大学教材《无机及分析化学》之05-化学键和分子结构讲义PPT资料.ppt

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了解金属键和氢键的形成和特征。

氢键的形成和特征。

7.了解各类晶体的内部结构和特征。

了解各类晶体的内部结构和特征。

化学键与分子结构化学键与分子结构原子结构、原子结构、核外电子排布核外电子排布原子如何构成分子原子如何构成分子分子与分子之间如何作用分子与分子之间如何作用分子的结构分子的结构H2O的结构如何？

有极性吗？

的结构如何？

H2O的的H、O如何成键？

如何成键？

为什么为什么H2O的沸点比的沸点比H2S的沸点高？

的沸点高？

涉及化学建、分子结构、分子间作用力等涉及化学建、分子结构、分子间作用力等首先要明确一个概念：

化学键首先要明确一个概念：

化学键？

分子中原子之间的相互作用。

化学键一般分为：

离子键、离子键、共价键、共价键、金属键金属键同时还需明确：

同时还需明确：

为什么要研究分子结构？

#分子是物质独立存在，并保持其化学性质分子是物质独立存在，并保持其化学性质的最小微粒；

的最小微粒；

#分子的结构分子的结构决定决定分子的性质分子的性质物质的性质物质的性质决定决定7.1离子键理论离子键理论1916年，德国科学家年，德国科学家科塞尔科塞尔提出：

提出：

离子键：

原子间发生电子转移，形成正原子间发生电子转移，形成正负离子，并通过静电作用而形成的化学键。

负离子，并通过静电作用而形成的化学键。

如如NaCl。

【以以NaCl为例讲解离子键如何形成为例讲解离子键如何形成】静电引力下静电引力下，二者相互接近，同时两离子的二者相互接近，同时两离子的外层电子之间、原子核之间产生排斥。

外层电子之间、原子核之间产生排斥。

引力斥力引力斥力，正负离子间结合成离子化合物。

，正负离子间结合成离子化合物。

Na：

电负性很小，易失去电子；

NaeNa+Cl：

电负性很大，易得到电子电负性很大，易得到电子；

Cl+eCl1、发生电子转移形成稳定的离子。

、发生电子转移形成稳定的离子。

2、依靠静电吸引，依靠静电吸引，形成离子键。

形成离子键。

【可见，离子键的形成包含两步【可见，离子键的形成包含两步】离子键的特性离子键的特性1、离子键作用力的本质是静电引力离子键作用力的本质是静电引力q1、q2：

正负离子所带电量，正负离子所带电量，r：

正负离子的核间距离，：

正负离子的核间距离，F：

静电引力：

静电引力。

1、离子键没有方向性、离子键没有方向性离子电荷离子电荷球形对称球形对称，对各个方向的吸引，对各个方向的吸引都一样，所以无方向性。

都一样，所以无方向性。

离子键的特性离子键的特性2、离子键没有饱和性、离子键没有饱和性只要空间允许，一个离子可以同时吸引只要空间允许，一个离子可以同时吸引几个电荷相反的离子，所以无饱和性。

几个电荷相反的离子，所以无饱和性。

是否意味着是否意味着一个离子周围排列的带相反一个离子周围排列的带相反电荷离子的数目是任意的？

电荷离子的数目是任意的？

实际上，每个离子周围排列的带相反电荷离实际上，每个离子周围排列的带相反电荷离子的数目是固定的。

子的数目是固定的。

NaCl晶体中，晶体中，Na+（6Cl）；

Cl（6Na+）CsCl晶体中，晶体中，Cs+（8Cl）；

Cl（8Cs+）7.1.2决定离子化合物性质的因素决定离子化合物性质的因素离子键的本质是静电引力（离子键的本质是静电引力（Fq1q2/r2），因此影响离子键强度因此影响离子键强度的因素有：

的因素有：

离子的电荷离子的电荷q离子的电子层构型离子的电子层构型离子半径离子半径r离子的三个重要特征参数离子的三个重要特征参数1、离子的半径、离子的半径决定正、负离子间吸引力的最重要因素。

决定正、负离子间吸引力的最重要因素。

离子半径越小离子半径越小吸引力越大吸引力越大离子键越强离子键越强，熔点越高，熔点越高

（1）离子半径的概念离子半径的概念离子晶体中，将离子看成相离子晶体中，将离子看成相切的球，正负离子的核间距是切的球，正负离子的核间距是r+和和r之和之和。

dr+rd值可由晶体的值可由晶体的X射线衍射实验得到射线衍射实验得到MgOd=210pm只要知道其中一种离子半径，就可求出另外只要知道其中一种离子半径，就可求出另外一种。

一种。

1927年，戈德施密特（年，戈德施密特（GoldschmidtH）用光折射法测得用光折射法测得O2的半径的半径132pm，因此，因此Mg2+的半径的半径78。

本书附录十一中列出来鲍林离子半径本书附录十一中列出来鲍林离子半径

（2）离子半径的变化规律离子半径的变化规律电子层电子层，具有相同电荷数的离子半径，具有相同电荷数的离子半径Li+Na+K+Rb+Cs+;

FClBrMg2+Al3+;

K+Ca2+；

过渡元素，离子半径变化规律不明显过渡元素，离子半径变化规律不明显。

从左至右，离子电荷数从左至右，离子电荷数，最高价离子半径最高价离子半径。

（ii）同周期主族元素同周期主族元素（iii）同一元素，不同价态的离子，电荷高的半径小同一元素，不同价态的离子，电荷高的半径小Ti4+Ti3+；

Fe3+Fe2+（IV）负离子半径一般较大；

正离子半径一般较小负离子半径一般较大；

正离子半径一般较小2、离子的电荷、离子的电荷离子电荷越高离子电荷越高静电引力越强静电引力越强离子键越强离子键越强，熔点越高熔点越高如：

如：

CaO熔点熔点2590，KF熔点只有熔点只有8563、离子的电子层构型、离子的电子层构型离子的电子层构形不同，对键型及性质影响离子的电子层构形不同，对键型及性质影响很大（如极化）很大（如极化）离子的电子层构型大致有离子的电子层构型大致有5种：

种：

（1）2电子构型电子构型1s2，形成离子后，最外层有，形成离子后，最外层有2个电子（个电子（Li+、Be2+、B3+）

（2）8电子构型电子构型ns2np6，形成离子后，最外层为，形成离子后，最外层为8个电子。

个电子。

Na+：

2s22p6（3）917电子构型电子构型ns2np6nd19，形成离子后，最外层为，形成离子后，最外层为917个电子。

Fe2+：

3s23p63d64s2（4）18电子构型电子构型ns2np6nd10，形成离子后，最外层为，形成离子后，最外层为18个电子个电子。

Pb4+：

5s25p65d106s26p2，（ds,p区高价离子，区高价离子，Ag+,Hg2+）（5）18+2电子构型电子构型（n1）s2（n1）p6（n1）d10ns2，形成离子后，最，形成离子后，最外层为外层为2个电子、次外层为个电子、次外层为18个电子。

（Pb2+5s25p65d106s26p2）（p区低价离子区低价离子,Sn2+）不同电子构形的阳离子对同种阴离子的作不同电子构形的阳离子对同种阴离子的作用力用力,有所不同。

有所不同。

Na+和和Cu+电荷相同，离子半径几乎电荷相同，离子半径几乎相同（分别为相同（分别为95pm和和96pm），而），而NaCl溶于水，溶于水，CuCl不溶于水。

不溶于水。

7.1.3晶格能：

晶格能：

衡量离子键的强弱衡量离子键的强弱1mol气体正离子与气体正离子与1mol气态负离子结合成气态负离子结合成1mol固态离子化合物时所放出的能量固态离子化合物时所放出的能量，用，用U表表示。

示。

Na+（g）+F（g）=NaF（s）U=H晶格能晶格能越大，形成离子晶体时放出的能越大，形成离子晶体时放出的能量越多，晶体越稳定，离子键越强。

量越多，晶体越稳定，离子键越强。

1、影响晶格能的因素、影响晶格能的因素

（1）离子的电荷（晶体类型相同时）离子的电荷（晶体类型相同时）Z，U例：

例：

U（NaCl）U（CaO）（3）离子的电子层构型离子的电子层构型（4）晶体的结构类型晶体的结构类型（八面体、正四面体）（八面体、正四面体）Na（s）+1/2F2（g）=NaF（s）HNa（g）2、晶格能的计算、晶格能的计算SNa的升的升华能华能Na的的电离能电离能INa+（g）1/2DF2离解能离解能F（g）EF的电子亲的电子亲合能能合能能+F（g）UNaF的晶格能的晶格能HS+I+1/2D+E+UNa+（g）+F（g）NaF（s）U波恩哈伯循环波恩哈伯循环UHSI1/2DE=569.3108.8502.31/2153.2（349.5）=907.5kJmol1离子化合物的晶格能越大，表示正、负离子间离子化合物的晶格能越大，表示正、负离子间结合力越强，晶体越牢固，其熔点越高，硬度结合力越强，晶体越牢固，其熔点越高，硬度越大。

越大。

7.2共价键理论共价键理论离子键理论离子键理论离子化合物的形成离子化合物的形成相同原子如何形成相同原子如何形成单质分子单质分子（H2,O2）电负性相近的原子如电负性相近的原子如何形成化合物何形成化合物（HCl,H2O）共共价价键键理理论论价键理价键理论论分子轨分子轨道理论道理论一、价键理论一、价键理论电子配对法；

电子配对法；

VB法（法（ValenceBondTheory）1、路易斯的经典共价键理论、路易斯的经典共价键理论2、现代共价键理论现代共价键理论1、路易斯的经典共价键理论、路易斯的经典共价键理论1916年，美国科学家年，美国科学家Lewis提出。

提出。

分子中的原子都有形成稀有气体分子中的原子都有形成稀有气体电子结构的趋势，以求得本身的稳电子结构的趋势，以求得本身的稳定。

定。

而达到这种结构，可以而达到这种结构，可以不通过不通过电子转移形成离子和离子键来完成，电子转移形成离子和离子键来完成，而是而是通过共用电子对来实现。

通过共用电子对来实现。

ClClHH路易斯（GilbertNewtonLewis，18751946年）

【Lewis经典共价键理论经典共价键理论的贡献的贡献】但但没有说明这种键的本质，也不能说明为没有说明这种键的本质，也不能说明为什么带负电荷的电子不相互排斥，反而配什么带负电荷的电子不相互排斥，反而配对使两原子牢固结合对使两原子牢固结合。

提出了一种不同于离子键的新键型（共价提出了一种不同于离子键的新键型（共价键），解释了键），解释了比较小的元素之间如何成比较小的元素之间如何成键。

键。

BCl3中，中，B原子原子未达到稀有气体结构，未达到稀有气体结构，Lewis经典共价键理论无法解释。

经典共价键理论无法解释。

2、现代共价键理论现代共价键理论1927年，海特勒（年，海特勒（Heitler）和和伦敦伦敦（London）用量子力学处理氢分子用量子力学处理氢分子，解决，解决了两个氢原子之间的化学键的了两个氢原子之间的化学键的本质问题本质问题，使共价键理论从经典的使共价键理论从经典的Lewis理论发展理论发展到现代共价键理论。

到现代共价键理论。

1.共价键的形成共价键的形成以以H2分子的形成为例说明分子的形成为例说明核间距核间距R0为为74pm。

当电子自旋方向相反当电子自旋方向相反的的两个两个H原子逐渐靠近时，原子逐渐靠近时，发生相互作用，发生相互作用，每个每个氢核除吸引自己的氢核除吸引自己的1s电子电子外，还吸引另一个氢原子外，还吸引另一个氢原子的的1s电子电子;

距离较远时，电子之间虽有排斥，但氢距离较远时，电子之间虽有排斥，但氢核对另一个氢原子电子云的吸引是主要的核对另一个氢原子电子云的吸引是主要的；

核间距核间距R0为