周享春 无机及分析 教案 第2章（2013修改）.ppt

第二章第二章化学键与分子结构化学键与分子结构2.1 化学键理论2.2 多原子分子的空间构型2.3 共价型物质的晶体2.4 离子型晶体2.5 多键型晶体7/17/20222第二章第二章 化学键与分子结构化学键与分子结构学学习习要要求求（1）理理解解化化学学键键的的本本质质掌掌握握离离子子键键理理论论的的基基本本要要点点，理理解解决决定离子化合物性质的因素及离子化合物的特征定离子化合物性质的因素及离子化合物的特征2）掌掌握握价价键键理理论论的的基基本本要要点点及及共共价价键键的的特特征征理理解解键键参参数数的的意义3）能用杂化轨道理论来解释一般分子的构型能用杂化轨道理论来解释一般分子的构型4）能用价层电子对互斥理论来预言一般主族元素分子的构型能用价层电子对互斥理论来预言一般主族元素分子的构型5）掌掌握握分分子子轨轨道道理理论论的的基基本本要要点点，并并能能用用其其来来处处理理第第一一、第第二周期同核双原子分子二周期同核双原子分子6）了了解解离离子子极极化化作作用用、分分子子间间力力和和氢氢键键、离离子子晶晶体体晶晶格格能能对对物质性质的影响物质性质的影响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。

7/17/20223第二章第二章 化学键与分子结构化学键与分子结构2.1化学键理论化学键理论本本节节主主要要讨讨论论分分子子中中直直接接相相邻邻的的原原子子间间的的强强相相互互作作用用力力，即即化化学学键键问问题题和和分分子子的的空空间构型间构型(即几何形状即几何形状)问题按按照照化化学学键键形形成成方方式式与与性性质质的的不不同同，化化学键可分为三种基本类型：学键可分为三种基本类型：离子键离子键 共价键和金属键共价键和金属键7/17/20224第二章第二章 化学键与分子结构化学键与分子结构2.1.1离子键离子键1.离子键离子键离子键理论离子键理论1916年由德国化学家柯塞尔提出，他认为：原子年由德国化学家柯塞尔提出，他认为：原子在反应中失去或得到电子以达到在反应中失去或得到电子以达到稀有气体的稳定结构稀有气体的稳定结构，由此形成，由此形成的正、负离子以的正、负离子以静电引力静电引力相互吸引在一起相互吸引在一起离子键的离子键的本质本质就是就是正、负离子间的静电吸引作用正、负离子间的静电吸引作用显然，离子键的强弱与正负离子的静电吸引力显然，离子键的强弱与正负离子的静电吸引力大小有关，大小有关，正负离子电荷正负离子电荷Z、r、静电吸引力静电吸引力，离子键愈强。

离子键愈强离子键的离子键的特点特点无方向性无方向性(视作点电荷作用，无方向性视作点电荷作用，无方向性)；无饱和性无饱和性(吸引尽可能多的异号离子吸引尽可能多的异号离子)；7/17/20225第二章第二章 化学键与分子结构化学键与分子结构2晶格能晶格能(U)（通常用晶格能来量度离子键的强弱）（通常用晶格能来量度离子键的强弱）（通常用晶格能来量度离子键的强弱）（通常用晶格能来量度离子键的强弱）(1)定义定义在标准压力和一定温度下，在标准压力和一定温度下，由气态离由气态离子形成子形成1mol离子晶体离子晶体时所放出的能量时所放出的能量晶格晶格能符号为能符号为U，单位：单位：kJ mol 1mMn+(g)+nXm(g)MmXn(s)rHm=U由定义得出的由定义得出的U为负值，但在通常使用及为负值，但在通常使用及一些手册中都取正值一些手册中都取正值晶格能的数值越大，晶格能的数值越大，离子晶体越稳定离子晶体越稳定7/17/20226第二章第二章 化学键与分子结构化学键与分子结构 1/2Br2(l)+K(s)KBr(s)K(g)K+(g)+1/2Br2(g)Br(g)Br(g)H2=418kJmol1电离能H6=U fHm=393.8kJmol1汽化 H3=15kJmol1H1=90kJmol1 升华H4=97kJmol11/2键能H5=324.5kJmol1电子亲和能(2)晶格能的计算晶格能的计算波恩波恩(Born)哈伯哈伯(Haber)循环循环根据盖斯定律：根据盖斯定律：fHm=H1+H2+H3+H4+H5+H6 U=H6=fHm(H1+H2+H3+H4+H5)=393.6 90 418 15 97+324.5kJ mol 1=689kJ mol 1以上得到的数据称实验值，由于电子亲和能的数据出入较以上得到的数据称实验值，由于电子亲和能的数据出入较大，因而晶格能大，因而晶格能U的数据也相差较大。

的数据也相差较大7/17/20227第二章第二章 化学键与分子结构化学键与分子结构晶格能的本质是静电作用，可看作离子晶体中离晶格能的本质是静电作用，可看作离子晶体中离子键的键能离子晶体中离子的子键的键能离子晶体中离子的Z，r，U ，离子，离子晶体的硬度晶体的硬度，m.p.晶 体Z+Z(r+r)/pmU/kJmol1m.p./K硬度NaF112319021261NaCl112767711074NaBr112917331013NaI11311684933MgO22205388939166.5CaO22239351334764.5SrO22253331032053.5BaO22275315221963.3晶格能与离子晶体的物理性质晶格能与离子晶体的物理性质7/17/20228第二章第二章 化学键与分子结构化学键与分子结构2.1.2价键理论价键理论离子键理论能很好解释电负性差值较大的离子键理论能很好解释电负性差值较大的离子型化合物的成键与性质，但无法解释其他离子型化合物的成键与性质，但无法解释其他类型的化合物的问题类型的化合物的问题美国化学家路易斯美国化学家路易斯(GNLewis)提出了共价提出了共价键键(covalentbond)的电子理论：的电子理论：原子间可共用原子间可共用一对或几对电子，以形成稳定的分子一对或几对电子，以形成稳定的分子。

这是早这是早期的共价键理论期的共价键理论7/17/20229第二章第二章 化学键与分子结构化学键与分子结构1927年，英国物理学家海特勒年，英国物理学家海特勒(WHeitler)和德国物理学家伦敦和德国物理学家伦敦(FLondon)成功成功地地用量子力学处理用量子力学处理H2分子的结构分子的结构1931年，美国化学家鲍林和斯莱特将其年，美国化学家鲍林和斯莱特将其处理处理H2分子的方法推广应用于其他分子系统分子的方法推广应用于其他分子系统而发展成为价键理论而发展成为价键理论(valencebondtheory)，简称简称VB法法或或电子配对法电子配对法7/17/202210第二章第二章 化学键与分子结构化学键与分子结构根据根据Pauli不相容原理，每个不相容原理，每个H原子的原子的1s轨道还可以轨道还可以接纳一个自旋相反的电子配对用量子力学处理两个相接纳一个自旋相反的电子配对用量子力学处理两个相互靠近的互靠近的H原子，得到两个原子，得到两个H原子的作用能与核间距的原子的作用能与核间距的关系图当两个具有关系图当两个具有相同相同si的的H原子靠近时，两核间电原子靠近时，两核间电子云概率密度子云概率密度，两核的排斥作用，两核的排斥作用，此时为排斥态，此时为排斥态II，系统能量系统能量，为，为能量曲线能量曲线EII，不能形成稳定的分子。

而不能形成稳定的分子而当两个具有当两个具有相反相反si的的H原子靠近时，两核间电子云概率原子靠近时，两核间电子云概率密度密度，两核的排斥作用，两核的排斥作用，此时为吸引态，此时为吸引态I，系统能，系统能量量，为，为能量曲线能量曲线EI，能形成稳定的分子能形成稳定的分子1氢分子的形成氢分子的形成H(1s1)+H(1s1)7/17/202211第二章第二章 化学键与分子结构化学键与分子结构H2的能量曲线与状态EE436kJmol1 吸引态 排斥态74pmII排斥态I吸引态注意：注意：EI线在核间距线在核间距74pm处有能量最低值，处有能量最低值，E=436kJ mol 1两核进一步靠近，两核进一步靠近，E74pm是是H2的键长，的键长，436kJ mol 1是是H2的的键能7/17/202212第二章第二章 化学键与分子结构化学键与分子结构H2电子云概率密度图电子云概率密度图排斥态排斥态（未成对电子自旋相同）（未成对电子自旋相同）吸引态吸引态（未成对电子自旋相反）（未成对电子自旋相反）7/17/202213第二章第二章 化学键与分子结构化学键与分子结构2.价键理论基本要点价键理论基本要点价键理论要点如下：价键理论要点如下：(1)两两原原子子自自旋旋相相反反(si=+1/2,si=1/2)的的未未成成对对电电子子相相互互配配对，可以对，可以形成稳定的共价键；形成稳定的共价键；根据原子的单电子数目可确定相应的成键情况：根据原子的单电子数目可确定相应的成键情况：如如H Cl原子各有一个未成对电子，自旋反平行互相配对原子各有一个未成对电子，自旋反平行互相配对构成共价单键，构成共价单键，HCl；如两原子各有两个或三个未成对电子，则在两个原子间如两原子各有两个或三个未成对电子，则在两个原子间可以形成共价双键或共价三键。

可以形成共价双键或共价三键如如NN分子以三键结合，因为每个分子以三键结合，因为每个N原子有原子有3个未成对的个未成对的2p电子；电子；若原子若原子A有能量合适的空轨道，原子有能量合适的空轨道，原子B有孤电子对，有孤电子对，原子原子B的孤电子对所占据的原子轨道和原子的孤电子对所占据的原子轨道和原子A的空轨道能有效地重的空轨道能有效地重叠，则原子叠，则原子B的孤电子对可以与原子的孤电子对可以与原子A共享，如此形成的共价共享，如此形成的共价键称为键称为共价配键，以符号共价配键，以符号AB表示；表示；(2)共共价价键键的的本本质质是是原原子子轨轨道道的的重重叠叠和和共共用用电电子子对对的的形形成成，轨轨道道的的重重叠叠程程度度愈愈大大，共共价价键键愈愈稳稳定定因因而而，共共价价键键总总是是尽尽可可能沿轨道最大重叠的方向形成，这就是最大重叠原理能沿轨道最大重叠的方向形成，这就是最大重叠原理注意：最大重叠指原子轨道的对称性重叠注意：最大重叠指原子轨道的对称性重叠7/17/202214第二章第二章 化学键与分子结构化学键与分子结构(1)共价键的饱和性共价键的饱和性决定分子的共价键数目决定分子的共价键数目指每个原子的成键总数或以单键相连的原子数目是指每个原子的成键总数或以单键相连的原子数目是一定的。

一个原子有一定的一个原子有n个未成对电子，则最多可与个未成对电子，则最多可与n个自个自旋相反的单电子配对成键；旋相反的单电子配对成键；如：如：3.共价键的特征共价键的特征HHHNHFOHH7/17/202215第二章第二章 化学键与分子结构化学键与分子结构(2)共价键的方向性共价键的方向性决定分子的几何构型决定分子的几何构型根据最大重叠原理，在形成共价键时，原子间总根据最大重叠原理，在形成共价键时，原子间总是尽可能的沿着原子轨道最大重叠的方向成键是尽可能的沿着原子轨道最大重叠的方向成键电电子云重叠最大的方向即共价键的方向子云重叠最大的方向即共价键的方向7/17/202216第二章第二章 化学键与分子结构化学键与分子结构1物质的磁性物质的磁性2.1.3分子轨道理论分子轨道理论磁性顺磁性：受磁场所吸引，顺磁性：受磁场所吸引，0；抗抗(逆逆)磁性：被磁场所排斥，磁性：被磁场所排斥，=0；顺磁性 抗(逆)磁性7/17/202217第二章第二章 化学键与分子结构化学键与分子结构磁矩磁矩：描述物质顺磁性大小的物理量描述物质顺磁性大小的物理量 n：分子中未成对电子数；分子中未成对电子数；：单位常用玻尔磁子，符号为单位常用玻尔磁子，符号为“B.M.”。

可由实验测定，通过可由实验测定，通过 值可估算分子中未成对电子数如两个值可估算分子中未成对电子数如两个O原子按原子按VB理论，单电子相互配对，理论，单电子。