键合理论4.ppt

4离子晶体的结合能 离子为结合单元 电子分布高度局域在离子实的附近 形成稳定的球对称性的电子壳层结构 离子晶体的模型 正 负离子 刚球 离子晶体结合力库仑吸引力作用离子靠近到一定程度 由于泡利不相容原理 两个离子的闭合壳层电子云的交迭产生强大的排斥力排斥力和吸引力相互平衡时 形成稳定的离子晶体 一种离子的最近邻离子为异性离子 离子晶体的配位数最多只能是8 离子晶体结合的稳定性 导电性能差 熔点高 硬度高和膨胀系数小 离子晶体特点 4 1结合能的计算 静电学处理 点电荷模型把正负离子看成离子晶体的基本荷电质点 离子晶体中的电子云一般是满壳层的 假定正负离子的电子云分布是球形对称的 将各个离子看作是电荷集中于球心的圆球 根据库仑定律 两个相距为R的点电荷之间的相互作用力为 Z1 Z2分别为正 负离子的价数 e为电子电荷若两个离子电荷为异号 则相互吸引 fc为负值正 负离子间的排斥力 即核外电子之间的斥力是一种近程力 当R较小时迅速增大 其变化趋势用虚线表示如图 R0 平衡位置 能量最低状态距离很远时 即无相互作用时的互作用势能为零 按照动能原理 互作用势能变化量dE与f之间 负号表示从平衡点R0出发 f与dR的方向总是相反的 晶体的结合能就是相距很远的离子 互相结合成晶体时所释放能量的大小 晶体中的结合能又称为晶格能 表示了结合力的强弱 互作用势能1由异号离子及同号离子间的库仑力引起的互作用势能2离子靠近时 相邻离子的核外电子云交叠引起的排斥能 即i个离子中其余i 1个离子对这个离子的库仑场势能 电子云之间交叠而引起的排斥力 对第i个离子所产生的互作用势能是由玻恩根据实验提出 其中B为比例常数 n为玻恩指数 与离子的电子结构类型有关 电子结构型 5791012 对任何一个电荷为Zie的离子 库仑力引起的势能可以用晶体中其它离子对这个离子的互作用能求和而得到 总的互作用势能可把上式所表示的晶体中每个离子的贡献加起来 乘以 因为ij离子对的互作用势能与ji离子对的互作用势能是一回事 对于1mol的AB型晶体来说 如NaCl 共有N0个分子 N0个正离子 N0个负离子 系统总能量 令 正负离子间最短距离 即相邻正负离子间距离 其余离子间的距离为它的倍 则 其中 马德隆常数 只与晶体结构类型有关 与点阵参数 离子类型无关 反映作用总和的几何因素 晶体结构类型 1 74761 63811 64132 51942 4034 1719 平衡时满足 故可得 将其代入前面的能量表达式 玻恩公式 对于 根据以上数据可得 实验测定 E0为负值 表示外力做负功 即由质点形成晶体时 体系放出能量 4 2键型变异 离子键 共价键 金属键是三种极限键型 在实际晶体中 原子间结合力的性质少数是属于这三种键型之一 而多数晶体中则偏离这三种典型的键型 如图所示 三角形三个顶点上所表明的化合物具有单一键合形式 其余化合物多少含有其它键型的因素 且逐渐过渡 称为键型变异现象 大部分是过渡型键 典型的金属是金属键 典型的金属与典型的非金属结合是离子键 典型的非金属是共价键 离子本身带有电荷 形成一个电场 离子在相互电场作用下 可使电子分别的中心偏离原子核 而发生电子云变形 离子的这种变形称为离子的极化作用 这种作用以诱导偶极矩 为基础 与电强强度E成正比 离子在单位电场下产生的偶极矩称为极化率 E正负离子虽可相互极化 但因正离子较小 电子云不易变形 它不易被极化 而有较高的极化力 使异号离子极化 负离子较大 电子云容易变形 容易被极化 而极化力较小 离子极化现象的存在 将使离子键向共价键过渡 在化合物中 各个原子之间只要满足成键的条件 就会以多种形式最大可能地形成多种形式的化学键 各个原子参加成键的方式多种多样 形成化学键的形式也多种多样 通过这些成键作用 可以改变分子中电荷的分布 促进原子轨道互相有效地重叠 促进异号电荷间的吸引力加强 使分子和晶体的势能降低 稳定性增加 对于由A B两原子形成的极性共价键中离子键的成分 Pauling提出了一个经验估算公式 离子性数量 xA xB分别为A B两原子的电负性 H 2 1 F 4 0 Cl 3 0 Br 2 8 I 2 5HI HBr HCl HF离子成分 4 11 19 60 一种