化学键与分子理论PPT课件

1、返回7-1 离子键 Ionic bond7-1-1 离子键的形成离子键的形成1 1、形成过程：、形成过程： 当活泼金属当活泼金属M M与活泼非金属与活泼非金属X X相互靠近时相互靠近时 M M e = M e = M+ +, X + e = X, X + e = X- - 正负离子通过正负离子通过静电引力静电引力相互相互吸引，达到一定距离时，离子外层电子又相互排斥，当吸吸引，达到一定距离时，离子外层电子又相互排斥，当吸引和排斥作用达平衡时，体系能量最低，形成离子键。引和排斥作用达平衡时，体系能量最低，形成离子键。2 2、形成条件：、形成条件： 1 1）元素电负性相差较大（）元素电负性相差较大（

2、X1.7X1.7），），2 2）易形成稳定离）易形成稳定离子，子，3 3）形成离子键，释放能量大。）形成离子键，释放能量大。7-1-2 离子键的特征离子键的特征 1 1、无方向性。、无方向性。2 2、无饱和性。、无饱和性。3 3、作用力的实质是静电力、作用力的实质是静电力第1页/共42页返回7-1-3 决定离子化合物性质的因素决定离子化合物性质的因素1 1、离子半径。、离子半径。Z Z相同时，相同时，r r越小，越小，mpmp、bpbp越高。越高。2 2、离子电荷。、离子电荷。r r相近时，相近时，Z Z越高，越高，mpmp、bpbp越高。越高。3 3、离子的电子构型、离子的电子构型电子构型电

3、子构型 2 8 9-17 18 18+22 8 9-17 18 18+2如如 LiLi+ + BeBe2+ 2+ 、NaNa+ + Mg Mg2+2+、 FeFe2+ 2+ MnMn2+2+、 AgAg+ + HgHg2+ 2+ 、 PbPb2+2+BiBi3+3+7-1-4 晶格能晶格能 Lattic energy1 1、键能和晶格能、键能和晶格能键能：键能：1mol1mol气态分子离解成气态原子时所吸收的能量，用气态分子离解成气态原子时所吸收的能量，用E Ei i表示。表示。E Ei i越大越大, ,表示离子键越强。表示离子键越强。NaF(g)=NaF(g)=NaNa+ +(g)+F(g)

4、+F- -(g) (g) H= E Ei i第2页/共42页返回2、晶格能的计算：、晶格能的计算：（1）玻恩哈伯循环）玻恩哈伯循环晶格能：晶格能：在标态下，在标态下，1 1molmol离子晶体化合物拆成气态的正、离子晶体化合物拆成气态的正、负离子所吸收的能量叫晶格能负离子所吸收的能量叫晶格能( (U)U)。 U U越大越大, ,表示离子键表示离子键越强。越强。NaNa+ +(g)+F(g)+F- -(g)=(g)=NaF(s),NaF(s), H=U(UU(U为正值为正值) )第3页/共42页返回1788.1NaClUkJ mol(2) 玻恩哈伯循环计算U11()22fUHSVDIE 1122

5、fHSVDIEU 3、晶格能的应用 U大，mp、bp高，硬度大。如CaONaI第4页/共42页7-2-1现代价键理论现代价键理论返回经典价键理论是经典价键理论是1916年年Lewis提出的，主要思想是共用电子形成提出的，主要思想是共用电子形成八电子构型，如：八电子构型，如：H:Cl ，:NH3。量子力学揭示了其本质。量子力学揭示了其本质。1、共键键的形成、共键键的形成共价键理论用于解决共价化合物的结构，主要有两种理论，现代价键理论共价键理论用于解决共价化合物的结构，主要有两种理论，现代价键理论( (VBVB法，法，杂化理论杂化理论) )和分子轨道理论和分子轨道理论( (MOMO法法) )。时，

6、系统能量升高，核间电子密度小，不形成共价键时，系统能量升高，核间电子密度小，不形成共价键时，系统能量降低，核间电子密度大，可形成共价键时，系统能量降低，核间电子密度大，可形成共价键7-1 共价键Covalent bond第5页/共42页7-2-2 共价键的基本特征共价键的基本特征返回1、共价键具有饱和性、共价键具有饱和性 共价键数取决于原子的未成对电子数。共价键数取决于原子的未成对电子数。H2、O2、N2S-SS-PP-PP-Pd-pd-dHHOONN2、共价键具有方向性、共价键具有方向性 共价键形成时，原子轨道应以最大重共价键形成时，原子轨道应以最大重叠方向成键叠方向成键。7-2-3 共价键

7、键型共价键键型 键：头碰头方式键：头碰头方式 键：肩并肩方式键：肩并肩方式第6页/共42页返回共价键键型举例共价键键型举例 如如 :NN:分子分子 N 1s22s22p3:N N:共价配键共价配键 一方提供空轨道，另一方提供孤对电子，一方提供空轨道，另一方提供孤对电子，可形成共价配键如可形成共价配键如 BF3NH3 B 1s22s22p1 1s22s12p2 N 1s22s22p3 BF3 + :NH3 F3BNH3 BFFFNHHH第7页/共42页7-3-1 杂化轨道理论的基本要点杂化轨道理论的基本要点返回1932年年Pauling在在VB法基础上提出轨道杂化的概念。要点为：法基础上提出轨道

8、杂化的概念。要点为：1、原子在形成分子时为增强其成键能力和分子的稳定性。不同、原子在形成分子时为增强其成键能力和分子的稳定性。不同类型的原子轨道将重新组合，生成在能量、形状、伸展方向上类型的原子轨道将重新组合，生成在能量、形状、伸展方向上不同于原来的新的原子轨道，这种新轨道叫杂化轨道。不同于原来的新的原子轨道，这种新轨道叫杂化轨道。2、并非所有的原子轨道都可以杂化，只有能量相近的价层轨道、并非所有的原子轨道都可以杂化，只有能量相近的价层轨道才能参与杂化，如才能参与杂化，如(ns,np)、(ns,np,nd)、(n-1)d,ns,np)。杂化轨杂化轨道的成键能力大于未杂化的原子轨道。道的成键能力

9、大于未杂化的原子轨道。3、有多少原子轨道就可形成多少杂化轨道，不同类型的杂化方、有多少原子轨道就可形成多少杂化轨道，不同类型的杂化方式所得杂化轨道的空间取向不同。式所得杂化轨道的空间取向不同。VB法能说明共价键的本质是电子云重叠，但它并不能解释共价型分子在结构中法能说明共价键的本质是电子云重叠，但它并不能解释共价型分子在结构中的许多事实。如的许多事实。如CH4的四面体结构。的四面体结构。7-3 杂化轨道Hybrid Orbitals理论第8页/共42页7-3-2 杂化轨道的类型杂化轨道的类型返回杂化类型sp1Sp2sp3sp3dsp3d2轨道数目23456轨道形状直线平面三角正四面体三角双锥正

10、八面体实例BeCl2BF3CH4PCl5SF6第9页/共42页B Be ep 2sp pB Be e1 1、spsp1 1杂化杂化 以以BeClBeCl2 2为例，为例， BeClBeCl2 2为一直线型分子。为一直线型分子。 Be He2sBe He2s2 22Cl Ne3s2Cl Ne3s2 23p3p5 5激发杂化 2s 2p 2s 2p sp ps 2p 2s 2p sp p+ 3s 3ps 3p 3s 3ps 3pB Be e键 键第10页/共42页返回+2 2、spsp2 2杂化杂化 以以BFBF3 3为例为例 BFBF3 3为平面三角形分子。为平面三角形分子。 B He2sB H

11、e2s2 22p2p1 1激发杂化 2s 2p 2s 2p sps 2p 2s 2p sp2 2 p p3F Ne2s3F Ne2s2 22p2p5 5 2s 2p3个F原子的px轨道与B原子3个的sp2杂化轨道重叠+第11页/共42页返回+34个H原子的1s轨道与C的4个sp3杂化轨道重叠4+3 3、spsp3 3杂化杂化 以以CHCH4 4为例为例 CHCH4 4为正四面体分子。为正四面体分子。 C He2sC He2s2 22p2p2 24H 1s4H 1s1 1 4 4个个1s1s激发杂化 2s 2p 2s 2p sps 2p 2s 2p sp3 3第12页/共42页返回+104o28

12、2HOH2O4 4、H H2 2O O分子的结构分子的结构（不等性杂化）不等性杂化） 杂化轨道的空间构型：正四面体；分子的空间构型：角形杂化轨道的空间构型：正四面体；分子的空间构型：角形。 O He2sO He2s2 22p2p4 4不需激发，直接杂化+32H 1s2H 1s1 12 2个个H H原子的原子的1s1s轨道与轨道与O O原子的原子的2 2个单电子的个单电子的spsp3 3杂化轨道重叠，还余二对杂化轨道重叠，还余二对spsp3 3杂化后的孤对杂化后的孤对电子。由于孤对电子的排斥作用，电子。由于孤对电子的排斥作用，H-O-HH-O-H键角被压缩为键角被压缩为104.28104.28第

13、13页/共42页返回+107o283HNH3N5 5、NHNH3 3分子的结构分子的结构（不等性杂化）不等性杂化） 杂化轨道空间构型：正四面体；分子空间构型：三角锥形杂化轨道空间构型：正四面体；分子空间构型：三角锥形。 N He2sN He2s2 22p2p3 3 s 3p 4sp3不等性不需激发，直接杂化+33H 1s3H 1s1 13 3个个H H原子的原子的1s1s轨道与轨道与N N原子的原子的3 3个单电子的个单电子的spsp3 3杂化轨道重叠，还余一对杂化轨道重叠，还余一对spsp3 3杂化后的孤杂化后的孤对电子。由于孤对电子的排斥作用，对电子。由于孤对电子的排斥作用，H-N-HH-

14、N-H键角被压缩为键角被压缩为107.28107.28第14页/共42页sp3d杂化返回PClPCl5 5的分子结构的分子结构激发P3s23p33d0Cl: 3s23p55个Cl原子的3p轨道与P原子的5个sp3d杂化轨道结合个sp3d等性杂化轨道杂化PClClClClCl第15页/共42页sp3d2杂化返回SFSF6 6的分子结构的分子结构激发S3s23p43d0F: 2s22p56个F原子的2p轨道与S原子的6个sp3d2杂化轨道结合个sp3d2等性杂化轨道杂化SFFFFFF第16页/共42页d2sp3杂化返回Fe(CN)Fe(CN)6 63-3-的结构的结构Fe3+3d5CN-: 每个C

15、原子上有一对孤对电子成对FeCNNCNCCNCNCN3d4s4p个杂化轨道个杂化轨道3d4s4p杂化第17页/共42页7-4-1 VSEPR理论的基本要点理论的基本要点返回1、共价化合物的几何构型取决于中心原子的价电子对的数、共价化合物的几何构型取决于中心原子的价电子对的数(包括成键电子和孤对电子包括成键电子和孤对电子)，电子的排斥作用越少越稳定。，电子的排斥作用越少越稳定。2、排斥作用的大小与下列因素有关：、排斥作用的大小与下列因素有关：（1）价电子对间夹角越小，排斥作用越大。）价电子对间夹角越小，排斥作用越大。（2）孤对）孤对孤对孤对孤对孤对成键成键成键成键成键成键（3）叁键）叁键双键双键

16、单键单键VSEPR理论常用于判断化合物的空间构型理论常用于判断化合物的空间构型7-4 价层电子对互斥(VSEPR)理论第18页/共42页7-4-2 判断化合物空间构型的步骤判断化合物空间构型的步骤返回1、确定中心原子价电子总数（、确定中心原子价电子总数（Value Number） （VN=中心原子价电子数中心原子价电子数+配位原子提供的电子数配位原子提供的电子数 离子电荷离子电荷数）数）。 如如CH4，VN=4+4=8 如如PO43-，VN=5+3=8(规定规定O,S作配位原子时不提供电子作配位原子时不提供电子)2、确定电子对数（单电子也作为一对考虑）、确定电子对数（单电子也作为一对考虑）3、

17、确定价电子对的空间构型、确定价电子对的空间构型(每对电子联一配位原子，余下电每对电子联一配位原子，余下电子作为孤对电子处理子作为孤对电子处理)。电子对数与空间构型关系如下：。电子对数与空间构型关系如下：价电子对数价电子对数23456空间构型空间构型直线型直线型三角形三角形正四面体正四面体三角双锥三角双锥正八面体正八面体角形角形三角锥三角锥变形四面体变形四面体四方锥四方锥角形角形T型，直线型，直线平面四边形平面四边形4、确定最稳定的分子的空间构型、确定最稳定的分子的空间构型(最小夹角的排斥作用数最少的是最稳定的构型。最小夹角的排斥作用数最少的是最稳定的构型。第19页/共42页7-4-3 举例举例

18、返回1、ClF3: VN=7+3=10=5对，对，价电子对空间构型为三角价电子对空间构型为三角双锥。分子的空间构型可双锥。分子的空间构型可能有如下几种情况：能有如下几种情况：最小夹角最小夹角90度度abc孤对孤对孤对孤对010孤对孤对成键成键436成键成键成键成键220故故a构型最稳定，构型最稳定，T型型2、XeF4: VN=8+4=12=6对，对，价电子对空间构型为正八价电子对空间构型为正八面体。分子的空间构型可面体。分子的空间构型可能有如下几种情况：能有如下几种情况：ClFFFClFFFClFFFabcXeFFFFXeFFFFab最小夹角最小夹角90度度ab孤对孤对孤对孤对01孤对孤对成键

19、成键86成键成键成键成键45故故a构型最稳定，平面正方形构型最稳定，平面正方形第20页/共42页7-5-1 分子轨道基本概念分子轨道基本概念返回1、分子轨道的概念、分子轨道的概念 分子轨道理论认为，组成分子的原子的价电子属于整个分子分子轨道理论认为，组成分子的原子的价电子属于整个分子所有。在原子中电子在空间的运动状态称原子轨道所有。在原子中电子在空间的运动状态称原子轨道(原子波原子波函数函数)； 分子中，电子在整个分子中的运动状态则称为分子轨道分子中，电子在整个分子中的运动状态则称为分子轨道(分子分子波函数波函数)。 每个原子轨道能容纳每个原子轨道能容纳2个自旋相反的电子，同样，每个分子轨个自

20、旋相反的电子，同样，每个分子轨道也能容纳道也能容纳2个自旋相反的电子，并有一定的能级。个自旋相反的电子，并有一定的能级。 在不违背保利原理的前提下，电子尽可能地分占不同轨道。在不违背保利原理的前提下，电子尽可能地分占不同轨道。 量子力学认为分子轨道是由原子轨道按某种线性组合的方式量子力学认为分子轨道是由原子轨道按某种线性组合的方式形成的。有多少原子轨道就可生成多少个分子轨道。形成的。有多少原子轨道就可生成多少个分子轨道。 7-5 分子轨道理论(MO法)第21页/共42页7-5-2 原子轨道的线性组合原子轨道的线性组合返回如如A + B = AB 则所得分子的分子轨道（或分子波函数）是原子则所得

21、分子的分子轨道（或分子波函数）是原子轨道的线性组合，同样也是薛定谔方程的解。轨道的线性组合，同样也是薛定谔方程的解。 AB= CAA + CBB AB= CAA - CBB 不是任意两原子轨道都可组合成分子轨道，必须满足三原则：不是任意两原子轨道都可组合成分子轨道，必须满足三原则：（1）能量相近。能量越相近，组合成的分子轨道越稳定。）能量相近。能量越相近，组合成的分子轨道越稳定。（2）最大重叠。只有最大重叠才能有效组成分子轨道。）最大重叠。只有最大重叠才能有效组成分子轨道。（3）对称性匹配。即波函数的符号相同。如下所示：）对称性匹配。即波函数的符号相同。如下所示：第22页/共42页返回反键ss

22、pppp反键反键成键成键成键第23页/共42页7-5-3 分子轨道能级图分子轨道能级图返回分子轨道理论中的价电子属整个分子所有，电子的排布同样遵分子轨道理论中的价电子属整个分子所有，电子的排布同样遵守电子排布三原则：守电子排布三原则：保里原理，能量最低原理，洪特规则。保里原理，能量最低原理，洪特规则。 第24页/共42页7-5-4 O2、N2的分子结构的分子结构返回1、O2分子的电子排布式分子的电子排布式 KK(2s)2(2s*)2(2px)2(2py)2(2pz)2 (2py*)1 (2py*)1 键级键级=(成键电子数成键电子数-反键电子数反键电子数)/2=4/2=2:OO:NN:2、N2

23、分子的电子排布式分子的电子排布式 KK(2s)2(2s*)2 (2py)2(2pz)2 (2px)2(2p*) (2p*) 键级键级=(成键电子数成键电子数-反键电子数反键电子数)/2=6/2=33、键级越大分子越稳定。可判断分子或离子的稳定性顺序：、键级越大分子越稳定。可判断分子或离子的稳定性顺序：（1）H2、He2 、Li2 、Be2 、B2 、C2 、N2 、O2 、F2 、Ne2（2）O22+、 O2+、 O2、 O2-、 O22- （3）N22+、 N2+、 N2、 N2-、 N22- 第25页/共42页7-6-1、金属晶格、金属晶格返回1 1、金属有许多共性：金属光泽、延展性、良好

24、的导热导电性能。都源于金属晶、金属有许多共性：金属光泽、延展性、良好的导热导电性能。都源于金属晶体的结构。常有以下三种密堆积方式。体的结构。常有以下三种密堆积方式。体心立方堆积体心立方堆积 面心立方密堆积面心立方密堆积 六方密堆积六方密堆积 2、晶体结构中的空穴、晶体结构中的空穴 有两类：四面体空穴有两类：四面体空穴 八面体空穴八面体空穴 这些空穴有十分重要的作用。这些空穴有十分重要的作用。7-6 金属键Metallic bond第26页/共42页返回体心立方堆积体心立方堆积 配位数配位数=8，空间利用率，空间利用率=68% K、Rb、Cs、Li、Na、Fea120oca面心立方密堆积面心立方

25、密堆积 配位数配位数=12，空间利用率，空间利用率=74% Sr、Ca、Pb、Ag、Au、Al、Cu、Ni六方最紧密堆积六方最紧密堆积 配位数配位数=12，空间利用率，空间利用率=74% La、Y、Mg、Hg、Cs、Ti、Co上述几种晶格类型在离子型化合物中也存在，只是上述几种晶格类型在离子型化合物中也存在，只是晶格结点上是正负离子晶格结点上是正负离子。 第27页/共42页7-6-2 金属键理论金属键理论返回在金属晶格中每个原子配位数在金属晶格中每个原子配位数= 8-12，而金属只有少数价电子，不足以形成共价，而金属只有少数价电子，不足以形成共价键或离子键。目前，有两种金属键理论。即改性的共价

26、键理论和金属能带理论。键或离子键。目前，有两种金属键理论。即改性的共价键理论和金属能带理论。1、改性的共价键理论、改性的共价键理论：该理论认为，金属原子失去电子，金属晶格中既有金属原子也有金属离子，其该理论认为，金属原子失去电子，金属晶格中既有金属原子也有金属离子，其间存在自由电子，自由电子可在整个金属中自由运动，电子运动把金属原子联间存在自由电子，自由电子可在整个金属中自由运动，电子运动把金属原子联系在一起形成金属键。系在一起形成金属键。 一般共价键是两中心两电子键，而金属晶体中是少电子多中心键，故叫改性一般共价键是两中心两电子键，而金属晶体中是少电子多中心键，故叫改性的共价键，不具有方向性

27、和饱和性。的共价键，不具有方向性和饱和性。2、金属能带理论、金属能带理论该理论认为，金属晶体中的电子并不定域于某两个或多个原子，而属于整个金该理论认为，金属晶体中的电子并不定域于某两个或多个原子，而属于整个金属晶体，不存在定域的共价键。只要空间允许，可尽可能多地堆积原子，常用属晶体，不存在定域的共价键。只要空间允许，可尽可能多地堆积原子，常用分子轨道理论来描述分子轨道理论来描述。第28页/共42页7-7-1分子的极性分子的极性返回分子或晶体中原子间强的相互作用称为化学键。分子或晶体中原子间强的相互作用称为化学键。物质内部分子与分子间弱的相互作用称为分子间作用力，又叫范德华力。虽然物质内部分子与

28、分子间弱的相互作用称为分子间作用力，又叫范德华力。虽然这种力十分微弱，但对物质性质的影响却十分显著，它与分子结构、分子极性这种力十分微弱，但对物质性质的影响却十分显著，它与分子结构、分子极性有很大关系。有很大关系。分子正负电荷中心是否重合是分子有无极性的标志，分子的极性与键的极性有关。分子正负电荷中心是否重合是分子有无极性的标志，分子的极性与键的极性有关。键有极性，分子不一定有极性。分子有极性，键一定有极性。分子的极性常用偶极键有极性，分子不一定有极性。分子有极性，键一定有极性。分子的极性常用偶极矩表示：矩表示： =qd (单位单位:Cm) = 0 非极性分子非极性分子0 极性分子极性分子如：

29、如：CH4、H2O物质物质物质物质物质物质H20HCl3.43H2O6.16N20HBr2.63H2S3.66CO20HI1.27CO0.40CS20SO25.33HCN6.997-7 分子的极性与分子间力第29页/共42页7-7-2 分子间力分子间力返回1、分子间力的分类、分子间力的分类（1）取向力：主要存在于）取向力：主要存在于极性分子极性分子与与极性分子极性分子间。间。（2）诱导力：主要存在于）诱导力：主要存在于极性分子极性分子与与非极性分子非极性分子间。间。（3）色散力：主要存在于）色散力：主要存在于非极性分子非极性分子与与非极性分子非极性分子间。间。 分子由于原子核外电子运动，电子云

30、在某一时刻变形，分子产生分子由于原子核外电子运动，电子云在某一时刻变形，分子产生瞬间诱导偶极瞬间诱导偶极，虽时间很短，但量大且不断重复，使得分子间始终存在这种作用，这种力可存在虽时间很短，但量大且不断重复，使得分子间始终存在这种作用，这种力可存在于各类分子中，一般地，于各类分子中，一般地，体积越大，分子的变形性越大，色散越大体积越大，分子的变形性越大，色散越大。如卤素。如卤素第30页/共42页返回2、分子间力的特点、分子间力的特点1、作用能量不大（、作用能量不大（ HCl HBr H2S H2Se 邻硝基苯酚；邻硝基苯酚；CH3CH2OH CH3OCH37-7-3 氢键氢键第32页/共42页返

31、回 氢键普遍存在于生物大分子中，在生物大分子中起着稳定构象的作用。氢键普遍存在于生物大分子中，在生物大分子中起着稳定构象的作用。如如DNADNA的双螺旋结构中的双螺旋结构中第33页/共42页DNA的双螺旋结构返回第34页/共42页返回肌红蛋白中的氢键第35页/共42页返回7-8-1离子极化的概念离子极化的概念1、带电离子的电场使其周围异号电荷离子的电子云发生变、带电离子的电场使其周围异号电荷离子的电子云发生变形的现象叫离子极化，离子极化的强弱与离子的极化力形的现象叫离子极化，离子极化的强弱与离子的极化力和离子的变形性有关。和离子的变形性有关。2、极化力：是指离子产生的电场强度的大小。电场强度大、极化力：是指离子产生的电场强度的大小。电场强度大则离子的极化力强。它与离子的电荷、半径、离子的电则离子的极化力强。它与离子的电荷、半径、离子的电子构型等因素有关。一般地，有如下规律：子构型等因素有关。一般地，有如下规律：电荷高，半径小，极化力强电荷高，半径小，极化力强电子构型：电子构型：(18+2) (18) (9-17) (8)3、变形性：指离子在电场作用下，电子云发生变形的能力、变形性：指离