二章分子结构和化学键.ppt
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1、第二章 分子结构和化学键,化学键: 当原子结合成分子时,存在于原子之间 的相互作用称为化学键,化 学 键,离子键 共价键 金属键,氢键 范德华力,2.1 离子键 (Ionic bond ),1、离子化合物的特点,在熔融状态能导电 (能溶于水的,水溶 液也导电),通常情况下,大多数是晶体,熔点和沸 点高,电化学研究表明,在熔融状态或在水溶 液中产生离子。,2、离子键理论(Theory of ionic bond),当电负性相差较大的金属原子和非金属 原子在一定的反应条件下相互接近时,由于 有达到稳定的电子结构的倾向而分别失去或 得到电子生成正离子和负离子。,Na + Cl,Na+ + Cl-,正
2、离子和负离子由于静电引力相互吸引 而形成离子晶体,在离子晶体中,正离子和 负离子形成离子键,Na+ + Cl-,NaCl,4、离子键的强度 - 晶格能 ( Lattice energy ),晶格能: 1mol 离子晶体解离成自由气态离子时所 吸收的能量。 (或相距为无限远处的气态正离子和负 离子结合成1mol 离子晶体时所释放的能量。),晶格能的计算- Born-Haber循环,Na (s) + F2(g) NaF2(S),Na(g) + F(g),Na+(g) + F-(g),U0,Eea,I,fHm,subHm,D,(在上述计算中,吸收能量取正值,释放能量取负值),5、决定离子化合物性质的
3、主要因素,离子所带的电荷 离子电荷越多,相反离子间引力越大,熔点、 沸点越高,硬度越大。 同种元素不同电荷数的离子,其化学性质也 有所不同。,(2) 离子半径 离子半径越小,离子键越强,化合物的熔点、 沸点越高,2、离子键理论(Theory of ionic bond),当电负性相差较大的金属原子和非金属 原子在一定的反应条件下相互接近时,由于 有达到稳定的电子结构的倾向而分别失去或 得到电子生成正离子和负离子。,Na + Cl,Na+ + Cl-,正离子和负离子由于静电引力相互吸引 而形成离子晶体,在离子晶体中,正离子和 负离子形成离子键,Na+ + Cl-,NaCl,(3) 电子构型的影响
4、,Na+ r = 97 pm , Cu+ r = 96 pm 但 NaCl 溶于水 而CuCl不溶 原因:电子构型不同,离子的电子构性种类 2电子构型 最外层为2个电子,如 Li+ 8电子构型 最外层为8个电子, 如K+ 18电子构型 最外层为18个电子, 如Cd2+、Ag+ (18+2)电子构型 最外层为2个电子 次外层为18个电子,如Pb2+ 不饱和型电子构型 最外层为9 -17个电子 如 Fe2+,2.2 共价键和价键理论,1、共价键的形成,H + H,H : H,(H H),原子通过共用电子对而形成分子时,原子 间的相互作用(化学键)称为共价键,键级:分子中两原子共享的电子对数目 孤对
5、电子:在分子中原子单独拥有的未成键的 电子对 键长:共价分子中两个成键原子的核间距离 键能:1mol气态分子断开化学键而生成气态 原子所需的能量。,2、价键理论(电子配对理论)(Heitler-London) Valencebond Theory,H,H,E,r,当两原子的电 子自旋相反时的 势能曲线,当两原子的电 子自旋相同时的 势能曲线,r0, H2分子的基态, H2分子的排斥态,基态 排斥态,两个氢原子接近时,电子云的分布情况,价键理论的基本要点:,当两个原子接近时,两原子中自旋相反的 未成对电子轨道重叠,电子云密集,系统 能量降低,成为两原子的共享电子对而形 成化学键共价键,(2) 原
6、子轨道重叠时,轨道重叠越多,电子在 两核间出现的机会越大,形成的化学键越 稳定,因此,共价键应尽可能地沿原子轨 道最大重叠方向形成-最大重叠原理。,3、共价键的特点:,共价键具有饱和性 每个原子成键的总数或以单键连接的相邻 原子数是一定的,(2) 共价键具有方向性 由于成键时要遵守最大重叠原理,因此一 个原子与其他原子形成的共价键具有一定 的方向(轨道重叠最大的方向),4、共价键的类型:,(1) 键和键,键 :成键的两原子以“头碰头”的方式,沿 两原子核连线方向发生轨道重叠。,键 :成键时两原子轨道以“肩并肩”的方式 发生重叠,重叠部分对通过键轴、密 度为零的一个平面呈对称分布,两个原子的原子
7、 核的连线称为键 轴。,一般说来,键的重叠程度小于 键,所以键的键能比键的 键能小,更易于发生化学反应。,(2) 正常共价键和配位共价键,正常共价键:共用电子对由成键的两个原子 共同提供。,配位共价键:共用电子对由成键原子中的一个 原子提供,H,H N : + H+,H,H,H N H,H,2.3 轨道杂化理论 ( Pauling, 1931) Hybridization Theory,在同一个原子中能量相近的不同类型的几 个原子轨道在成键时可以相互叠加而组成同等 数量的能量完全相同的杂化原子轨道,1、轨道的杂化,原子形成杂化轨道的一般过程 激发 杂化 轨道重叠,CH4分子的形成,2s,2p,
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