这种由于分子在一瞬间正负电重心不重合而造成的偶极叫不重合而造成的偶极叫瞬间偶极瞬间偶极。瞬间偶极和分子的变形性大小有关。瞬间偶极和分子的变形性大小有关。212分子间存在着一种只有化学键键能的分子间存在着一种只有化学键键能的1/101/100的弱的作用力，它最早由荷兰物理学家的弱的作用力，它最早由荷兰物理学家vanderWaa
73、ls提出，故称提出，故称vanderWaals力。这种力对物质力。这种力对物质的物理性质如沸点、溶解度、表面张力等有重要影的物理性质如沸点、溶解度、表面张力等有重要影响。按作用力产生的原因和特性，这种力可分为响。按作用力产生的原因和特性，这种力可分为取取向力、诱导力和色散力向力、诱导力和色散力三种。三种。4.7.1分子间作用力分子间作用力vanderWaals力力2131.取向力取向力（orientationforce） 极性分子之间的极性分子之间的永久偶极永久偶极永久偶极永久偶极作用称为取作用称为取向力，向力，取向力发生在取向力发生在极性分子极性分子之间。极性分子具有之间。极性分子具有永久偶
74、极，当两个极性分子接近时，因同极相斥，永久偶极，当两个极性分子接近时，因同极相斥，异极相吸，分子将发生相对转动，力图使分子间按异极相吸，分子将发生相对转动，力图使分子间按异极相邻的状态排列。异极相邻的状态排列。2142.诱导力诱导力（inductionforce）诱导力发生在诱导力发生在极性分子和非极性分子极性分子和非极性分子以及以及极性分极性分子之间子之间。当极性分子与非极性分子接近时，因极。当极性分子与非极性分子接近时，因极性分子的永久偶极相当于一个外电场，可使非极性分子的永久偶极相当于一个外电场，可使非极性分子极化而产生诱导偶极，于是诱导偶极与永性分子极化而产生诱导偶极，于是诱导偶极与永
75、久偶极相吸引。久偶极相吸引。215由极性分子的永久偶极与非极性分子所产生的诱由极性分子的永久偶极与非极性分子所产生的诱导偶极之间的相互作用力称为诱导力。当两个极导偶极之间的相互作用力称为诱导力。当两个极性分子互相靠近时，在彼此的永久偶极的影响下，性分子互相靠近时，在彼此的永久偶极的影响下，相互极化产生诱导偶极，因此对极性分子之间的相互极化产生诱导偶极，因此对极性分子之间的作用来说，诱导力是一种附加的取向力。作用来说，诱导力是一种附加的取向力。3.色散力色散力（dispersion force）非极性分子之间也存在相互作用力。非极性分子之间也存在相互作用力。216由于分子内部的电子在不断地运动，
76、原子核在不断由于分子内部的电子在不断地运动，原子核在不断地振动，使分子的正、负电荷重心不断发生瞬间相地振动，使分子的正、负电荷重心不断发生瞬间相对位移，从而产生瞬间偶极。瞬间偶极又可诱使邻对位移，从而产生瞬间偶极。瞬间偶极又可诱使邻近的分子极化，因此非极性分子之间可靠瞬间偶极近的分子极化，因此非极性分子之间可靠瞬间偶极相互吸引产生分子间作用力，由于从量子力学导出相互吸引产生分子间作用力，由于从量子力学导出的这种力的理论公式与光的色散公式相似，因此把的这种力的理论公式与光的色散公式相似，因此把这种力称为这种力称为色散力色散力。217虽然瞬间偶极存在的时间很短，但是不断地重复虽然瞬间偶极存在的时间
77、很短，但是不断地重复发生，又不断地相互诱导和吸引，因此色散力始发生，又不断地相互诱导和吸引，因此色散力始终存在。任何分子都有不断运动的电子和不停振终存在。任何分子都有不断运动的电子和不停振动的原子核，都会不断产生瞬间偶极，所以动的原子核，都会不断产生瞬间偶极，所以色散色散力存在于各种分子力存在于各种分子之间，并且在之间，并且在van der Waals力中占有相当大的比重。力中占有相当大的比重。 218综上所述综上所述非极性分子非极性分子非极性分子非极性分子色散力色散力取向力取向力诱导力诱导力极性分子极性分子极性分子极性分子极性分子极性分子非极性分子非极性分子作用力作用力219表：表：分子间分
78、子间van der Waals力的分配情况力的分配情况（单位：（单位：kJmol-1 ） 分子分子取向力取向力诱导力力色散力色散力总能量能量ArArCOCOHIHIHBrHBrHClHClNHNH3 3H H2 2O O0.0000.0000.0030.0030.0250.0250.6860.6863.3053.30513.3113.3136.3836.380.0000.0000.0080.0080.1130.1130.5020.5021.0041.0041.5481.5481.9291.9298.498.498.748.7425.8625.8621.9221.9216.8216.8214.9
79、414.948.9968.9968.498.498.758.7526.0026.0023.1123.1121.1321.1329.8029.8047.3147.31220vanderWaals力特点：力特点： 它是静电引力，其作用能只有几到几十千焦每它是静电引力，其作用能只有几到几十千焦每摩尔，约比化学键小摩尔，约比化学键小12个数量级；个数量级；它的作用范围只有几十到几百皮米；它的作用范围只有几十到几百皮米；它不具有方向性和饱和性；它不具有方向性和饱和性；对于大多数分子，色散力是主要的。只有极性对于大多数分子，色散力是主要的。只有极性大的分子，取向力才比较显著。诱导力通常都大的分子，取向力才
80、比较显著。诱导力通常都很小。很小。221物质的沸点、熔点等物理性质与分子间的作用物质的沸点、熔点等物理性质与分子间的作用力有关，一般说来力有关，一般说来vanderWaals力小的物质，力小的物质，其沸点和熔点都较低。从上表可见，其沸点和熔点都较低。从上表可见，HCl、HBr、HI的的vanderWaals力依次增大，故其沸点力依次增大，故其沸点和熔点依次递增。和熔点依次递增。2224.7.2氢氢键键（hydrogenbond）1.氢键的概念氢键的概念同族元素的氢化物的沸点和熔点一般随相对分子质量同族元素的氢化物的沸点和熔点一般随相对分子质量的增大而增高，但的增大而增高，但HF的沸点和熔点却比
81、的沸点和熔点却比HCl的沸点和的沸点和熔点高。这表明在熔点高。这表明在HF分子之间除了存在分子之间除了存在vanderWaals力外，还存在另一种作用力，这就是力外，还存在另一种作用力，这就是氢键氢键。H原子还能与另一个电负性大、半径小并在外层有原子还能与另一个电负性大、半径小并在外层有孤对电子的孤对电子的Y原子（原子（如如F、O、N等等）产生定向的吸）产生定向的吸引作用，引作用，形成形成XHY结构，其中结构，其中H原子与原子与Y原子原子间的静电吸引作用（虚线所示）称为间的静电吸引作用（虚线所示）称为氢键氢键。2232.在附近有电负性大，在附近有电负性大，r小的原子小的原子(F，O，N)。氢键
82、的形成有两个两个条件：氢键的形成有两个两个条件：1.与电负性大且与电负性大且r小的原子小的原子(F，O，N)相连相连H；2.氢键的特点氢键的特点1饱和性和方向性饱和性和方向性由于由于H的体积小，的体积小，1个个H只能形成一个氢键只能形成一个氢键。224由于由于H的两侧电负性极大的原子的负电排斥，使的两侧电负性极大的原子的负电排斥，使两个原子在两个原子在H两侧呈直线排列。除非其它外力有两侧呈直线排列。除非其它外力有较大影响时，才改变方向。较大影响时，才改变方向。氢键的强弱与氢键的强弱与X、Y原子的电负性及半径大小有关。原子的电负性及半径大小有关。X、Y原子的电负性愈大、半径愈小，形成的氢键愈强。
83、原子的电负性愈大、半径愈小，形成的氢键愈强。Cl的电的电负性和负性和N相同，但半径比相同，但半径比N大，只能形成较弱的氢键。常见大，只能形成较弱的氢键。常见氢键的强弱氢键的强弱顺序顺序是：是：FHFOHOOHNNHNOHCl2氢键的强度氢键的强度225氢键的键能一般在氢键的键能一般在42kJmol1以下，它比化学键以下，它比化学键弱得多，但比弱得多，但比vanderWaals力强。力强。2263.氢键的种类氢键的种类分子间氢键分子间氢键在分子间在分子间形成的氢形成的氢键，如氟键，如氟化氢、氨化氢、氨水、水等水、水等冰的晶体结构：冰的晶体结构：(小球代表氢原子小球代表氢原子,大球代大球代表氧原子
84、表氧原子,实线代表实线代表HO键，虚线代表氢键，虚线代表氢键键)227分子内氢键分子内氢键在同一分子内形成的氢键，在同一分子内形成的氢键，如如硝酸、邻硝基苯酚等硝酸、邻硝基苯酚等分子内氢键虽不在一条直线上，但形成了较稳定分子内氢键虽不在一条直线上，但形成了较稳定的环状结构氢键存在于许多化合物中，它的形成的环状结构氢键存在于许多化合物中，它的形成对物质的性质有一定影响。对物质的性质有一定影响。2284.7.3 4.7.3 氢键形成对物质性质的影响氢键形成对物质性质的影响氢氢键键通通常常是是物物质质在在液液态态时时形形成成的的，也也会会出出现现在在晶晶态态或或气气态态物物质质中中，如如HFHF气气
85、、液液、固固态态均均有有氢氢键键。能能形形成成氢氢键键的的物物质质很很多多，如如水水合合物物、氨氨合合物物、无无机机酸酸和和某些有机化合物，如某些有机化合物，如DNADNA，双螺旋体间存在氢键。，双螺旋体间存在氢键。229（1 1）熔、沸点）熔、沸点分子间存在氢键时，大大地影响了分子间的结合力，分子间存在氢键时，大大地影响了分子间的结合力，故物质的熔点、沸点将升高。故物质的熔点、沸点将升高。230CH3CH2OHH3COCH3存在分子间氢键，而分子量相同的存在分子间氢键，而分子量相同的无分子间氢键无分子间氢键，故前者的，故前者的b.p.高。高。形成分子内氢键时，势必削弱分子间氢键的形成。形成分
86、子内氢键时，势必削弱分子间氢键的形成。故有故有分子内氢键的化合物的沸点，熔点不是很高分子内氢键的化合物的沸点，熔点不是很高。典型的例子是对硝基苯酚和邻硝基苯酚典型的例子是对硝基苯酚和邻硝基苯酚：有分子内氢键有分子内氢键m.p.4445没有分子内氢键没有分子内氢键m.p.113114231分子间有氢键的液体，一般粘度较大，如甘油、分子间有氢键的液体，一般粘度较大，如甘油、H H3 3POPO4 4、浓硫酸等多羟基化合物。、浓硫酸等多羟基化合物。在极性溶剂中，如果溶液和溶剂分子间形成氢在极性溶剂中，如果溶液和溶剂分子间形成氢键，溶质的溶解度增大，如键，溶质的溶解度增大，如HFHF和和NHNH3 3
87、在水中溶解在水中溶解度较大。度较大。（2 2）溶解度：）溶解度：（3 3）粘度：）粘度：232（4 4）密度：）密度： 液液体体分分子子间间若若形形成成氢氢键键，有有可可能能发发生生缔缔合合现现象象，如如液液态态HFHF中中除除简简单单HFHF分分子子外外，还还有有通通过过氢氢键键联联系系的的复杂分子：复杂分子：nHF (HF)nHF (HF)n n 由由若若干干个个简简单单分分子子联联成成复复杂杂分分子子而而不不会会改改变变原原物物质化学性质的现象质化学性质的现象分子的缔合，又如分子的缔合，又如 nHnH2 2O (HO (H2 2O)n O)n 降温有利于分子的缔合，降至降温有利于分子的缔
88、合，降至00，全部水分子结，全部水分子结合成巨大的缔合物合成巨大的缔合物冰。冰。233H2O分子间，分子间，HF分子间氢键很强，以致于分子发分子间氢键很强，以致于分子发生缔合。生缔合。经常经常以以(H2O)2，(H2O)3和和(HF)2，(HF)3形式存在。而其中形式存在。而其中(H2O)2的的排列最紧密排列最紧密，且且4时时(H2O)2比例最大，故比例最大，故4时水的密度时水的密度最大。最大。井水为何总是井水为何总是4度左右？度左右？234水在水在4度时密度最大度时密度最大,表面井水一下降到表面井水一下降到4度就因为密度就因为密度大下沉度大下沉,把下层高于把下层高于4度的水挤上来度的水挤上来
89、,这些新上来的水这些新上来的水再降温再降温,可才可才4度时度时(到不了到不了0度度)又下沉又下沉,水在水在4度时密度度时密度最大决定了这个对流过程一直存在最大决定了这个对流过程一直存在,直到井水都降到直到井水都降到4度才可能继续降温度才可能继续降温.但如果井水的水层厚度大但如果井水的水层厚度大,水量多水量多,一般天气是来不及降到一般天气是来不及降到4度的度的. 235Pauling L在在TheNatureofTheChemicalBond中中提提出出了了用用得得最最广广泛泛的的化化学学键键定定义义：如如果果两两个个原原子子（或或原原子子团团）之之间间的的作作用用力力强强得得足足以以形形成成足
90、足够够稳稳定定的的、可可被被化化学学家家看看作作独独立立分分子子物物种种的的聚聚集集体体，它它们们之之间间就就存存在在化化学学键键。简简单单地地说说，化化学学键是指分子内部原子之间的强相互作用力。键是指分子内部原子之间的强相互作用力。不同的外在性质反映了不同的内部结构不同的外在性质反映了不同的内部结构各自内部的结合力不同各自内部的结合力不同4.8 其他化学键和晶体结构其他化学键和晶体结构236已明确了的化学键类型已明确了的化学键类型键键学学化化离子键离子键共价键共价键金属键金属键2371.离子键及其特点离子键及其特点离子离子键（1）离子键的形成）离子键的形成形成条件形成条件XAXB2.0形成化
91、学键形成化学键-450kJmol-1238xA-xB离子性百分率离子性百分率(%)0.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.62.83.03.201040915223039475563707682868992239（2）离子键的特点离子键的特点本质是静电引力（库仑引力）本质是静电引力（库仑引力）没有方向性和饱和性（库仑引力的性质所决定）没有方向性和饱和性（库仑引力的性质所决定）键的极性与元素的电负性有关键的极性与元素的电负性有关NaClCsCl2402.离子键的解释离子键的解释带带有有相相反反电电荷荷的的两两个个离离子子(例例如如A+和和B-)彼彼引引接接近近
92、的的过过程程中中,系系统统能能量量的的变变化化可可表表示示为为两两核核之之间间距距离离的的函数。函数。曲曲线线的的最最低低点点相相应应于于吸吸引引力力等等于于排排斥斥力力的的状状态态,该该状状态态下下两两核核间间的的平平衡衡距距离离R0叫叫做做核核间间距距(符符号号为为d )，与与核核间间距距d 对对应应的的势势能能(Ed)则则是是由由气气态态正正、阴阴离离子形成离子键过程中放出的能量。子形成离子键过程中放出的能量。2413.离子的特征离子的特征离子键离子键的强度的强度正、负离正、负离子的性质子的性质离子化合离子化合物的性质物的性质取决于取决于取取决决于于（1）离子电荷离子电荷(charge)
93、电荷越高，对相反电荷的离子静电引力越电荷越高，对相反电荷的离子静电引力越强，离子键能越大，化合物的溶沸点越高。强，离子键能越大，化合物的溶沸点越高。242金属键金属键 周期表中有大约周期表中有大约80%的元素为金属元素。金属的元素为金属元素。金属具有许多共同的性质，如有金属光泽，优良的导电、具有许多共同的性质，如有金属光泽，优良的导电、导热性和延展性等，金属的特征是由金属内部结合导热性和延展性等，金属的特征是由金属内部结合力（金属键）的特殊性决定的。力（金属键）的特殊性决定的。关于金属键，目前有两种主要的理论：金属键关于金属键，目前有两种主要的理论：金属键的改性共价键理论和金属键的能带理论。的
94、改性共价键理论和金属键的能带理论。243 金属键可看成多中心少电子键金属键可看成多中心少电子键(改性共价键改性共价键)，无，无方向性和饱和性方向性和饱和性(因为电子是自由移动的因为电子是自由移动的)，金属，金属键的强弱和自由电子的多少有关，也和电子层结键的强弱和自由电子的多少有关，也和电子层结构等因素有关。构等因素有关。o在外电场的作用下，自由电子可以定向移动形成在外电场的作用下，自由电子可以定向移动形成电流，故金属有导电性。受热时通过自由电子的电流，故金属有导电性。受热时通过自由电子的碰撞及其与金属离子之间的碰撞，传递能量，所碰撞及其与金属离子之间的碰撞，传递能量，所以金属也是热的良导体。以
95、金属也是热的良导体。1. 金属键的特点：金属键的特点：244 由于金属键没有方向性和饱和性，因此金属晶格的结构要由于金属键没有方向性和饱和性，因此金属晶格的结构要求金属原子和离子采用最紧密的堆积结构，以使金属的原子轨求金属原子和离子采用最紧密的堆积结构，以使金属的原子轨道具有最大限度的重叠，因而金属中常见的结构形式道具有最大限度的重叠，因而金属中常见的结构形式(晶格晶格)有有三种三种:体心立方、面心立方和六方晶格，其中体心立方晶格中体心立方、面心立方和六方晶格，其中体心立方晶格中金属原子配位数为金属原子配位数为8，空间利用率为，空间利用率为68%，面心立方和六方晶，面心立方和六方晶格中金属原子
96、配位数为格中金属原子配位数为12，空间利用率为，空间利用率为74%。2.金属晶格金属晶格245晶体按照结构质点和质点间作用力的不同，可以分为晶体按照结构质点和质点间作用力的不同，可以分为原子晶体、分子晶体、金属晶体和离子晶体四大类。原子晶体、分子晶体、金属晶体和离子晶体四大类。1.原子晶体原子晶体中，结构质点是中，结构质点是中性原子中性原子，原子之间以，原子之间以共价键相结合，由于共价键相结合，由于共价键共价键比较牢固，因此这类晶比较牢固，因此这类晶体体熔点高，硬度大，不溶于水，不导电熔点高，硬度大，不溶于水，不导电。原子晶体。原子晶体较少，常见的例如较少，常见的例如金刚石、硅、石英金刚石、硅
97、、石英(SiO2)。晶体的内部晶体的内部结构构2462472.分子晶体分子晶体的结构质点为的结构质点为分子分子，质点间的作用力为，质点间的作用力为分子间作用力和氢键分子间作用力和氢键，因此其，因此其硬度小，熔沸点低硬度小，熔沸点低，如冰。如冰。图图14.19固体固体CO2的晶胞的晶胞2483.离子晶体离子晶体的结构质点为的结构质点为阴阳离子阴阳离子，质点间的作，质点间的作用力为离子键，因此其用力为离子键，因此其硬度高，熔沸点高硬度高，熔沸点高，大多易，大多易溶于极性溶剂中。熔融态及其水溶液中溶于极性溶剂中。熔融态及其水溶液中能导电能导电。离。离子晶体层状结构移动后斥力很大，因此其子晶体层状结构
98、移动后斥力很大，因此其硬而脆，硬而脆，无延展性无延展性。2494.金属晶体的结构质点为金属晶体的结构质点为中性原子和阳离子中性原子和阳离子，之间，之间靠靠自由电子自由电子通过金属键将其粘合在一起，因其强弱通过金属键将其粘合在一起，因其强弱和自由电子多少有关，因此强度不一，和自由电子多少有关，因此强度不一，熔沸点有高熔沸点有高有低，有延展性有低，有延展性，因为其层状移动后金属键依然存，因为其层状移动后金属键依然存在，故具有延展性。在，故具有延展性。250251混合键型晶体混合键型晶体在以上所述四种典型的晶体中，晶体内构晶粒在以上所述四种典型的晶体中，晶体内构晶粒子均由某种典型的化学键（离子键、共
99、价键、金属子均由某种典型的化学键（离子键、共价键、金属键或分子间力）相互连接，但在许多晶体中并非如键或分子间力）相互连接，但在许多晶体中并非如此，例如此，例如石墨晶体石墨晶体就兼有就兼有原子晶体、金属晶体、分原子晶体、金属晶体、分子晶体子晶体的特征。在石墨晶体中每个的特征。在石墨晶体中每个C原子都采取原子都采取sp2杂化并以杂化并以sp2杂化轨道杂化轨道“头碰头头碰头”重叠形成重叠形成型共价型共价键，从而形成平面的层状结构（见键，从而形成平面的层状结构（见图图14.25），在石），在石墨层的平面内墨层的平面内C原子与原子与C原子以原子以键相互连接，这就键相互连接，这就使得石墨具有了原子晶体的特
100、征。使得石墨具有了原子晶体的特征。252253此外，每个此外，每个C原子上还各有一个未参与杂化的原子上还各有一个未参与杂化的p轨轨道，这些道，这些p轨道垂直于石墨层平面，因此它们彼轨道垂直于石墨层平面，因此它们彼此平行重叠形成离域的大此平行重叠形成离域的大键。键。电子可以在大电子可以在大键中自由的运动，使石墨具有了金属晶体的特征，键中自由的运动，使石墨具有了金属晶体的特征，因此石墨在石墨层的方向上具有良好的导电性。因此石墨在石墨层的方向上具有良好的导电性。在石墨晶体中层与层相距较远不形成化学键，仅在石墨晶体中层与层相距较远不形成化学键，仅以分子间力相互作用，这使石墨具有了分子晶体以分子间力相互作用，这使石墨具有了分子晶体的特征，因此石墨层与石墨层之间容易滑动，故的特征，因此石墨层与石墨层之间容易滑动，故石墨常被用作固体润滑剂。石墨常被用作固体润滑剂。254END255
