第七章 化学键与分子结构1 大学化学 化工原理课件

1、第第 7 章章化学键与分子化学键与分子结构结构Chemical Bond and Molecular Chemical Bond and Molecular StructureStructureChapter 7Chapter 7Chemical Bond and Molecular Chemical Bond and Molecular StructureStructure第七章第七章 化学键与分子结构化学键与分子结构7.认识分子间作用力和氢键的本质，会解释其对物质性认识分子间作用力和氢键的本质，会解释其对物质性 质的影响。质的影响。2.掌握离子键的形成及其特点；掌握离子键的形成及其特点；3

2、.掌握离子的特征；掌握离子的特征；4.掌握价键理论的内容；会用价键理论解释共价键的掌握价键理论的内容；会用价键理论解释共价键的 特征，会用价电子对互斥理论和杂化轨道理论解释特征，会用价电子对互斥理论和杂化轨道理论解释 简单的分子结构；简单的分子结构；5.初步认识分子轨道，掌握第二周期元素的分子轨道初步认识分子轨道，掌握第二周期元素的分子轨道 特点；特点；6.理解金属键理论，特别是能带理论，会用能带理论理解金属键理论，特别是能带理论，会用能带理论 解释固体分类；解释固体分类；本章教学要求本章教学要求1.认识化学键的本质；认识化学键的本质；7.1 化学键的定义化学键的定义7.2 离子键理论离子键理

3、论7.3 共价键理论共价键理论7.4 金属键理论金属键理论7.5 分子间作用力和氢键分子间作用力和氢键第七章第七章 化学键与分子结构化学键与分子结构7.1 化学键的定义化学键的定义1. 什么是化学键什么是化学键2Na (s) + Cl2 (g) 2NaCl (s) 颜色颜色状态状态导电性导电性通电下通电下银灰色银灰色 黄绿色黄绿色 白色白色 固体固体 气体气体 晶体晶体 极强极强 极弱极弱 极弱，熔融导电极弱，熔融导电 第七章第七章 化学键与分子结构化学键与分子结构第一节第一节 化学键的定义化学键的定义 Pauling L在在The Nature of The Chemical Bond中中提

4、出了用得最广泛的化学键定义：提出了用得最广泛的化学键定义：如果两个原子（或原子如果两个原子（或原子团）之间的作用力强得足以形成足够稳定的、可被化学家团）之间的作用力强得足以形成足够稳定的、可被化学家看作独立分子物种的聚集体，它们之间就存在化学键。简看作独立分子物种的聚集体，它们之间就存在化学键。简单地说，单地说，化学键是指分子内部原子之间的强相互作用力。化学键是指分子内部原子之间的强相互作用力。不同的外在性质反映了不同的内部结构不同的外在性质反映了不同的内部结构各自内部的结合力不同各自内部的结合力不同第七章第七章 化学键与分子结构化学键与分子结构第一节第一节 化学键的定义化学键的定义7.2.1

5、 离子键及其特点离子键及其特点7.2 离子键理论离子键理论（1）离子键的形成）离子键的形成形成化学键形成化学键-450 kJmol-1第七章第七章 化学键与分子结构化学键与分子结构第二节第二节 离子键理论离子键理论V0V0r0rur r0 ，当，当 r 减小时，正负离子靠静电相互吸引，势能减小时，正负离子靠静电相互吸引，势能 V 减小，体系趋于稳定。减小，体系趋于稳定。ur = r0 ，V 有极小值，有极小值，此时体系最稳定，形成离子键。此时体系最稳定，形成离子键。ur r0 ，当，当 r 减小时，减小时，V 急剧上升。因为急剧上升。因为Na+和和Cl彼此彼此 再接近时，电子云之间的斥力急剧增

6、加，导致势能骤然再接近时，电子云之间的斥力急剧增加，导致势能骤然 上升。上升。第七章第七章 化学键与分子结构化学键与分子结构第二节第二节 离子键理论离子键理论离子键形成的条件：原子间的电负性差值离子键形成的条件：原子间的电负性差值2.0离子键：由原子间发生电子的转移，形成离子键：由原子间发生电子的转移，形成 正负离子，并通过静电引力作用正负离子，并通过静电引力作用 而形成的化学键。而形成的化学键。第七章第七章 化学键与分子结构化学键与分子结构第二节第二节 离子键理论离子键理论（2）离子键的特点离子键的特点 本质是静电引力（库仑引力）本质是静电引力（库仑引力） 没有方向性和饱和性（库仑引力的性质

7、所决定）没有方向性和饱和性（库仑引力的性质所决定） 键的离子性与元素的电负性有关键的离子性与元素的电负性有关NaClCsCl第二节第二节 离子键理论离子键理论第七章第七章 化学键与分子结构化学键与分子结构 也可用也可用 Hannay & Smyth 公式公式来计算键的离子性。来计算键的离子性。离子性离子性=16(x)+3.5 (x)2100%xA-xB离子性百分率离子性百分率(%)0.20.40.60.81.01.21.41.71.82.02.22.42.62.83.03.201040915223039505563707682868992离子键中键的极性离子键中键的极性元素电负性的关系

8、元素电负性的关系离子键中键的离子性离子键中键的离子性与元素电负性的关系与元素电负性的关系XA-XB1.70单键具有单键具有50%以以上的离子性即形成离子化合上的离子性即形成离子化合物，否则，物，否则，XA-XB1.70则形则形成共价化合物成共价化合物.第七章第七章 化学键与分子结构化学键与分子结构第二节第二节 离子键理论离子键理论7.2.2 离子的特征离子的特征离子键离子键的强度的强度正、负离正、负离子的性质子的性质离子化合离子化合物的性质物的性质取决于取决于取取决决于于1. 离子电荷离子电荷 (charge) 正离子通常只由金属原子形成，其电荷等于原子失正离子通常只由金属原子形成，其电荷等于

9、原子失 去电子数目。去电子数目。 负离子通常只由非金属原子组成，其电荷等于原子负离子通常只由非金属原子组成，其电荷等于原子 获得电子的数目；出现在离子晶体中的负离子还可获得电子的数目；出现在离子晶体中的负离子还可 是多原子离子。是多原子离子。第二节第二节 离子键理论离子键理论第七章第七章 化学键与分子结构化学键与分子结构2. 离子半径离子半径u离子半径概念离子半径概念将离子晶体中的离子看成是相切的球将离子晶体中的离子看成是相切的球体，正负离子的核间距体，正负离子的核间距 d 是是 r + 和和 r 之之和和 。dr+r -d 值可由晶体的值可由晶体的 X 射线衍射实验测定得到，射线衍射实验测定

10、得到，例如例如 MgO d = 210 pm 。1926年，哥德希密特年，哥德希密特 ( Goldschmidt ) 用光学方法测得用光学方法测得F和和O2-的半径，分别为的半径，分别为133pm 和和132pm。 结合结合 X 射线衍射所得的射线衍射所得的d值，值，得到一系列离子半径得到一系列离子半径哥德希密特半径哥德希密特半径 。 第七章第七章 化学键与分子结构化学键与分子结构第二节第二节 离子键理论离子键理论1927 年，年，Pauling 把最外层电子到核的距离，定义为离把最外层电子到核的距离，定义为离子半径。并利用有效核电荷等数据，求出一套离子半径子半径。并利用有效核电荷等数据，求出

11、一套离子半径数值，被称为数值，被称为 Pauling 半径半径 。一般采用一般采用Pauling半径半径第二节第二节 离子键理论离子键理论第七章第七章 化学键与分子结构化学键与分子结构u离子半径的变化规律离子半径的变化规律a ) 同主族从上到下，具有相同电荷数的离子半径增加。同主族从上到下，具有相同电荷数的离子半径增加。 Li+ Na+ K+ Rb+ Cs+； F Cl Br Mg 2 + Al 3 + K + Ca 2 + Cl - S2-P3- c ) 同一元素，不同价态的正离子，电荷高的半径小。同一元素，不同价态的正离子，电荷高的半径小。 如如 Ti4 + Ti3 + ； Fe3 + F

12、e2 + d ) 同一元素的正离子半径原子半径负离子半径同一元素的正离子半径原子半径负离子半径第七章第七章 化学键与分子结构化学键与分子结构第二节第二节 离子键理论离子键理论3、离子的电子层结构、离子的电子层结构（1 1）基态离子的电子排布）基态离子的电子排布26Fe Ar3d64s2Fe2+ Fe3+Ar3d44s2Ar3d64s0 Ar3d34s2 Ar3d54s0 Cu2+ Ar3d94s0Pb2+ 1s 22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s26p0 Xe4f145d106s26p0 第二节第二节 离子键理论离子键理论第七章第七章 化学键

13、与分子结构化学键与分子结构 （2）离子的电子构型离子的电子构型 主要是针对正离子主要是针对正离子2e-构型构型最外层有最外层有2个个e-的离子的离子Li+ Be2+ 、H- .8e-构型构型最外层有最外层有8个个e-的离子的离子 IA M+ 、IIA M2+ F- 、 Cl- 、Br- 、I- 、O2- 、N3- 、S2-第七章第七章 化学键与分子结构化学键与分子结构第二节第二节 离子键理论离子键理论18e-构型构型最外层有最外层有18个电子的离子个电子的离子.Cu+ 、 Ag+ 、Au+Zn2+ 、Cd2+ 、Hg2+(18+2)e-构型构型- 最外层最外层2个电子个电子、 次外层次外层18

14、个电子的离子个电子的离子Pb2+ 、Sn2+ 、 Bi3+ 、Tl+ etc(917)e-不规则构型不规则构型 Ti3+ 、V3+ 、 Cr2+ 、Cr3+Mn2+、 Fe3+ 、 Fe2+ 、Co3+Co2+ 、 Ni2+ 、 Cu2+第二节第二节 离子键理论离子键理论第七章第七章 化学键与分子结构化学键与分子结构离子的电子构型不同，离子的电子构型不同，Na+，K+Ag+，Cu+因而它们的化合物的性质有差别，因而它们的化合物的性质有差别，对应的化合物性质不同对应的化合物性质不同 8e-构型构型，18e-构型构型，AgCl、CuCl均为白色沉淀，均为白色沉淀，难溶于水难溶于水NaCl 、KCl

15、易溶于水易溶于水 IA、IB元素元素的最外层均的最外层均有有1个电子，均可形成个电子，均可形成+1氧氧化数的离子，如化数的离子，如Na+，K+，Ag+，Cu+，但它们的电子构但它们的电子构型不同。型不同。第二节第二节 离子键理论离子键理论第七章第七章 化学键与分子结构化学键与分子结构注注：7.2.3 晶格能晶格能一、含义含义在在p、指定温度下，由气态正离子和负离子指定温度下，由气态正离子和负离子结合形成结合形成1mol离子晶体所释放出的能量。离子晶体所释放出的能量。u晶格能常用晶格能常用U表示，单位是表示，单位是KJ/mol。u晶格能为负值，但通常取其绝对值，教材中所给数晶格能为负值，但通常取

16、其绝对值，教材中所给数 据也为绝对值。据也为绝对值。第七章第七章 化学键与分子结构化学键与分子结构第三节第三节 晶格能晶格能( )( )( )MgXgMX s-Born-Haber循环法循环法-Hess定律的应用定律的应用Na(s) + 1/2Cl2(g) NaCl(s)Na(g) + 1/2 Cl2(g)Na(g) + Cl (g)Na+(g) + Cl(g)Na+(g) + Cl-(g)rHm fHm(NaCl)rH1S(升华热升华热)rH21/2D(离解能离解能)rH3 I(电离能电离能)rH4E(亲和能亲和能)rH5U(晶格能晶格能)第七章第七章 化学键与分子结构化学键与分子结构二、二、晶格能晶格能的计算的计算第三节第三节 晶格能晶格能rHm fHm(NaCl) rH1 rH2 rH3 rH4 rH5 S + 1/2D + I + (-E) + (-U)S=109KJ/mol； D=242KJ/mol； I=496