化學鍵和分子結構

1、第十章 化學鍵和分子結構分子中原子之間的長程強相互作用力稱為化學鍵。化學鍵可分為離子鍵、金屬鍵和共價鍵三種。 組成化學鍵的兩個原子間電負性差大于1.8 時，一般生成離子鍵，小于1.8 時一般生成共價鍵。而金屬原子之間則生成金屬鍵。§10-1 離子鍵一、 離子鍵的形成和性質1離子鍵的形成正、負離子通過靜電引力結合在一起。這種由異號電荷離子的吸引所產生的化學結合力稱為離子鍵。離子鍵的形成過程可簡單表示如下： nen Na（3s1） -®n Na+（2s22p6） + ne n NaCln Cl（3s23p5）® n Cl（3s23p6）由離子鍵形成的化合物叫離子型化合

2、物，它們以離子晶體形式存在。2離子鍵的性質離子鍵的本質是靜電引力，在離子鍵的模型中，可以近似的將正、負離子視為球形電荷，兩種帶有相反電荷的離子間的靜電引力與離子電荷的乘積成正比，而與離子核間距的平方成反比。即離子的電荷越大，離子電荷中心間的距離越小，離子間的引力(離子鍵)越強，鍵的離子性與元素的電負性有關。3. 離子鍵的特征由于離子的電荷分布是球形對稱的，因此，只要空間條件許可，它可以從不同方向同時吸引若干帶有相反電荷的離子，所以，離子鍵的特征是：既沒有方向性，也沒有飽和性。4. 離子性百分數(shù)離子性百分數(shù)與成鍵元素電負性差值有關。通常，電負性差值大于1.7，離子性百分數(shù)大于50% ，而離子性百

3、分數(shù)大于50% 時，此物質為離子型化合物；反之為共價型化合物。§10-2 共價鍵一、現(xiàn)代價鍵理論(VB)1. 共價鍵的形成當兩個有未成對電子，且自旋方向相反的原子相互靠近時，電子所處原子軌道重疊，核間電子密度加大，形成穩(wěn)定的化學鍵，這種通過原子軌道重疊共用電子對所形成的化學鍵稱為共價鍵。2. 共價鍵的特征(1)共價鍵的飽和性：共價鍵的鍵數(shù)等于未成對的電子數(shù)，即一個原子有幾個未成對電子，便可和幾個自旋方向相反電子的原子軌道配對成鍵，稱為共價鍵的飽和性。(2)共價鍵的方向性：因為原子軌道在空間按一定的方向伸展，根據(jù)最大重疊原理，軌道重疊越多，電子在兩核間出現(xiàn)的幾率越大，所形成的共價鍵也就

4、越穩(wěn)定，因此在成鍵時，必然按一定的方向發(fā)生重疊，所以共價鍵有方向性。3. 共價鍵的類型(1)鍵：原子軌道重疊部分對鍵軸圓柱型對稱，形成的鍵稱為鍵，俗稱“頭碰頭”。鍵的特點是重疊程度大，鍵強，穩(wěn)定。(2)鍵：原子軌道重疊部分對鍵軸所在的某一特定平面具有反對稱性，形成的鍵稱為鍵，俗稱“肩并肩”。鍵的特點是重疊程度較小，鍵電子能量較高，易活動，是化學反應的積極參與者。4.鍵參數(shù)離解能與鍵能在熱力學標態(tài)下，298K時，斷開單位物質的量的某化學鍵時所需的能量(過程的焓變)稱為該物質的鍵離解能，用符號D表示。在熱力學標態(tài)下，298K時，斷開單位物質的量的某化學鍵時，每個同種鍵所需能量的平均值稱為該鍵的鍵能

5、，用符號表示。對于多原子分子，鍵能不等同于鍵的離解能，它是分子中某特定化學鍵的離解能的平均值，但用鍵能的大小可以衡量化學鍵的強弱。通常，鍵能越大，鍵越牢固，由該鍵構成的分子也就越穩(wěn)定。鍵長分子中兩個成鍵原子核間的平衡距離稱為鍵長。通常，兩個原子之間的鍵長越短，鍵越牢固，分子也越穩(wěn)定。鍵角在分子中鍵和鍵之間的夾角稱為鍵角。鍵角是確定分子幾何構型的重要參數(shù)。二、雜化軌道理論1. 理論要點(1)原子在形成分子時，原子軌道進行重新組合，形成雜化軌道，有幾個原子軌道就形成幾個雜化軌道。(2)能量相近的原子軌道才能進行有效的雜化，雜化后的各雜化軌道能量相等；雜化軌道成鍵能力比原子軌道強；(3)軌道雜化與軌

6、道上有無電子無關；(4)雜化軌道的能量、成分、形狀完全相同的雜化稱為等性雜化；由于雜化軌道所帶電子數(shù)不同，造成雜化軌道能量、成分、形狀略有不同的雜化稱為不等性雜化。2. 雜化軌道的類型(1)sp雜化：一個s軌道與一個p軌道間雜化形成二個sp雜化軌道，軌道間夾角1800。(2)sp2雜化：一個s軌道與二個p軌道間雜化形成三個sp2雜化軌道，軌道間夾角1200。(3)sp3雜化：一個s軌道與三個p軌道間雜化形成四個sp3雜化軌道，等性sp3雜化軌道間夾角109028，不等性sp3雜化(有孤電子對)軌道間夾角小于109028。(4)dsp雜化：在配位化合物部分介紹。3. 雜化類型與分子的空間構型分子

7、的空間構型由雜化類型所決定，利用雜化軌道理論可以較好地解決共價型物質的空間構型問題。雜化類型與分子空間構型的關系如下表所示：雜化類型spsp2sp3等性不等性等性不等性不等性雜化軌道間夾角180012001200109028107018104045分子空間構型直線型平面三角形角形正四面體三角錐角形實 例BeCl2 CO2HgCl2C2H2BF3SO3C2H4SO2 NO2CH4SiF4 NHNH3PCl3H2OOF2§10-3 分子間力與氫鍵一、分子的性質1. 分子的極性分子的極性大小用偶極矩衡量。通常，把大小相等、符號相反，彼此相距d的兩個點電荷組成的體系稱為偶極子，極性分子就是偶

8、極子，其電量與距離之積就是分子的偶極矩，表示為：偶極矩 = qd分子的偶極矩是各個鍵矩的矢量和。由此可以看出，分子的極性與鍵的極性有關，通常，鍵無極性，組成的分子也無極性；鍵有極性時，化學鍵成對稱分布時，鍵矩的矢量和為零，分子的偶極矩為零，分子無極性；非對稱分子鍵矩的矢量和不為零時，分子的偶極矩不為零，分子有極性2. 分子的磁性分子的磁性大小用磁矩衡量，以符號m表示，單位為玻爾磁子B.M. 。m = 其中n是未成對電子數(shù)。通常，分子中未成對電子數(shù)越多，磁矩越大，分子的磁性越強。二、分子間力1. 分子的極化(1)固有偶極:由于極性分子的正、負電荷中心不重合而產生的偶極稱為固有偶極，通常，正、負電

9、荷中心偏移越大，固有偶極越大。(2)誘導偶極：在外電場作用下，分子中正、負電荷中心發(fā)生相對位移所產生的偶極稱為誘導偶極。(3)瞬時偶極：分子中電子相對于原子核運動，在某一瞬時產生的電子云不對稱分布，造成正、負電荷中心相對位移所產生的偶極稱為瞬時偶極。(4)分子的極化：分子在外電場作用下產生誘導偶極的過程稱為分子的極化。2. 分子間力(1)取向力：極性分子固有偶極之間的相吸和相斥達平衡時產生的作用力稱為取向力，它存在于極性分子之間。通常分子的極性越大，分子間距離越小，取向力越大。(2)誘導力：極性分子的固有偶極與誘導偶極之間的作用力稱為誘導力，它存在于極性分子之間、極性分子與非極性分子之間。通常極性分子的固有偶極越大，分子的誘導偶極越大，分子間距離越小，誘導力越大。(3)色散力：由瞬時偶極引起的分子之間的作用力稱為色散力，它存在于極性分子之間、極性分子與非極性分子之間，以及非極性分子之間。通常分子變形性越大(分子量越大)，分子間距離越小，色散力越大。綜上所述，色散力存在于所有分子之間，它通常是最主要的分子間力；誘導力通常很小；而取向力只在分子極性較大時，才成為主要作用力。三、氫鍵1. 氫鍵的形成：當氫與電負性大、半徑小的原子相結合時，由于共用電子對強烈地偏向電負性大、半徑小的原子而使氫成為“裸核”，從而使氫有多余