大学工科化学第七章..ppt

第七章分子结构和晶体结构,7.1化学键,化学键：当原子结合成分子时，存在于原子之间的强相互作用称为化学键,化学键,离子键一般电负性差大于1.7共价键金属键,氢键范德华力,一、离子键的形成,Na+:ClNa+:Cl:-,7.2离子键,正负离子间的静电作用力叫做离子键。由离子键结合成的化合物即离子化合物。,形成离子键的必要条件：电离能低的活泼金属元素与电子亲合能高的活泼非金属元素。形成过程：,离子键和共价键之间,并非严格截然可以区分的。化合物中不存在百分之百的离子键，即使是NaF的化学键之中，也有共价键的成分，即除离子间靠静电相互吸引外，尚有共用电子对的作用。X1.7,实际上是指离子键的成分(百分数)大于50%。,二、离子键的特点,特点：离子键既没有方向性也没有饱和性。,NaCl晶体,没有方向性、没有饱和性！,三种典型的离子晶体,1）NaCl型,晶格:面心立方配位比:6:6,晶格:面心立方配位比:4:4,2）ZnS型(立方型),3）CsCl型,晶格:简单立方配位比:8:8,三、离子化合物的性质,高熔点Highmeltingpoints高沸点Highboilingpoints易脆性Brittleness溶解性Somearesoluble,somenot.,离子键的强弱应与离子所带电荷、离子半径等有关。离子半径越小，所带电荷越多，则离子键越强，熔点越高，硬度越大。,7.3共价键与共价化合物,共用电子对理论,共价键(Covalentbond),早期共价键理论是路易斯的共用电子对理论。即:原子间靠共用电子对结合起来，原子间的这种相互作用(化学键)即是共价键。,一、ClassicalCovalentBondTheoryLewisStructure(OctetRule)（八电子规则，1916年）基本思想：当ns、np原子轨道充满电子，会成为八电子构型，该电子构型是稳定的，所以在共价分子中，每个原子都希望成为八电子构型（H原子为2电子构型）。,各原子满足稀有气体的稳定结构。,但是：,像PCl5：,和SF6：,是没有稀有气体的稳定结构的。,二、ModernValenceBondTheory1927年德国化学家Heitler和London近似求解H2的薛定谔方程，成功地得到了H2的波函数S和A，相应的能量ES和EA，以及能量与核间距R的关系。解决了两个氢原子之间化学键的本质问题，使共价键理论从典型的Lewis理论发展到今天的现代共价键理论。,对于氢原子A和B，分别用自旋平行的原子波函数以及自旋反平行的波函数结合,研究两核靠近过程中,体系的能量和e云的变化情况，得到：,原子间e云不重叠推斥态，使原子远离，分子能量不成键,原子间e云重叠吸引态，使原子靠近，分子能量成键,氢气分子的形成：,由此说明：两核靠近时,电子自旋平行方式形成推斥态,体系不稳定；电子自旋反平行方式形成吸引态,体系稳定,形成化学键且在Re处，形成稳定的H2分子启示：原子要形成分子，条件是：有未成对的单电子，且以自旋相反配对成键。,运用量子力学处理H2分子的结果表明，电子自旋相反的氢原子相互靠近时之所以能形成稳定的氢分子，可认为H的1s轨道在两核间重叠，使电子在两核间出现的几率大，形成负电区，两核吸引核间负电区，于是两个氢原子核结合在一起。,把计算H2所取得的成就推广到多原子分子，便形成了价键理论。(一)价键理论要点1、自旋相反的单电子配对成键：有单电子的原子靠近时，e以自旋相反的方式配对成键，一个电子和另一电子配对后就不再与第三电子配对；表明:有几个单电子，就可以和几个自旋相反的电子配对，形成共价键化学键的饱和性2、原子形成分子时，按原子轨道重叠最大的方向成键，重叠越多所形成的共价键就越牢固化学键的方向性3、原子轨道同号重叠；价轨道能量接近原则。,Positiveoverlap,Negativeoverlap,bondbondbond,Zerooverlap,等等，则不允许：异号非最大重叠,二者都满足:最大重叠、同号重叠。而,（二）共价键的类型,键:原子轨道沿键轴方向“头碰头”式重叠;,键:原子轨道沿键轴方向“肩并肩”式重叠,键与键的识别共价单键一般为键共价双键（及三键）中，有一个键，其余为键。键，重叠程度大，较稳定；键，重叠程度小，较活泼。,思考题：NH3、N2、CO、C2H2中各有几个键及键？,C2s22p2O2s22p4,共用电子对由一个原子（给予体）单独提供，另一个原子（接受体）提供空轨道，形成的共价键叫配位键。,如：H3NH+，,（三）配位键,常见的Cu(NH3)42+,Ag(NH3)2+,键能键长键角,（三）共价键的属性,1、键能我们知道，原子变成分子，体系能量要降低。打开或破坏化学键自然需要能量键能键能：在标准状态(p)以及298.15K下，1mol的理想气体分子拆成气态原子所需要吸收的能量。若破坏的化学键多于一个时，则取其平均值。,键能,键能的大小是键强弱的标志。一般:三键键能双键单键,且双2单键,三3单键EB(C-C)=365kJmol-1NHN,有方向性，键角接近180；有饱和性（氢原子的体积小，它与较大的D、A接触后，另一个较大的原子就难于再向它靠近）。,氢键对物质性质的影响：1.对熔点、沸点的影响分子间存在氢键时，大大地影响了分子间的结合力，故物质的熔点、沸点将升高。,HFHClHBrHI半径依次增大，色散力增加，b.p.依次增高，HClHBrHI，但由于HF分子间有氢键，故HF的b.p.在这个序列中最高；H2O，NH3由于分子间氢键的存在，在同族氢化物中b.p.亦是最高。,CH3CH2OH存在分子间氢键，而分子量相同的CH3-O-CH3无分子间氢键，故前者的b.p.高。,N(1s22