物质结构简介ppt课件

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1、第四章第四章 物质结构简介物质结构简介1第四章第四章 物质结构简介物质结构简介离子键离子键共价键共价键分子间作用力和氢键分子间作用力和氢键主要内容主要内容2第四章第四章 物质结构简介物质结构简介了解离子键和共价键的形成了解离子键和共价键的形成掌握电负性概念和规律掌握电负性概念和规律学习要求学习要求掌握共价键的理论要点及共价键的类型掌握共价键的理论要点及共价键的类型能够区别键的极性和分子的极性能够区别键的极性和分子的极性理解并掌握分子间作用力的类型和特点理解并掌握分子间作用力的类型和特点理解氢键的形成特点理解氢键的形成特点3第四章第四章 物质结构简介物质结构简介一、一、 电负性电负性 原子在分子

2、中吸引成键电子的能力原子在分子中吸引成键电子的能力,称为元素的电负性，称为元素的电负性，用符号用符号c c表示表示（1932年，鲍林）。年，鲍林）。 元素的电负性越大，其原子吸引电元素的电负性越大，其原子吸引电子的能力越强。子的能力越强。1.定义定义4第四章第四章 物质结构简介物质结构简介 同周期同周期主族从左到右电负性增大；过渡金属主族从左到右电负性增大；过渡金属电负性变化不大。电负性变化不大。 2.电负性递变规律电负性递变规律5第四章第四章 物质结构简介物质结构简介主族电负性主族电负性从上到下从上到下减小；减小；过渡金属电负性变化不大、过渡金属电负性变化不大、略有增加。略有增加。同周期元素

3、，稀有同周期元素，稀有气体电负性最高气体电负性最高 2.电负性递变规律电负性递变规律电负性电负性2.0是金属和非金属元素的相对界限。是金属和非金属元素的相对界限。6第四章第四章 物质结构简介物质结构简介（1）可以全面统一量度金属性及非金属性可以全面统一量度金属性及非金属性 3.意义意义 c c越大越大, 吸引成键电子的能力越强吸引成键电子的能力越强,元素的非金属元素的非金属性越强性越强;反之反之,元素的金属性越强。元素的金属性越强。7第四章第四章 物质结构简介物质结构简介 (2)c c=2.0为分界线为分界线:c c 2.0,为金属为金属; c c 2.0,为非金属。为非金属。c c=2.0,

4、为半金属为半金属,兼有金属性及非金属性。兼有金属性及非金属性。3.意义意义 电负性是一个相对值，元素的金属性和电负性是一个相对值，元素的金属性和非金属性之间没有严格的界限。非金属性之间没有严格的界限。8第四章第四章 物质结构简介物质结构简介(3)电负性数据是研究化学键性质的重要参数。电负性数据是研究化学键性质的重要参数。 电负性相等或相近的金属元素以电负性相等或相近的金属元素以金属金属键键结合。结合。 电负性差值（电负性差值（ c c）大的元素之间的化大的元素之间的化学键以学键以离子键离子键为主；为主； 电负性相同或相近的非金属元素以电负性相同或相近的非金属元素以共共价键价键结合；结合；9第四

5、章第四章 物质结构简介物质结构简介物质的性质物质的性质分子的性质分子的性质分子内部结构分子内部结构化学键化学键离子键离子键共价键共价键金属键金属键10第四章第四章 物质结构简介物质结构简介 二、离子键二、离子键1. 离子键的形成离子键的形成 电负性大的非金属原子与电负性小的金属电负性大的非金属原子与电负性小的金属原子相遇时，原子原子相遇时，原子得失电子形成正、负离子得失电子形成正、负离子，通过通过静电引力静电引力而形成的化学键，叫离子键。而形成的化学键，叫离子键。nNaClnNane- n Na+nCl + ne- n Cl-11第四章第四章 物质结构简介物质结构简介2. 离子键的性质离子键的

6、性质（1）本质）本质静电引力静电引力离子键离子键无方向性无方向性、无饱和性无饱和性。 离子可在离子可在各个方向上各个方向上、同等程度的同等程度的、尽尽可能多的可能多的吸引相反电荷的其他离子，吸引相反电荷的其他离子，形成牢形成牢固的离子键，所以：固的离子键，所以： 通常离子化合物是由正、负离子按化学通常离子化合物是由正、负离子按化学式组成相间排列形成式组成相间排列形成“巨大分子巨大分子”。12第四章第四章 物质结构简介物质结构简介NaCl仅是氯化钠的化学式，表示氯化钠晶体仅是氯化钠的化学式，表示氯化钠晶体中中Na+和和Cl-在晶格结点上是在晶格结点上是1: :1,摩尔比是摩尔比是1:113第四章

7、第四章 物质结构简介物质结构简介（2 2）键的离子性）键的离子性与元素电负性有关与元素电负性有关对对AB型化合物型化合物,通常用通常用c c=1.7近似判断近似判断 ： c c = 1.7，单键约具有单键约具有离子键成分离子键成分50%电负性差值c越大离子键成分越大离子键越稳定 c c1.7可视为离子可视为离子键键化合物化合物; c c(NaCl)=2.23 c c 1.7可视为共价可视为共价键键化合物化合物; c c (AgCl)=1.2314第四章第四章 物质结构简介物质结构简介 电负性差最大的电负性差最大的CsF ( c c=3.3) , 键的离键的离子性也只有子性也只有92%，共价性为

8、共价性为8%； 键的离子性键的离子性与共价与共价性性没有严格的界限没有严格的界限,典型的离子化合物也有共价成分：典型的离子化合物也有共价成分： 常有例外，如常有例外，如HF( c c=1.781.7)，但，但HF键仍是共价键。键仍是共价键。 NaCl( c c=2.23),键的离子性为键的离子性为71%,共价共价性为性为29%；15第四章第四章 物质结构简介物质结构简介 离子键理论离子键理论说明了离子化合物的形成说明了离子化合物的形成和特点。不能解释双原子分子及和特点。不能解释双原子分子及 c c 1.7的分的分子子中的化学键中的化学键 ，因为这些原子之间没有发生因为这些原子之间没有发生电子的

9、转移，不存在正、负离子。只能用共电子的转移，不存在正、负离子。只能用共价键理论解释。价键理论解释。 16第四章第四章 物质结构简介物质结构简介理论要点：理论要点： 分子中分子中每个原子应具有稳定的稀有气体原子的每个原子应具有稳定的稀有气体原子的电子层结构，这种稳定结构是通过原子间共用一对电子层结构，这种稳定结构是通过原子间共用一对或几对电子来实现的。或几对电子来实现的。三、共价键及其理论三、共价键及其理论 1916年，由美国化学家路易斯年，由美国化学家路易斯(Lewis G N)提出提出共用电子对理论共用电子对理论。 原子间通过共用电子对结合而形成的化学键称为原子间通过共用电子对结合而形成的化

10、学键称为共价键共价键。 该理论简明实用，但不能说明该理论简明实用，但不能说明共价键的共价键的本质和本质和特性等问题特性等问题。17第四章第四章 物质结构简介物质结构简介 1927年海特勒（年海特勒（Heitler）和伦敦（）和伦敦（London）把）把量子力学的成就应用于最简单的量子力学的成就应用于最简单的H2分子结构上，提分子结构上，提出了出了价键理论价键理论，初步说明了共价键的本质。，初步说明了共价键的本质。但不能但不能说明分子的空间说明分子的空间构型。构型。 为了解释多原子分子的空间构型，鲍林于为了解释多原子分子的空间构型，鲍林于1931年提出了年提出了杂化轨道理论杂化轨道理论， 补充和

11、发展了价键理论。补充和发展了价键理论。 共价键理论还有共价键理论还有价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论、分子轨分子轨道理论道理论等。等。18第四章第四章 物质结构简介物质结构简介（一）核外电子运动状态的近代描述（一）核外电子运动状态的近代描述 宏观物体的运动可用宏观物体的运动可用牛顿力学来描述，微观粒牛顿力学来描述，微观粒子运动如何描述？子运动如何描述？19第四章第四章 物质结构简介物质结构简介1薛定谔方程薛定谔方程 1926年，年， 奥地利物理学家薛奥地利物理学家薛定定谔提出了描述谔提出了描述微观粒子运动的波动方程，即薛微观粒子运动的波动方程，即薛定定谔方程，从而谔方程，从而建立了近代量子

12、力学。建立了近代量子力学。 任何微观粒子系统的运动状态都可以用一个任何微观粒子系统的运动状态都可以用一个波函数波函数来描述，微观粒子在空间某点出现的概来描述，微观粒子在空间某点出现的概率密度可用率密度可用2表示。表示。基本假设基本假设:20第四章第四章 物质结构简介物质结构简介薛定谔方程： 薛定谔薛定谔 它是描述微观粒它是描述微观粒子运动的基本方程子运动的基本方程, 是是二阶偏微分方程。二阶偏微分方程。21第四章第四章 物质结构简介物质结构简介 波函数波函数 ：描述微观粒子运动的数学函数式。每：描述微观粒子运动的数学函数式。每个个 代表代表电子在原子中的一种运动状态电子在原子中的一种运动状态。

13、 原子轨道：因为原子轨道：因为 波函数是波函数是x、y、z的函数，故的函数，故可粗略地将可粗略地将 看成在三维空间里找到该电子的一个看成在三维空间里找到该电子的一个区域；为了通俗化，量子力学借用经典力学的区域；为了通俗化，量子力学借用经典力学的“原原子轨道子轨道”一词，把原子体系中的每个一词，把原子体系中的每个 ，就叫做一，就叫做一条原子轨道。条原子轨道。22第四章第四章 物质结构简介物质结构简介 这里原子轨道的涵义不同于经典力学中的运动这里原子轨道的涵义不同于经典力学中的运动轨道，它指的是电子的一种空间运动状态，轨道，它指的是电子的一种空间运动状态，指用指用统统计的方法，可在计的方法，可在

14、所代表的区域内找到核外运动的所代表的区域内找到核外运动的该电子，而该电子在此区域内的运动是随机的、不该电子，而该电子在此区域内的运动是随机的、不确定地出现的确定地出现的。 波函数波函数 本身没有具体物理意义，它的物理本身没有具体物理意义，它的物理意义通过概率密度意义通过概率密度| |2来理解。来理解。注意：概率密度用电子云表示。概率密度用电子云表示。23第四章第四章 物质结构简介物质结构简介1s电子云2s电子云2p电子云 小黑点稠密的区域表示电子出现在该区小黑点稠密的区域表示电子出现在该区域的概率密度大。域的概率密度大。2电子云电子云24第四章第四章 物质结构简介物质结构简介 在求解的过程中需

15、要引入三个量子数在求解的过程中需要引入三个量子数n,l,m。为使。为使解合理，解合理， n, l, m 取值有一定范围，符合一定条件，当取值有一定范围，符合一定条件，当n,l,m 的数值一定，就有一个的数值一定，就有一个波函数的具体表达式，波函数的具体表达式，电子在空间的运动状态也就确定了。电子在空间的运动状态也就确定了。 量子力学中，把三个量子数都有确定值的波函数量子力学中，把三个量子数都有确定值的波函数 称为一条原子轨道，即：称为一条原子轨道，即：用三个量子数用三个量子数n,l,m来描述来描述一条原子轨道。一条原子轨道。25第四章第四章 物质结构简介物质结构简介 另外，原子光谱的精细结构表

16、明，电子还有另一另外，原子光谱的精细结构表明，电子还有另一种运动形式，称为种运动形式，称为“自旋运动自旋运动”，用自旋量子数，用自旋量子数mS表示。取表示。取+1/2或或-1/2，用，用 或或 分别表示电子的两种分别表示电子的两种不同的自旋运动状态。不同的自旋运动状态。 n,l,m, mS称为四个量子数，用于描述核外电子的称为四个量子数，用于描述核外电子的运动状态。运动状态。mS 不是薛不是薛定定谔方程的解。谔方程的解。26第四章第四章 物质结构简介物质结构简介3.四个量子数四个量子数（1）主量子数）主量子数n 描述原子中电子在核外出现概率最大区域离核的描述原子中电子在核外出现概率最大区域离核

17、的平均距离；是决定电子能量高低的主要因素。又称平均距离；是决定电子能量高低的主要因素。又称为电子层。为电子层。 n 值越大值越大, 表示电子离核的平均距离越表示电子离核的平均距离越远远, 能量越高。能量越高。取值：取值：1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , （正整数）（正整数）K, L, M, N, O, P, Q , 光谱学符号光谱学符号27第四章第四章 物质结构简介物质结构简介（2）角量子数）角量子数 l l 决定决定电子空间运动的角动量电子空间运动的角动量以及以及原子轨道的形原子轨道的形状。状。在多电子原子中与主量子数在多电子原子中与主量子数n共同决定电子能量共同决定电

18、子能量高低。高低。n 相同相同, l 值越大，电子能量越高。值越大，电子能量越高。 取值：取值： l = 0， 1， 2， 3，n - 1 光谱学符号光谱学符号 s， p，d， f ，电子亚层或能级电子亚层或能级球球形形哑哑铃铃形形四四瓣瓣花花形形28第四章第四章 物质结构简介物质结构简介29第四章第四章 物质结构简介物质结构简介n=3, l=0, 3s轨道轨道 3s电子电子 l=1， 3p轨道轨道 3p电子电子 l=2， 3d轨道轨道 3d电子电子 n=1, l=0, 1s轨道轨道 1s电子电子 n=2, l=0, 2s轨道轨道 2s电子电子 l=1， 2p轨道轨道 2p电子电子 l 值受值

19、受n值的限制值的限制，对于给定的对于给定的n值，值，l只能取小只能取小于于n的整数值。一个的整数值。一个n值，可以有多个值，可以有多个l值。值。30第四章第四章 物质结构简介物质结构简介（3）磁量子数）磁量子数m 磁量子数磁量子数 m 描述同一亚层的几条原子轨道在空间描述同一亚层的几条原子轨道在空间的的伸展方向伸展方向。取值：取值：0, 1, 2, 3, , l（共共2 l +1条）条） 即：即：m取值受角量子数取值受角量子数 l 取值限制，各亚层有取值限制，各亚层有2l +1个空间伸展方向，有个空间伸展方向，有2 l +1个轨道。个轨道。31第四章第四章 物质结构简介物质结构简介n=3, l

20、=0, m=0 3s轨道轨道 1条条 l=1， m=0, +1,-1 3p轨道轨道 3条条 l=2， m=0, +1,-1 ,+2,-2 3d轨道轨道 5条条 n=1, l=0, m=0 1s轨道轨道 1条条 n=2, l=0, m=0 2s轨道轨道 1条条 l=1，m=0, +1,-1 2p轨道轨道 3条条 32第四章第四章 物质结构简介物质结构简介（二）价键理论（二）价键理论（VB法）法）1. 氢分子的形成氢分子的形成 假设：当两个假设：当两个H原子相距很远时，彼此原子相距很远时，彼此间的作用力忽略不计，系统的能量定为相间的作用力忽略不计，系统的能量定为相对零点。对零点。33第四章第四章

21、物质结构简介物质结构简介自旋方向相反自旋方向相反原子轨道发生重叠原子轨道发生重叠两核间电子云密度增大两核间电子云密度增大整个系统的能量降低整个系统的能量降低吸引力和排斥力达到平衡吸引力和排斥力达到平衡系统能量达到最低点系统能量达到最低点基态基态34第四章第四章 物质结构简介物质结构简介自旋方向相同自旋方向相同相互排斥，相互排斥，不发生原子轨道重叠不发生原子轨道重叠不能形成氢分子。不能形成氢分子。 35第四章第四章 物质结构简介物质结构简介 从共价键的形成可见，共价键的结合力是两从共价键的形成可见，共价键的结合力是两核对共用电子对形成的负电区的吸引力，核对共用电子对形成的负电区的吸引力， 说明共

22、说明共价键的本质是电性作用力，但又不同于正、负离价键的本质是电性作用力，但又不同于正、负离子间静电引力。子间静电引力。 1931年美国化学家鲍林和斯莱特把上述氢分年美国化学家鲍林和斯莱特把上述氢分子的处理结果推广应用到其他分子系统而发展成子的处理结果推广应用到其他分子系统而发展成为价键理论。为价键理论。 36第四章第四章 物质结构简介物质结构简介2. 价键理论的要点价键理论的要点（1）两成键原子）两成键原子外层原子轨道外层原子轨道必须有成单的、必须有成单的、自旋相反的电子，在相互接近时，才有可能轨自旋相反的电子，在相互接近时，才有可能轨道重叠、形成稳定共价键。道重叠、形成稳定共价键。成键数成键

23、数=成单电子数（共价键的饱和性）成单电子数（共价键的饱和性）37第四章第四章 物质结构简介物质结构简介（2）原子轨道最大程度地重叠。原子轨道最大程度地重叠。要满足：要满足：对称性匹配对称性匹配原子轨道同号重叠有效；原子轨道同号重叠有效；最大重叠原理最大重叠原理沿原子轨道键轴方向重叠沿原子轨道键轴方向重叠，才可形成稳定共价键。，才可形成稳定共价键。(共价键的方向性共价键的方向性)pssp 共价键的特征：共价键的特征：既有方向性又有饱和性既有方向性又有饱和性38第四章第四章 物质结构简介物质结构简介（1） 键键两个原子轨道沿着键轴方向以两个原子轨道沿着键轴方向以“头碰头头碰头”的方式重叠，形成的共

24、价键为的方式重叠，形成的共价键为 键。键。 s-sp-s3. 共价键的类型共价键的类型p-p特点：轨道重叠部特点：轨道重叠部分分在两核连线上在两核连线上,沿键轴呈圆柱对称。沿键轴呈圆柱对称。发生最大程度重叠，发生最大程度重叠， 键键能大，稳定键键能大，稳定性高。性高。39第四章第四章 物质结构简介物质结构简介第四章第四章 物质结构简介物质结构简介40第四章第四章 物质结构简介物质结构简介（2） 键键两个原子轨道沿着键轴方向进行两个原子轨道沿着键轴方向进行“肩并肩肩并肩”同号重叠，形成的共价键称为同号重叠，形成的共价键称为 键键 。pZ - pZ 特点：轨道重叠部分不在特点：轨道重叠部分不在两核

25、连线上，而是对键轴平两核连线上，而是对键轴平面呈镜面反对称。面呈镜面反对称。 核对核对 键电子束缚力小，键电子束缚力小， 键键能键键能 OH - O OH - N 28.1 25.9 20.9NH - N OH - Cl OH - S 5.4X、Y 主要由主要由F、O、N形成。形成。氢键强弱次序为（氢键强弱次序为（kJmol-1）：）：Cl、S只能形成很弱的氢键只能形成很弱的氢键。78第四章第四章 物质结构简介物质结构简介 氢键强弱还与氢键强弱还与酸碱性酸碱性有关，有关，一般酸或一般酸或酸式盐中形成氢键较强。酸式盐中形成氢键较强。 可形成可形成CH- O氢键，在生物高分子中是氢键，在生物高分子

26、中是稳定结构的一个重要因素。稳定结构的一个重要因素。 C一般不形成氢键，但当分子中一般不形成氢键，但当分子中C和和N之间之间有双键或三键时，如：有双键或三键时，如：79第四章第四章 物质结构简介物质结构简介几种分子间氢键几种分子间氢键 （2 2）具有方向性和饱和性）具有方向性和饱和性80第四章第四章 物质结构简介物质结构简介 一般认为，氢键的本质是一种较一般认为，氢键的本质是一种较强的具有方向性的静电引力，是一种强的具有方向性的静电引力，是一种特殊的分子间作用力。特殊的分子间作用力。81第四章第四章 物质结构简介物质结构简介4.4.氢键的种类氢键的种类分子间氢键分子间氢键分子内氢键分子内氢键同

27、种和不同种分子间同种和不同种分子间同一分子内同一分子内如如HF、H2O、NH3、CH3OH、NaHCO3和和H3BO3等。等。82第四章第四章 物质结构简介物质结构简介5. 氢键对物质性质的影响氢键对物质性质的影响（1 1）没有氢键就没有生命）没有氢键就没有生命 蛋白质和蛋白质和DNA分子内或分子间都存在大分子内或分子间都存在大量的氢键。量的氢键。 （2）对物质熔点、沸点的影响）对物质熔点、沸点的影响 分子间存在氢键时分子间存在氢键时,在同族的化合物中熔、在同族的化合物中熔、沸点都反常的高。沸点都反常的高。 分子内分子内形成氢键时，常使熔、沸点形成氢键时，常使熔、沸点低低。83第四章第四章 物

28、质结构简介物质结构简介（3 3）对水及冰密度的影响）对水及冰密度的影响 44时水密度最大时水密度最大 4以上时，以上时，分子的热运动为分子的热运动为主要倾向，使水主要倾向，使水的体积膨胀，密的体积膨胀，密度减小。度减小。 4以下时，分子的热运动以下时，分子的热运动减弱，形成氢键的倾向增大，减弱，形成氢键的倾向增大，分子间的空隙增大分子间的空隙增大, 结冰时水结冰时水分子全部以氢键相连，形成空分子全部以氢键相连，形成空旷的结构旷的结构。 84第四章第四章 物质结构简介物质结构简介 溶剂与溶质分子间有氢键，溶解度增大。溶剂与溶质分子间有氢键，溶解度增大。如如HF、NH3 、乙醇易溶水。、乙醇易溶水

29、。如甘油、磷酸、浓硫酸等多羟基化合物。如甘油、磷酸、浓硫酸等多羟基化合物。（4 4）黏度变大）黏度变大 （5）对物质溶解度、酸度的影响）对物质溶解度、酸度的影响 溶质分子内有氢键，在极性溶剂中的溶溶质分子内有氢键，在极性溶剂中的溶解度减小，而在非极性溶剂中溶解度增大。解度减小，而在非极性溶剂中溶解度增大。85第四章第四章 物质结构简介物质结构简介考题解析1.下列化合物中沸点最高的是（ ） A HF B H2O C NH3 D CH4 B2. 在下列化合物分子间含有氢键的是( ) A HCl B H3BO3 C CH3F D C2H4 B86第四章第四章 物质结构简介物质结构简介离子键和共价键的形成离子键和共价键的形成电负性概念和规律电负性概念和规律本章小结本章小结共价键的理论要点及共价键的类型共价键的理论要点及共价键的类型键的极性和分子的极性键的极性和分子的极性分子间作用力的类型、特点及对物质性质的分子间作用力的类型、特点及对物质性质的影响影响氢键的形成特点氢键的形成特点87第四章第四章 物质结构简介物质结构简介练习：练习：p143 4-8, 4-9, 4-11,p145 4-22第3小题p146 4-31, 4-3388