化学键与分子结构.ppt

1、第四章 化学键与分子结构,4.1 离子键理论,4.2 共价键理论,4.3 金属键理论,无机化学,4.1 离子键理论,无机化学,一、离子键的形成, Na + :Cl Na+:Cl: ,无机化学,二、离子键及其特点,定义：正负离子间的静电吸引力叫做离子键。 特点：离子键既没有方向性也没有饱和性。,NaCl 晶体,无机化学,三、离子键强度与晶格能,晶格能：表示相互远离的气态正离子和负离子结合成 1 mol 离子晶体时所释放的能量，或1 mol 离子晶体解离成自由气态离子时所吸收的能量。如： Ca2+ (g) + 2Cl- (g) CaCl2 (s) H = U = 2260.kJ/mol 离子键强度

2、：用晶格能表示,无机化学,Born-Lande 公式,U = -Ve Z1Z2/r 其中： Ve 为正负离子间吸引力和排斥力达平衡时，体系的位能；Z1、Z2 分别为正负离子的电荷数； r为正负离子间距。 Born-Haber 循环计算U,无机化学,四、离子化合物的类型,ZnS型 NaCl型 CsCl型,无机化学,五、离子化合物的性质,高熔点 High melting points 高沸点 High boiling points 易脆性 Brittleness 溶解性 Some are soluble, some not.,无机化学,4.2 共价键理论,共享电子对,无机化学,4.2.1 价键理论

3、,共价键的本质是由于原子相互接近时轨道重叠（即波函数叠加），原子间通过共用自旋相反的电子对使能量降低而成键。 共价键的主要特点是具有饱和性和方向性。,一、共价键的本质和特点,无机化学,二、共价键的键型, 键( 成键轨道）头碰头 原子核连线为对称轴, 键，肩并肩 穿过原子核连线有一节面,无机化学,共价键形成实例,HF的生成,N2的生成, 键, 键,无机化学,4.2.2 杂化轨道理论,同一原子中，不同原子轨道的线性组合，改变原子轨道的分布方向，有利于成键，但原子轨道的数目不变,无机化学,4.2.2 杂化轨道理论,实验测得 CCl4、 CH4等的立体构型为正四面体（tetrahedral）,在同一个

4、原子中能量相近的不同类型（s, p, d, ）的几个原子轨道波函数可以相互叠加而组成同等数目的能量能量完全相同的杂化轨道。,无机化学,杂化轨道的主要类型,sp 直线型 键角180 CO2, C2H2 sp2 平面三角形 键角120 BF3, NO3-, C6H6 ,C2H4 sp3 正四面体形 键角109 28 CH4, H2O, NH3 dsp2 平面四方形 键角90 Ni(CN)42- dsp3(sp3d) 三角双锥 120和90 PCl5 d2sp3(sp3d2) 正八面体 90 SF6,无机化学,sp杂化轨道,激发,杂化,无机化学,sp2杂化,乙烯,无机化学,sp3杂化,无机化学,4.

5、2.3 价层电子互斥理论,CH4 NH3 H2O PF3 ClF3,分子构型和电子构型的区别 原则：尽可能使电子对之间的排斥作用最小 高键级低键级 孤对孤对 孤对键对 键对键对,无机化学,价层电子对互斥理论可以定性判断和预见分子的几何构型,分子的共价键中的价电子对以及孤对电子由于相互排斥作用而趋向尽可能彼此远离，分子尽可能采取对称的结构。 若一个中心原子和几个配位原子形成分子时，分子的几何构型取决于中心原子周围地价电子数目。价电子包括价层轨道中成键电子对(bp)和孤电子对(lp). 不同价电子对间排斥作用的顺序为： lplp lpbp bpbp 分子中的多重键按单键处理。 价层电子对数确定方法

6、： 价层电子对数 (中心原子价电子总数配位原子提供电子数 离子电荷数) 配位原子提供电子数：H, Cl, 1; O, S, 0; N, -1.,无机化学,价电子对数目与分子构型,分子构型：正四面体,甲烷,ClO4,分子构型：正四面体,含氧原子的情况：净结果是O原子不提供价电子。,氨,分子构型：角锥型,水,分子构型：角型,电子构型与分子构型不一致,BF3,分子构型：平面三角,PF6-,分子构型：正八面体,ClF3,分子构型：T字型,三种构型 选择,电子构型与分子构型不一致,电子数为5 时，孤对总是尽先处于三角双锥的腰部位置,无机化学,价层电子互斥理论的局限性,不能说明成键原理和键的相对稳定性,无

7、机化学,4.2.4 分子轨道理论,原子中某个电子运动的波函数，用表示，分子轨道可由原子轨道线性组合而成。,无机化学,一、分子轨道理论的要点,原子轨道组成分子轨道时，轨道数不变。分子轨道的能量可以高于、低于和等于原子轨道，分别称为反键轨道、成键轨道和非键轨道。 原子轨道组成分子轨道时，必须满足原子轨道的能量相近、轨道最大重叠和对称性匹配。 分子轨道中的电子排布和原子轨道中电子排布的规则相似，即遵循Pauli原理，能量最低原理及Hund 规则。,无机化学,成键轨道和反键轨道,成键轨道(bonding),反键轨道(antibonding),无机化学,二、分子轨道图(a) 和分子轨道能级图(b),成键

8、轨道中，两原子之间的电子云密度增加； 而反键轨道中，两原子之间的电子云密度降低。,(a),(b),无机化学,H2的分子轨道能级图,(a) 氢原子轨道 (b) 氢分子轨道,无机化学,H2 与 He2 的比较,无机化学,三、简单双原子分子轨道能级,1s *1s 2s *2s 2p 2py 2pz *2py *2pz *2px,O2的分子轨道,无机化学,氧的顺磁性,无机化学,N2的分子轨道能级图,氮气为什么稳定？,与O2的分子轨道能级图比较有何不同，why?,无机化学,HF的分子轨道能级图,非键,反键,成键,无机化学,4.2.4 键参数,键级 键级越大，键越牢固，分子越稳定 键能 键能越大，键越牢固

9、，分子越稳定 键长 键长越短，键越牢固，分子越稳定 键角 反映分了空间结构 键的极性 成键原子的电负性差越大，键的极性越大,无机化学,4.3 金属键理论,金属离子沉浸在自由电子的海洋中,一、金属的改性共价键理论,无机化学,二、金属键的能带理论,Li金属的分子轨道图,Li2的分子轨道图,无机化学,金属导体的能带模型,空,满,导带,满带,能量间隔,无机化学,固体的能带结构,导体,半导体,绝缘体,导带,禁带,满带,Eg 5eV,Eg3eV,无机化学,4.4 分子间作用力,分子的极性 分子间作用力 (Intermolecular Forces) 氢键 (Hydrogen,无机化学,4.4.1 分子的极

10、性,极性键 (Polar bonds),HCl,无机化学,偶极矩 (Dipole Moment, ), q d d ：正、负电荷重心间距（偶极长） q ：电量 单位： 德拜（Debye，D） 1D3.336 10-30 Cm（库仑米） 表示：（） （）（矢量）,无机化学,键的极性和分子极性（一）,CCl4，非极性； CHCl3, 极性。,无机化学,键的极性和分子极性（二）,H2O,CO2,CO2，非极性； H2O, 极性。,无机化学,4.4.2 分子间作用力,化学键能约为：100600 (kJ/mol),无机化学,取向力,极性分子的永久部分电荷之间的吸引作用。,无机化学,色散力的形成,瞬时偶极,无机化学,色散力大小与分子的形态,1）分子量愈