第十章化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu)

1、形成條件：原子電負性相差較大，一般大于形成條件：原子電負性相差較大，一般大于2.0。 第十章第十章 化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu)化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu) 離子鍵離子鍵化學(xué)鍵化學(xué)鍵 共價鍵共價鍵 金屬鍵金屬鍵10.1 離子鍵離子鍵 一一 離子鍵的形成離子鍵的形成 離子鍵是由原子得失電子后，生成的正負離子之間靠離子鍵是由原子得失電子后，生成的正負離子之間靠靜電引力靜電引力而形成的化學(xué)鍵。而形成的化學(xué)鍵。特征：沒有方向性和飽和性。特征：沒有方向性和飽和性。例：例：nna(3s1) nna+(2s22p6) ncl(3s23p5) ncl-(3s23p6)-ne+nenna+cl-f=q+.q-d2靜電引力靜電引力變化規(guī)

2、律：變化規(guī)律： (1) 任何元素正離子半徑比其原子半徑??；負離子半徑比任何元素正離子半徑比其原子半徑小；負離子半徑比其原子半徑大。如其原子半徑大。如ca2+s 離子化合物中，每個正、負離子周圍排列的相反電荷離離子化合物中，每個正、負離子周圍排列的相反電荷離子的數(shù)目都是固定的。如：子的數(shù)目都是固定的。如：cscl離子化合物離子化合物二二 離子的特征離子的特征1 離子半徑：離子半徑： d = r+ + r- （x-射線衍射法）射線衍射法）.r+r-d(2) 同主族，上同主族，上下，電荷數(shù)相同的離子半徑依次增大。下，電荷數(shù)相同的離子半徑依次增大。 如：如：li+na+k+rb+mg2+al3+ n3

3、-o2-f-(4) 同元素不同價態(tài)的正離子，電荷數(shù)越多半徑越?。煌夭煌瑑r態(tài)的正離子，電荷數(shù)越多半徑越小；同元 素形成不同價態(tài)的負離子，電荷數(shù)越多半徑越大。素形成不同價態(tài)的負離子，電荷數(shù)越多半徑越大。 如：如：fe3+fe2+ o-o2-(5) 同一電子結(jié)構(gòu)正，負離子，負離子半徑比正離子半徑大。同一電子結(jié)構(gòu)正，負離子，負離子半徑比正離子半徑大。如如: na+ f-(6) 每個元素與相鄰族左上方和右下方斜對角線上的正離子每個元素與相鄰族左上方和右下方斜對角線上的正離子 半徑近似相等。半徑近似相等。(對角線近似規(guī)則對角線近似規(guī)則) 如如: li+(60pm)mg2+(65pm) na+(95

4、pm)ca2+(99pm) 離子半徑是決定離子鍵強度的重要因素。離子半徑越離子半徑是決定離子鍵強度的重要因素。離子半徑越小，離子間引力越大小，離子間引力越大 ，離子化合物熔沸點越高。，離子化合物熔沸點越高。 2 離子電荷離子電荷 正離子電荷：相應(yīng)原子正離子電荷：相應(yīng)原子(或原子團或原子團)失去的電子數(shù)。失去的電子數(shù)。 正離子通常由金屬原子形成。正離子通常由金屬原子形成。 負離子電荷：相應(yīng)原子負離子電荷：相應(yīng)原子(或原子團或原子團)得到的電子數(shù)。得到的電子數(shù)。 負離子通常由非金屬原子形成。負離子通常由非金屬原子形成。 離子電荷也是影響離子鍵強度的重要因素。電荷越高，離子電荷也是影響離子鍵強度的重

5、要因素。電荷越高，對相反電荷吸引力越強，則形成離子化合物熔沸點越高。對相反電荷吸引力越強，則形成離子化合物熔沸點越高。3 離子電子構(gòu)型離子電子構(gòu)型 簡單負離子簡單負離子(如如cl-,o2-)一般最外層為一般最外層為8電子稀有氣體結(jié)構(gòu)。電子稀有氣體結(jié)構(gòu)。電子構(gòu)型電子構(gòu)型離子最外層離子最外層 電子排布電子排布2 8 1818+2 9171s2 ns2np6ns2np6 nd10 (n-1)s2(n-1)p6 (n-1)d10ns2 ns2np6 nd19li+,be2+ na+,f-cu+ (3s23p63d10)pb2+(5s25p65d106s2) fe2+ (3s23p63d6) 簡單正離子

6、：簡單正離子： 三三 離子晶體離子晶體 離子晶體：正、負離子通過離子晶體：正、負離子通過離子鍵離子鍵結(jié)合而成的晶體。結(jié)合而成的晶體。 離子晶體特性離子晶體特性 離子晶體具有較高熔、沸點和硬度；但較脆，延展性較離子晶體具有較高熔、沸點和硬度；但較脆，延展性較差；在熔融和水溶液中具有良好的導(dǎo)電性，固態(tài)幾乎不導(dǎo)電。差；在熔融和水溶液中具有良好的導(dǎo)電性，固態(tài)幾乎不導(dǎo)電。10.2 共價鍵理論共價鍵理論 經(jīng)典共價鍵理論經(jīng)典共價鍵理論：.hxx+ cl:.cl:.h經(jīng)典共價鍵理論局限性：經(jīng)典共價鍵理論局限性： 1 兩個都帶負電的原子為何不相互排斥反而相互配對？兩個都帶負電的原子為何不相互排斥反而相互配對？

7、2 有許多化合物中心原子價電子數(shù)多于有許多化合物中心原子價電子數(shù)多于8個或少于個或少于8個，個，但仍能穩(wěn)定存在，為什么？但仍能穩(wěn)定存在，為什么？ 例：例：bf3clf3b ff:.:x:.x.f:.xcl ff:.:x:.x.f:.x.現(xiàn)代共價鍵理論現(xiàn)代共價鍵理論現(xiàn)代價鍵理論現(xiàn)代價鍵理論分子軌道理論分子軌道理論價鍵理論價鍵理論雜化軌道理論雜化軌道理論例如：例如：h2的形成過程的形成過程r0e00erh2分子形成過程中能量隨核間距的變化分子形成過程中能量隨核間距的變化a bab.h2分子的兩種狀態(tài)分子的兩種狀態(tài) 一一 價鍵理論價鍵理論(vb)共價鍵：共價鍵：原子間電子云密度大的區(qū)域?qū)珊说奈?/p>

8、原子間電子云密度大的區(qū)域?qū)珊说奈?形成的化學(xué)鍵。形成的化學(xué)鍵。 形成條件：鍵合雙方各提供自旋相反的未成對電子形成條件：鍵合雙方各提供自旋相反的未成對電子(電子配對電子配對). 鍵合雙方原子軌道應(yīng)盡可能最大程度重疊。鍵合雙方原子軌道應(yīng)盡可能最大程度重疊。 1 價鍵理論基本要點價鍵理論基本要點 (1) 兩原子接近時，自旋相反的單電子可配對形成共價鍵。兩原子接近時，自旋相反的單電子可配對形成共價鍵。 (2) 原子軌道重疊部分越大，兩核間電子概率密度越大，原子軌道重疊部分越大，兩核間電子概率密度越大， 所形成共價鍵越牢固，分子越穩(wěn)定。所形成共價鍵越牢固，分子越穩(wěn)定。 (3) 電子配對放出的能量越

9、多，形成的化學(xué)鍵越穩(wěn)定。電子配對放出的能量越多，形成的化學(xué)鍵越穩(wěn)定。3 共價鍵類型共價鍵類型 按原子軌道重疊方式不同，可分為按原子軌道重疊方式不同，可分為鍵和鍵和 鍵兩種類型。鍵兩種類型。2 共價鍵特征共價鍵特征 (1) 方向性方向性：共價鍵的形成在可能范圍內(nèi)一定是采取電子云：共價鍵的形成在可能范圍內(nèi)一定是采取電子云密度最大方向重疊。密度最大方向重疊。 形成共價鍵時，除形成共價鍵時，除s與與s軌道在任何方向上能達到最大程軌道在任何方向上能達到最大程度重疊外，度重疊外，p、d、f 軌道只有沿一定方向才能達到最大程軌道只有沿一定方向才能達到最大程度重疊。度重疊。hclhhonn例如：例如：(2)

10、飽和性飽和性：一個原子有多少個未成對電子，它就能形成：一個原子有多少個未成對電子，它就能形成多少個共價鍵。即一個原子所形成共價鍵的數(shù)目不是任意多少個共價鍵。即一個原子所形成共價鍵的數(shù)目不是任意的，一般受單電子數(shù)目的制約。的，一般受單電子數(shù)目的制約。 鍵鍵：沿鍵軸方向，原子軌道以：沿鍵軸方向，原子軌道以“頭碰頭頭碰頭”方式發(fā)生方式發(fā)生軌道重疊，軌道重疊部分是沿鍵軸呈圓柱形分布的。軌道重疊，軌道重疊部分是沿鍵軸呈圓柱形分布的。 鍵鍵：原子軌道以：原子軌道以“肩并肩肩并肩”方式發(fā)生軌道重疊，軌方式發(fā)生軌道重疊，軌道重疊部分通過一個鍵軸平面具有鏡面反對稱性。道重疊部分通過一個鍵軸平面具有鏡面反對稱性。

11、 例如：例如：n2的形成的形成 n 1s22s22px12py12pz1配位鍵配位鍵：由一個原子提供電子對為兩個原子共用而形成的：由一個原子提供電子對為兩個原子共用而形成的共價鍵稱為共價配鍵或配位鍵。共價鍵稱為共價配鍵或配位鍵。 形成配位鍵的條件：形成配位鍵的條件： 一個原子其價電子層有未共用電子對一個原子其價電子層有未共用電子對(稱為孤電子對稱為孤電子對)。 另一個原子其價電子層有空軌道。另一個原子其價電子層有空軌道。 穩(wěn)定性：穩(wěn)定性： 鍵鍵o2- o22- 結(jié)論：結(jié)論：對于同種原子形成的共價鍵，鍵級越大，鍵能就對于同種原子形成的共價鍵，鍵級越大，鍵能就越大，鍵長就越短。越大，鍵長就越短。

12、10.3 鍵的極性與分子的極性鍵的極性與分子的極性一一 鍵的極性鍵的極性共價鍵共價鍵非極性鍵非極性鍵 電荷分布對稱電荷分布對稱 如如h2、n2、cl2。極性鍵極性鍵 電荷分布不對稱電荷分布不對稱 如如hcl、hf。 共價鍵極性大小可以用鍵矩共價鍵極性大小可以用鍵矩來衡量，其定義式為：來衡量，其定義式為： =qd q：正、負兩級的電量，正、負兩級的電量，d：正、負兩級的距離。正、負兩級的距離。 a 鍵矩鍵矩是矢量，方向是從正級到負級。是矢量，方向是從正級到負級。 b 鍵矩鍵矩的數(shù)量級在的數(shù)量級在10-30c.m范圍，范圍，1d=3.3310-30c.m。 c 成鍵原子間電負性相差越大，鍵矩越大，

13、鍵的極性越大。成鍵原子間電負性相差越大，鍵矩越大，鍵的極性越大。分子極性的大小常用偶極矩分子極性的大小常用偶極矩來衡量，其定義式為：來衡量，其定義式為： =qd q：電荷中心上的電量，電荷中心上的電量，d：分子中正、負兩級之間的距離。分子中正、負兩級之間的距離。 a 偶極矩偶極矩是矢量，方向是由正到負。是矢量，方向是由正到負。 b 分子的偶極矩分子的偶極矩=分子中化學(xué)鍵鍵矩的矢量和。分子中化學(xué)鍵鍵矩的矢量和。 c 偶極矩越大，分子極性越大；非極性分子的偶極矩為偶極矩越大，分子極性越大；非極性分子的偶極矩為0。 d 對于雙原子而言，分子的極性與鍵的極性是一致的；對于雙原子而言，分子的極性與鍵的極

14、性是一致的； 對于多原子分子而言，分子的極性不僅與鍵的極性有關(guān)，對于多原子分子而言，分子的極性不僅與鍵的極性有關(guān)， 還與分子的空間構(gòu)型有關(guān)。還與分子的空間構(gòu)型有關(guān)。二二 分子的極性和偶極矩分子的極性和偶極矩 分子分子非極性分子：分子中正、負電荷中心重合于一點的分子。非極性分子：分子中正、負電荷中心重合于一點的分子。極性分子：極性分子： 正、負電荷中心不互相重合的分子。正、負電荷中心不互相重合的分子。10.4 分子間的作用力與氫鍵分子間的作用力與氫鍵一一 分子間的作用力分子間的作用力 分子間的作用力分子間的作用力(范德瓦爾斯力范德瓦爾斯力)取向力：取向力：固有偶極固有偶極-固有偶極固有偶極誘導(dǎo)力

15、：誘導(dǎo)力：固有偶極固有偶極-誘導(dǎo)偶極誘導(dǎo)偶極色散力：色散力：瞬時偶極瞬時偶極-瞬時偶極瞬時偶極分子間范德瓦爾斯力的特點：分子間范德瓦爾斯力的特點： a 極性分子與極性分子之間的作用力由取向力、誘導(dǎo)力、極性分子與極性分子之間的作用力由取向力、誘導(dǎo)力、色散力組成；極性分子與非極性分子之間的作用力由誘色散力組成；極性分子與非極性分子之間的作用力由誘導(dǎo)力、色散力組成；非極性分子之間僅存在色散力。導(dǎo)力、色散力組成；非極性分子之間僅存在色散力。 b 分子間力作用很小。液態(tài)、固態(tài)下分子間力比較顯著；分子間力作用很小。液態(tài)、固態(tài)下分子間力比較顯著；氣態(tài)時分子間力可以忽略，視其為理想氣體。氣態(tài)時分子間力可以忽略

16、，視其為理想氣體。 c 分子間力與化學(xué)鍵不同。分子間作用能約比化學(xué)鍵鍵分子間力與化學(xué)鍵不同。分子間作用能約比化學(xué)鍵鍵能小能小12個數(shù)量級；前者既無飽和性，又無方向性，其主個數(shù)量級；前者既無飽和性，又無方向性，其主要影響物質(zhì)的物理性質(zhì)；后者主要影響物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。要影響物質(zhì)的物理性質(zhì)；后者主要影響物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。d 取向力與溫度有關(guān)，誘導(dǎo)力，色散力受溫度影響不大。取向力與溫度有關(guān)，誘導(dǎo)力，色散力受溫度影響不大。2氫鍵氫鍵 氫鍵的形成氫鍵的形成： 1 分子中心必須有一個與電負性很大的元素形成強極性共價分子中心必須有一個與電負性很大的元素形成強極性共價鍵的氫原子。鍵的氫原子。 2 電負性大的元素的原

17、子必須有孤對電子，而且半徑要小。電負性大的元素的原子必須有孤對電子，而且半徑要小。氫鍵通式氫鍵通式：xhy x、y代表代表f、o、n等原子。等原子。特點：特點： 1 飽和性飽和性 2 方向性方向性 類型：類型：1 有非對稱和對稱之分有非對稱和對稱之分 2 有強弱之分有強弱之分(與元素的電負性有關(guān)與元素的電負性有關(guān)) 3 有分子內(nèi)和分子間之分有分子內(nèi)和分子間之分 分子間氫鍵分子間氫鍵(使物質(zhì)的熔、沸點升高使物質(zhì)的熔、沸點升高) 分子內(nèi)氫鍵分子內(nèi)氫鍵(使物質(zhì)的熔、沸點降低使物質(zhì)的熔、沸點降低) 10.5 離子的極化離子的極化一一 離子極化的定義離子極化的定義 離子在外電場影響下，正、負電荷中心不重

18、合，產(chǎn)生離子在外電場影響下，正、負電荷中心不重合，產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極矩的現(xiàn)象叫誘導(dǎo)偶極矩的現(xiàn)象叫離子的極化離子的極化。二二 離子的極化作用離子的極化作用 離子使異號離子極化而變形的作用稱為離子使異號離子極化而變形的作用稱為該離子的極化作該離子的極化作用用。影響離子極化作用大小的主要因素：。影響離子極化作用大小的主要因素： 1 正離子半徑越小，電荷越多，極化作用越強。正離子半徑越小，電荷越多，極化作用越強。 如如: al3+mg2+na+ 2 負離子半徑越小，電荷越多，極化作用越強。負離子半徑越小，電荷越多，極化作用越強。 如：如：o2-f-cl- （不要求）（不要求）3 電荷和半徑相近時，極化作用與

19、電子層構(gòu)型有關(guān)，電荷和半徑相近時，極化作用與電子層構(gòu)型有關(guān)，離子極化作用隨其外層離子極化作用隨其外層d 電子數(shù)增多而增大。電子數(shù)增多而增大。 如：如：(18+2)、18(917) 8電子構(gòu)型離子電子構(gòu)型離子三三 離子的變形性離子的變形性 離子受外電場影響發(fā)生變形，產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極矩的現(xiàn)離子受外電場影響發(fā)生變形，產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極矩的現(xiàn)象叫象叫離子的變形離子的變形，變形性用，變形性用極化率極化率來衡量。來衡量。 影響離子變形性的主要因素：影響離子變形性的主要因素： 1 正離子電荷越少，半徑越大，變形性越大。正離子電荷越少，半徑越大，變形性越大。 如：如：k+na+li+，na+mg2+al3+ 2 負離子

20、電荷越多，半徑越大，變形性越大。負離子電荷越多，半徑越大，變形性越大。 如：如：o2-f-3 電荷和半徑相近時，變形性與離子的電子層構(gòu)型有關(guān)，電荷和半徑相近時，變形性與離子的電子層構(gòu)型有關(guān)，離子的變形性隨其外層離子的變形性隨其外層d 電子數(shù)增多而增大。電子數(shù)增多而增大。 如：如： (18+2)、18(917) 8電子構(gòu)型離子電子構(gòu)型離子 四四 相互極化作用相互極化作用附加極化作用：正、負離子間相互極化，導(dǎo)致彼此間的變附加極化作用：正、負離子間相互極化，導(dǎo)致彼此間的變形性增大，產(chǎn)生的誘導(dǎo)偶極矩加大，從而進一步加強了它形性增大，產(chǎn)生的誘導(dǎo)偶極矩加大，從而進一步加強了它們的極化能力，這種加強的極化作用稱為們的極化能力，這種加強的極化作用稱為附加極化作用附加極化作用。 一般來說，離子最外層含有的電子數(shù)越多，附加一般來說，離子最外層含有的電子數(shù)越多，附加極化作用越大。極化作用越大。 五五 離子極化對化合物性質(zhì)的影響離子極化對化合物性質(zhì)的影響 1 化合物熔點降低。化合物熔點降低。 2 化合物溶解度