化学键和分子结构

1、第十章 化学键和分子结构分子中原子之间的长程强相互作用力称为化学键。化学键可分为离子键、金属键和共价键三种。 组成化学键的两个原子间电负性差大于1.8 时，一般生成离子键，小于1.8 时一般生成共价键。而金属原子之间则生成金属键。§10-1 离子键一、 离子键的形成和性质1离子键的形成正、负离子通过静电引力结合在一起。这种由异号电荷离子的吸引所产生的化学结合力称为离子键。离子键的形成过程可简单表示如下： nen Na（3s1） -®n Na+（2s22p6） + ne n NaCln Cl（3s23p5）® n Cl（3s23p6）由离子键形成的化合物叫离子型化合

2、物，它们以离子晶体形式存在。2离子键的性质离子键的本质是静电引力，在离子键的模型中，可以近似的将正、负离子视为球形电荷，两种带有相反电荷的离子间的静电引力与离子电荷的乘积成正比，而与离子核间距的平方成反比。即离子的电荷越大，离子电荷中心间的距离越小，离子间的引力(离子键)越强，键的离子性与元素的电负性有关。3. 离子键的特征由于离子的电荷分布是球形对称的，因此，只要空间条件许可，它可以从不同方向同时吸引若干带有相反电荷的离子，所以，离子键的特征是：既没有方向性，也没有饱和性。4. 离子性百分数离子性百分数与成键元素电负性差值有关。通常，电负性差值大于1.7，离子性百分数大于50% ，而离子性百

3、分数大于50% 时，此物质为离子型化合物；反之为共价型化合物。§10-2 共价键一、现代价键理论(VB)1. 共价键的形成当两个有未成对电子，且自旋方向相反的原子相互靠近时，电子所处原子轨道重叠，核间电子密度加大，形成稳定的化学键，这种通过原子轨道重叠共用电子对所形成的化学键称为共价键。2. 共价键的特征(1)共价键的饱和性：共价键的键数等于未成对的电子数，即一个原子有几个未成对电子，便可和几个自旋方向相反电子的原子轨道配对成键，称为共价键的饱和性。(2)共价键的方向性：因为原子轨道在空间按一定的方向伸展，根据最大重叠原理，轨道重叠越多，电子在两核间出现的几率越大，所形成的共价键也就

4、越稳定，因此在成键时，必然按一定的方向发生重叠，所以共价键有方向性。3. 共价键的类型(1)键：原子轨道重叠部分对键轴圆柱型对称，形成的键称为键，俗称“头碰头”。键的特点是重叠程度大，键强，稳定。(2)键：原子轨道重叠部分对键轴所在的某一特定平面具有反对称性，形成的键称为键，俗称“肩并肩”。键的特点是重叠程度较小，键电子能量较高，易活动，是化学反应的积极参与者。4.键参数离解能与键能在热力学标态下，298K时，断开单位物质的量的某化学键时所需的能量(过程的焓变)称为该物质的键离解能，用符号D表示。在热力学标态下，298K时，断开单位物质的量的某化学键时，每个同种键所需能量的平均值称为该键的键能

5、，用符号表示。对于多原子分子，键能不等同于键的离解能，它是分子中某特定化学键的离解能的平均值，但用键能的大小可以衡量化学键的强弱。通常，键能越大，键越牢固，由该键构成的分子也就越稳定。键长分子中两个成键原子核间的平衡距离称为键长。通常，两个原子之间的键长越短，键越牢固，分子也越稳定。键角在分子中键和键之间的夹角称为键角。键角是确定分子几何构型的重要参数。二、杂化轨道理论1. 理论要点(1)原子在形成分子时，原子轨道进行重新组合，形成杂化轨道，有几个原子轨道就形成几个杂化轨道。(2)能量相近的原子轨道才能进行有效的杂化，杂化后的各杂化轨道能量相等；杂化轨道成键能力比原子轨道强；(3)轨道杂化与轨

6、道上有无电子无关；(4)杂化轨道的能量、成分、形状完全相同的杂化称为等性杂化；由于杂化轨道所带电子数不同，造成杂化轨道能量、成分、形状略有不同的杂化称为不等性杂化。2. 杂化轨道的类型(1)sp杂化：一个s轨道与一个p轨道间杂化形成二个sp杂化轨道，轨道间夹角1800。(2)sp2杂化：一个s轨道与二个p轨道间杂化形成三个sp2杂化轨道，轨道间夹角1200。(3)sp3杂化：一个s轨道与三个p轨道间杂化形成四个sp3杂化轨道，等性sp3杂化轨道间夹角109028，不等性sp3杂化(有孤电子对)轨道间夹角小于109028。(4)dsp杂化：在配位化合物部分介绍。3. 杂化类型与分子的空间构型分子

7、的空间构型由杂化类型所决定，利用杂化轨道理论可以较好地解决共价型物质的空间构型问题。杂化类型与分子空间构型的关系如下表所示：杂化类型spsp2sp3等性不等性等性不等性不等性杂化轨道间夹角180012001200109028107018104045分子空间构型直线型平面三角形角形正四面体三角锥角形实 例BeCl2 CO2HgCl2C2H2BF3SO3C2H4SO2 NO2CH4SiF4 NHNH3PCl3H2OOF2§10-3 分子间力与氢键一、分子的性质1. 分子的极性分子的极性大小用偶极矩衡量。通常，把大小相等、符号相反，彼此相距d的两个点电荷组成的体系称为偶极子，极性分子就是偶

8、极子，其电量与距离之积就是分子的偶极矩，表示为：偶极矩 = qd分子的偶极矩是各个键矩的矢量和。由此可以看出，分子的极性与键的极性有关，通常，键无极性，组成的分子也无极性；键有极性时，化学键成对称分布时，键矩的矢量和为零，分子的偶极矩为零，分子无极性；非对称分子键矩的矢量和不为零时，分子的偶极矩不为零，分子有极性2. 分子的磁性分子的磁性大小用磁矩衡量，以符号m表示，单位为玻尔磁子B.M. 。m = 其中n是未成对电子数。通常，分子中未成对电子数越多，磁矩越大，分子的磁性越强。二、分子间力1. 分子的极化(1)固有偶极:由于极性分子的正、负电荷中心不重合而产生的偶极称为固有偶极，通常，正、负电

9、荷中心偏移越大，固有偶极越大。(2)诱导偶极：在外电场作用下，分子中正、负电荷中心发生相对位移所产生的偶极称为诱导偶极。(3)瞬时偶极：分子中电子相对于原子核运动，在某一瞬时产生的电子云不对称分布，造成正、负电荷中心相对位移所产生的偶极称为瞬时偶极。(4)分子的极化：分子在外电场作用下产生诱导偶极的过程称为分子的极化。2. 分子间力(1)取向力：极性分子固有偶极之间的相吸和相斥达平衡时产生的作用力称为取向力，它存在于极性分子之间。通常分子的极性越大，分子间距离越小，取向力越大。(2)诱导力：极性分子的固有偶极与诱导偶极之间的作用力称为诱导力，它存在于极性分子之间、极性分子与非极性分子之间。通常极性分子的固有偶极越大，分子的诱导偶极越大，分子间距离越小，诱导力越大。(3)色散力：由瞬时偶极引起的分子之间的作用力称为色散力，它存在于极性分子之间、极性分子与非极性分子之间，以及非极性分子之间。通常分子变形性越大(分子量越大)，分子间距离越小，色散力越大。综上所述，色散力存在于所有分子之间，它通常是最主要的分子间力；诱导力通常很小；而取向力只在分子极性较大时，才成为主要作用力。三、氢键1. 氢键的形成：当氢与电负性大、半径小的原子相结合时，由于共用电子对强烈地偏向电负性大、半径小的原子而使氢成为“裸核”，从而使氢有多余