理學(xué)中國(guó)農(nóng)大基礎(chǔ)化學(xué)化學(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1理學(xué)中國(guó)農(nóng)大基礎(chǔ)化學(xué)化學(xué)鍵和分子結(jié)理學(xué)中國(guó)農(nóng)大基礎(chǔ)化學(xué)化學(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)構(gòu)2.1.1 離子鍵的形成1離子的形成原子得失電子后形成離子，其電子結(jié)構(gòu)大多具有類似稀有元素的穩(wěn)定構(gòu)型如： 1:3eNaNesNe 25:3 3eClNespAr 離子為帶電荷的球形實(shí)體，其內(nèi)部仍有核(電荷)及電子云。2.1 離子鍵理論第1頁(yè)/共65頁(yè)2離子間的相互作用異號(hào)離子靠近時(shí)，吸引能 RqqVAR：正負(fù)離子間距 核外電子的排斥能 RReAVA：特性常數(shù) RVVVA總RV由量子力學(xué)得出，表示電子云排斥能。 第2頁(yè)/共65頁(yè)V0Vr0r0r 體系的勢(shì)能與核間距之間的關(guān)系如圖所示：第3頁(yè)/共65頁(yè)2.1.2 離子鍵

2、的特點(diǎn)1本質(zhì)： 靜電吸引力 2Rqqf當(dāng) qq越大，R越小時(shí)，結(jié)合力越大。 2無(wú)方向性和飽和性 離子為帶電荷的球形實(shí)體，可從任意方向與異號(hào)離子結(jié)合，故無(wú)方向性。正、負(fù)離子以密堆積的方式結(jié)合形成晶體，即一個(gè)離子可與多個(gè)異號(hào)離子作用，但體系總電荷為零。第4頁(yè)/共65頁(yè)3部分共價(jià)性 一般認(rèn)為，xA-xB1.7時(shí)，A-B以形成離子鍵為主,實(shí)際上是指離子鍵的成分大于50 % 。Pauling認(rèn)為：q+q-離子相互接近時(shí)，能形成離子鍵，但由于電子云的作用，仍有部分共價(jià)性質(zhì)。對(duì)化合物A-B：離子性 214%1ABxxeP45 表2-1 單鍵的離子性與電負(fù)性差值的關(guān)系第5頁(yè)/共65頁(yè)2.1.3 離子鍵的強(qiáng)度離

3、子鍵強(qiáng)度以晶格能u的大小量度。( )( )( , 1)nmmnmMgnXgMXsmol放出能量u 逆向過(guò)程要吸收能量:( )( )( )nmmnM XsmMgnXgEu所吸收能量 對(duì)同類型（組成比、晶型相同）的離子鍵化合物，u越大，mp越大，硬度越高，膨脹系數(shù)越小，壓縮性越小。第6頁(yè)/共65頁(yè)2.1.4 離子鍵化合物的特征晶格能u的決定因素1電荷離子電荷為其得失電子數(shù)。 一般 nm.均小于4 晶型相同時(shí), mn和越大，u越大 2離子的電子構(gòu)型 簡(jiǎn)單負(fù)離子一般最外層具有穩(wěn)定的8電子構(gòu)型。第7頁(yè)/共65頁(yè)*2電子構(gòu)型1s2； s區(qū)元素 Li+,Be2+ *8電子構(gòu)型ns2np6； s區(qū)元素(+)

4、Na+, K+, Ca2+ *18電子構(gòu)型(n-1)s2(n-1)p6(n-1)d10； ds區(qū)元素, p區(qū)元素 Cu+,Ag+,Zn2+,Cd2+, Hg2+, Pb4+, Sn4+*18+2電子構(gòu)型(n-1)s2(n-1)p6(n-1)d10ns2 p區(qū)元素 Pb2+, Sn2+, Bi3+*9-17電子構(gòu)型不規(guī)則電子構(gòu)型 d區(qū)元素 Fe3+(13e), Cu2+(17e)9-17e型是一類外層不飽和型離子，外層d軌道可用于成鍵。正離子：第8頁(yè)/共65頁(yè)3離子半徑 晶體中相鄰離子的核間距 rrd哥希密德半徑： 1927年測(cè)出了 2133132FOrpmrpm、據(jù)此得出 Pauling半徑:

5、 1960年推算得出依據(jù)： BA型離子化合物中 *nnccrZZcn：由n值決定的常數(shù) ：價(jià)層一個(gè)e的屏蔽常數(shù) dr+r -第9頁(yè)/共65頁(yè)11 2 0.85 8 0.35 6.5nnNaccr 5.4nFcr231NaFrrpm實(shí) 驗(yàn) 測(cè) 出 ：故： pmrNa95pmrF136612nc 對(duì)多個(gè)化合物測(cè)定的平均結(jié)果顯示: 2140Orpm，pmrF133P525 附錄十一 , 最常用離子的Pauling半徑 第10頁(yè)/共65頁(yè)a. 同族元素帶相同電荷的離子，從上到下半徑增大；b. 電子組態(tài)相同的離子，正電荷越高，離 子半徑越小; 且負(fù)離子半徑大于正離子半 徑；c. 同一元素負(fù)離子半徑大于原

6、子半徑，正離 子半徑小于原子半徑，而且正電荷越高， 離子半徑越小；如：r(Li+) r(Na+) r(K+) r(Rb+) r(Mg2+) r(Al3+), r(F-) (Na+)離子半徑的變化規(guī)律第11頁(yè)/共65頁(yè)d. 過(guò)渡金屬及內(nèi)過(guò)渡金屬的相同電荷離子 的半徑均是隨核電荷增大而減??；e. 周期表中，相鄰兩族中左上方和右下方 斜對(duì)角線元素的正離子半徑接近。 即對(duì)角線規(guī)則。如：r(Ti3+) r(V3+) r(Cr3+) r(Mn3+) 如：r(Na+) r(Ca2+), r(Li+) r(Mg2+)第12頁(yè)/共65頁(yè)2.1.5 離子晶體 正負(fù)離子在三維空間中占據(jù)格點(diǎn)位置，以一定的方式交替排列

7、，形成長(zhǎng)程有序的固態(tài)化合物。1離子晶體的特點(diǎn)以靜電引力結(jié)合，放出晶格能。每個(gè)離子都與若干個(gè)異號(hào)離子相鄰，形成密堆積。 （異號(hào)離子數(shù)=CN）, 因此, 整個(gè)晶體是個(gè)“ 巨分子” , 無(wú)確切的分子式，其基本存在單元為晶胞。第13頁(yè)/共65頁(yè)CsCl型:配位比： 8:8(紅球Cs+ , 綠球Cl-)晶胞中離子的個(gè)數(shù)：C s 1： 個(gè)-1 81C8l：個(gè)晶格：簡(jiǎn)單立方2. 常見(jiàn)離子晶體第14頁(yè)/共65頁(yè) NaCl型:配位比：6:6晶胞中離子的個(gè)數(shù)：(綠球Na+ , 紅球Cl-)晶格：面心立方+11: 86482Na1: 12144C l第15頁(yè)/共65頁(yè)ZnS型(立方型)配位比：4:4(綠球Zn2+

8、, 紅球S2-)晶格：面心立方211: 82Zn6482: 4S存在于立法體內(nèi)第16頁(yè)/共65頁(yè)半徑比(r+/r-)規(guī)則： NaCl晶體22)22(2)4(rrr414. 0/rr1 r令NaCl型晶體結(jié)構(gòu)的其中一層橫截面：第17頁(yè)/共65頁(yè)414.0/rr理想的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)(NaCl型)rr /配位數(shù)構(gòu)型0.2250.414 4ZnS 型0.4140.732 6NaCl 型0.7321.00 8CsCl 型 上表所列結(jié)果即為半徑比規(guī)則第18頁(yè)/共65頁(yè)3離子晶體的性質(zhì) mp、bp、硬度較大且隨u增加而增加， mp有確定值。 晶體不導(dǎo)電，無(wú)自由電子，但熔體、溶液 導(dǎo)電。 不溶于非極性溶劑（無(wú)溶劑化

9、作用）第19頁(yè)/共65頁(yè)分子中的原子可以通過(guò)共用電子對(duì)使每一個(gè)原子達(dá)到穩(wěn)定的稀有氣體電子結(jié)構(gòu)。原子通過(guò)共用電子對(duì)而形成的化學(xué)鍵稱為共價(jià)鍵。1916年，美國(guó)化學(xué)家Lewis提出了經(jīng)典共價(jià)鍵理論：該理論沒(méi)有闡明共價(jià)鍵的本質(zhì)。2.2.1共價(jià)鍵的本質(zhì)2.2 共價(jià)鍵理論第20頁(yè)/共65頁(yè)1、量子力學(xué)處理H2分子的結(jié)果 兩個(gè)氫原子電子自旋方式相反，靠近、重疊，核間形成一個(gè)電子幾率密度增大的區(qū)域。系統(tǒng)能量降低，形成氫分子。 核間距 R0為74 pm（氫原子半徑為52.9 pm ）。共價(jià)鍵的本質(zhì)成鍵原子的原子軌道重疊，核間電子幾率密度增大，吸引原子核而成鍵。第21頁(yè)/共65頁(yè)2、價(jià)鍵理論基本要點(diǎn)與共價(jià)鍵的特點(diǎn)

10、價(jià)鍵理論基本要點(diǎn)：具有自旋相反的單電子的原子相互靠近時(shí)，自旋相反的單電子可以互相配對(duì)形成共價(jià)鍵。原子軌道最大重疊原理：成鍵電子的軌道重疊越多，兩個(gè)核間的電子云密度也越大，形成的共價(jià)鍵越穩(wěn)定。對(duì)稱性匹配原理要保證原子軌道最大程度的重疊，必須采用相對(duì)于鍵軸具有相同對(duì)稱性的原子軌道，即二者間必須是同號(hào)重疊（的符號(hào)相同）才有效。第22頁(yè)/共65頁(yè)H ClH O HN N飽和性 原子在構(gòu)成共價(jià)分子時(shí)，每個(gè)原子所形成的共價(jià)鍵數(shù)目，取決于它所具有的未成對(duì)電子數(shù)。方向性 共價(jià)鍵的形成在可能的范圍內(nèi)一定按原子軌道最大伸展方向。2.2.2 共價(jià)鍵的特征第23頁(yè)/共65頁(yè)(1).鍵： 原子軌道沿核間聯(lián)線方向進(jìn)行同號(hào)

11、重疊(頭碰頭)。2.2.3 共價(jià)鍵的類型第24頁(yè)/共65頁(yè) 兩原子軌道垂直核間聯(lián)線并相互平行進(jìn)行同號(hào)重疊(肩并肩)。2、鍵：第25頁(yè)/共65頁(yè)形成條件：成鍵原子一方有孤對(duì)電子（給予體） 另一方有空軌道（接受體）。4NH4BFCO22p2s242p2s2HNHHHFBFFF例：OC3、配位共價(jià)鍵（配位鍵）第26頁(yè)/共65頁(yè)2.2.4 鍵參數(shù)1鍵能E 293k，100kpa時(shí)，斷裂1mol鍵所需能量或生成1mol 放出能量為鍵能E 。一般E越大，表明共價(jià)鍵越牢固。2鍵長(zhǎng)L 成鍵原子核的平均間距，一般表示為pm。L越小，鍵 越牢固。3鍵角 分子中鍵與鍵的夾角，可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，取決于原子軌 道方向及電子

12、云排斥力。4偶極距鍵的極性 2個(gè)成鍵原子的+、-電中心不重合，且有一段距離（偶 極距）時(shí)，表明共價(jià)鍵為極性鍵。極性大?。ㄅ紭O 距）與成鍵原子的電負(fù)性差成正比。極性最大：離子鍵, 如 LiF第27頁(yè)/共65頁(yè)2.3 雜化軌道理論 ( 1931年由Pauling 提出 ) 原子在形成分子的過(guò)程中，為了增加成鍵能力使分子穩(wěn)定性增加，趨向于將同一個(gè)原子不同類型的原子軌道重新組合成能量、形狀和方向與原來(lái)不同的新原子軌道，這種重新組合即為雜化。雜化后的原子軌道成為雜化軌道軌道雜化的特性：只有能量相近的軌道才能相互雜化；雜化軌道成鍵能力大于未雜化軌道；雜化前后軌道數(shù)目不變；雜化后軌道伸展方向和形狀發(fā)生改變。

13、2.3.1 雜化軌道概念及其要點(diǎn)第28頁(yè)/共65頁(yè)2.3.2S-P等性雜化軌道 23spspsp、s2p2Be：2s21. sp雜化BeCl2的空間構(gòu)型為直線形:ClClBe激發(fā)s2p2p2s2spsp雜化Be采用sp雜化生成BeCl2第29頁(yè)/共65頁(yè)兩個(gè)sp雜化軌道第30頁(yè)/共65頁(yè)s2p2B： 2s22p12.sp2雜化BFFFBF3的空間構(gòu)型為平面三角形第31頁(yè)/共65頁(yè)3BF 的 形 成 :激發(fā)s2p2p2s2sp2sp2雜化第32頁(yè)/共65頁(yè)CH4的空間構(gòu)型為正四面體p2s2C：2s22p23.sp3雜化第33頁(yè)/共65頁(yè)激發(fā)s2p24CH 的形成p2s2雜化3spsp3 形成四個(gè)

14、等價(jià)sp3雜化軌道:第34頁(yè)/共65頁(yè)四個(gè)sp3雜化軌道:第35頁(yè)/共65頁(yè)2.3.3不等性s-p雜化軌道 原子價(jià)電子軌道雜化，并形成化學(xué)鍵時(shí)，每個(gè)軌道上填充的電子數(shù)不同（2e，孤電子對(duì)，或1e，用于成鍵），造成形成分子后s-p雜化軌道不等性。其中，孤電子對(duì)只受一個(gè)核吸引，距核較近，電子云對(duì)其它軌道排斥較大，從而使其它雜化軌道受“擠壓”，結(jié)構(gòu)偏離。第36頁(yè)/共65頁(yè)3:NH18107HNH雜化3sp不等性sp3雜化2ps2第37頁(yè)/共65頁(yè)30104HOH 2:H O雜化3sp2ps23sp第38頁(yè)/共65頁(yè)sp3d雜化第39頁(yè)/共65頁(yè)sp3d2雜化第40頁(yè)/共65頁(yè)2.4 價(jià)層電子對(duì)互斥理

15、論（VSEPR理論，1940年由N.V.Sichwick提出）2.4.1基本要點(diǎn)1共價(jià)多原子分子中，中心原子價(jià)電子層中的電子對(duì)包括兩部分： 自身孤電子對(duì)（鍵）成鍵電子如： H2O中，O價(jià)電子數(shù)：6+2=8 CO2中，C價(jià)電子數(shù)：4+0=4 ，不計(jì)O原子的電子 鍵電子也不計(jì)入（排除生成鍵的電子數(shù)）第41頁(yè)/共65頁(yè)2價(jià)電子對(duì)在空間應(yīng)盡量遠(yuǎn)離，使體系能量最低P64 表2-12價(jià)電子對(duì)數(shù)價(jià)電子對(duì)數(shù)2 23 34 45 56 6幾何構(gòu)型幾何構(gòu)型線性線性三角形三角形四面體四面體雙三角錐雙三角錐八面體八面體第42頁(yè)/共65頁(yè)3價(jià)電子對(duì)之間排斥力：孤-孤 孤-成鍵 鍵-鍵 并且這種排斥力在電子對(duì)之間夾角小于

16、90時(shí)最為明顯。中心原子的價(jià)電子對(duì)數(shù)及以上規(guī)則決定分子構(gòu)型。如：NH3 價(jià)電子對(duì)數(shù)：5+3=8 四面體 孤對(duì)電子數(shù)：1 三角錐形 且H-N-H角90時(shí)，斥力較小。90角最少原則： 穩(wěn)定構(gòu)型中, 孤-孤 孤-成鍵 鍵-鍵第46頁(yè)/共65頁(yè)VP=2 直線形VP=3 平面三角形VP=4 正四面體VP=5 三角雙錐VP=6 正八面體第47頁(yè)/共65頁(yè) LP=0: 分子的空間構(gòu)型=價(jià)層電子對(duì)的空間 構(gòu)型2BeHVP= (2+2)=2 直線形213BFVP= (3+3)=3 平面三角形214CHVP= (4+4)=4 四面體215PClVP= (5+5)=5 三角雙錐216SFVP= (6+6)=6 八面

17、體21例如：第48頁(yè)/共65頁(yè)LP0 ：分子的空間構(gòu)型不同于價(jià)層電子對(duì)的 空間構(gòu)型。34611 21 2SnCl2平面三角形 V形NH3四面體 三角錐H2O四面體 V形IF5八面體 四方錐XeF4八面體 平面正方形VPLP電子對(duì)的空間構(gòu)型分子的空間構(gòu)型例第49頁(yè)/共65頁(yè)515253VP LP電子對(duì)的空間構(gòu)型分子的空間構(gòu)型例三角雙錐 變形四方體 SF4三角雙錐 T形 ClF3三角雙錐 直線形 XeF2第50頁(yè)/共65頁(yè)2.5 分子間力和氫鍵2.5.1分子間作用力分子內(nèi)作用力：靜電結(jié)合力（引力） 離子晶體共價(jià)結(jié)合力 共價(jià)分子在共價(jià)分子和惰性原子之間存在有分子間力第51頁(yè)/共65頁(yè)化學(xué)鍵的極性 共

18、價(jià)鍵的極性取決于成鍵原子電負(fù)性的差值，相同原子形成的共價(jià)鍵，稱為非極性共價(jià)鍵；反之，稱為極性共價(jià)鍵。而且電負(fù)性差值越大，鍵的極性越強(qiáng)。離子鍵是極性最強(qiáng)的極性鍵。離子鍵理論和共價(jià)鍵理論各自描述了化學(xué)鍵的某一個(gè)方面，彼此互相補(bǔ)充。1分子的極性和偶極距第52頁(yè)/共65頁(yè)分子的極性分子的偶極矩()：用于定量地表示極性 分子的極性大小。lq式中 q 為極上所帶電量，l 為偶極長(zhǎng)度。極性分子 0非極性分子= 0雙原子分子：多原子分子：異核：HXO3（V字形）3NH2O2N2H同核：，8S4P3BF， CH42CO第53頁(yè)/共65頁(yè)雙原子分子: 分子的極性和鍵的極性一致。多原子分子: 是否有極性，不僅要看鍵

19、是否有極性，還要考慮到分子的結(jié)構(gòu)。分子的正負(fù)電荷中心重合則為非極性分子。鍵的極性和分子極性的關(guān)系第54頁(yè)/共65頁(yè)分子間力（范德華力） 分子間具有吸引作用的根本原因：任何分子都有正、負(fù)電荷中心；任何分子都有變形的性能。分子間的作用力稱為分子間力，也叫范德華力。由分子偶極產(chǎn)生的分子間力分為三種形式：取向力、誘導(dǎo)力、色散力分子間力是決定物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)、溶解度等性質(zhì)的重要因素。第55頁(yè)/共65頁(yè)（1）.取向力（產(chǎn)生于極性分子之間）： 兩個(gè)固有偶極間存在的同極相斥、異極相吸的 定向作用稱為定向作用，所產(chǎn)生的相互作用力 稱為取向力。 兩個(gè)極性分子相互靠近時(shí)，由于同極相斥、異極相吸，分子發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，并按異極

20、相鄰狀態(tài)取向，分子進(jìn)一步相互靠近。+_+_分子離得較遠(yuǎn)+_+_分子的偶極矩越大，取向力越大。分子靠近時(shí)61orFr取向力隨著溫度升高而降低（布朗運(yùn)動(dòng)） 第56頁(yè)/共65頁(yè)（2）. 誘導(dǎo)力(產(chǎn)生于極性分子和非極性分子之間)由固有偶極和誘導(dǎo)偶極而產(chǎn)生的分子間相互作用+_分子離得較遠(yuǎn)+_+_分子靠近時(shí)決定誘導(dǎo)作用強(qiáng)弱的因素： 極性分子的偶極矩 ： 愈大，誘導(dǎo)作用愈強(qiáng)。 非極性分子的變形性 ： 愈大，誘導(dǎo)作用愈強(qiáng)。61inFr誘導(dǎo)力與溫度無(wú)關(guān) 第57頁(yè)/共65頁(yè)（3）.色散力(產(chǎn)生于非極性分子之間)：由瞬時(shí)偶極和瞬時(shí)誘導(dǎo)偶極而產(chǎn)生的分子間相互作用。一大段時(shí)間內(nèi)的大體情況+_某一瞬間+_+_+_+_非極性分子的瞬時(shí)偶極之間的相互作用色散力與分子變形性有關(guān)。大,色