成鍵作用和分子結(jié)構(gòu)上PPT課件

1、17:32:011化學(xué)鍵的定義什么是化學(xué)鍵？2Na (s) + Cl2 (g) 2NaCl (s) ColorStateElectrical conductivity銀灰色 黃綠色 無(wú)色固體 氣體 晶體極強(qiáng) 極弱 極弱 熔融導(dǎo)電上邊三種物質(zhì)的性質(zhì)的不同是由什么引起的？sodiumsodium chloride第1頁(yè)/共87頁(yè)17:32:012 原子怎樣結(jié)合成為分子？原子怎樣結(jié)合成為分子？ 化學(xué)鍵化學(xué)鍵(p144)(p144) 離子鍵離子鍵 共價(jià)鍵共價(jià)鍵 金屬鍵金屬鍵 分子的形狀？分子的形狀？ 分子構(gòu)型分子構(gòu)型 價(jià)電子對(duì)互斥理論價(jià)電子對(duì)互斥理論 分子怎樣組成物質(zhì)材料？分子怎樣組成物質(zhì)材料？分子間

2、作用力分子間作用力 固體材料的結(jié)構(gòu)？固體材料的結(jié)構(gòu)？晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)無(wú)定型結(jié)構(gòu)無(wú)定型結(jié)構(gòu)Link第2頁(yè)/共87頁(yè)17:32:013Pauling L 的化學(xué)鍵定義如果兩個(gè)原子（或原子團(tuán)）之間的作用力強(qiáng)得足以形成足夠穩(wěn)定的、可被化學(xué)家看作獨(dú)立分子物種的聚集體，它們之間就存在化學(xué)鍵。簡(jiǎn)單地說(shuō)，化學(xué)鍵是指分子內(nèi)部原子之間的強(qiáng)相互作用力?；瘜W(xué)鍵理論可以解釋: : 分子的形成與穩(wěn)定性 共價(jià)鍵的本質(zhì)及飽和性 分子的幾何構(gòu)型和共價(jià)鍵的方向性 化學(xué)鍵與分子的物化性質(zhì)間的關(guān)系不同的外在性質(zhì)反應(yīng)了不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)各自?xún)?nèi)部的結(jié)合力不同第3頁(yè)/共87頁(yè)17:32:014化學(xué)鍵共價(jià)鍵金屬鍵離子配鍵離子偶極配鍵離子鍵電價(jià)配

3、鍵配鍵雙原子共價(jià)鍵多原子共價(jià)鍵電子對(duì)鍵（單、雙、叁鍵）單電子鍵三電子鍵共軛鍵多中心鍵極性鍵- -共價(jià)配鍵非極性鍵已明確了的化學(xué)鍵類(lèi)型電價(jià)鍵第4頁(yè)/共87頁(yè)17:32:015價(jià)電子（Valence electronsValence electrons） HHe:NO:ClKMg: :Ne: K + :Cl K+:Cl: 失或得電子 穩(wěn)定結(jié)構(gòu) ( (主族) )Loss or gain electrons octet rule為什么惰性氣體穩(wěn)定？為什么惰性氣體穩(wěn)定？ns2np6 八電子層八電子層結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 第5頁(yè)/共87頁(yè)17:32:0161916 年德國(guó)科學(xué)家年德國(guó)科學(xué)家 Kossel ( 科塞爾科

4、塞爾 ) 提出離子鍵理論提出離子鍵理論離子鍵的形成( (以 NaCl NaCl 為例) )第一步 電子轉(zhuǎn)移形成離子： Na e Na+， Cl + e Cl 相應(yīng)的電子構(gòu)型變化： 2s 2 2p 6 3s 1 2s 2 2p 6 ， 3s 2 3p 5 3s 2 3p 6 形成 Ne Ne 和 Ar Ar 的稀有氣體原子的結(jié)構(gòu)，形成穩(wěn)定離子。)2p(2sNa)Na(3s62e-molkJ4961-11nnnI)3p(3sCl)3pCl(3s62emolkJ348.752-1nnnENaCln靜電引力形成化學(xué)鍵-450 kJmol-1第6頁(yè)/共87頁(yè)17:32:017第二步 靠靜電吸引， 形成化

5、學(xué)鍵。體系的勢(shì)能與核間距之間的關(guān)系如圖所示：V0Vr0r0r橫坐標(biāo): : 核間距 r r ；縱坐標(biāo): : 體系的勢(shì)能 V V。縱坐標(biāo)的零點(diǎn): : 當(dāng) r r 無(wú)窮大時(shí)，即兩核之間無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)的勢(shì)能。下面來(lái)考察: Na: Na+ + 和 ClCl- -彼此接近的過(guò)程中，勢(shì)能 V V 的變化。圖中可見(jiàn)： r rr r0 0 ，當(dāng) r r 減小時(shí)，正負(fù)離子靠靜電相互吸引，勢(shì)能 V V 減小，體系趨于穩(wěn)定。第7頁(yè)/共87頁(yè)17:32:018r = rr = r0 0 ，V V 有極小值，此時(shí)體系最穩(wěn)定，表明形成離子鍵。r rr 1.7X 1.7，發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生正、負(fù)離子，形成離子鍵； X 1.7X 1

6、.7 X 1.7 ，實(shí)際上是指離子鍵的成分大于 50 %50 %。極性增大非極性共價(jià)鍵 極性共價(jià)鍵 離子鍵第9頁(yè)/共87頁(yè)17:32:02100.2 1 1.8 550.4 4 2.0 630.6 9 2.2 700.8 15 2.4 761.0 22 2.6 821.2 30 2.8 861.4 39 3.0 891.6 47 3.2 92Relationship of ionic nature percent of single bond and the difference of electronegativityxA-xBionic nature percent (%) xA-xBio

7、nic nature percent (%) 離子鍵中鍵的極性與元素電負(fù)性的關(guān)系第10頁(yè)/共87頁(yè)17:32:02113. 3. 形成離子鍵時(shí)釋放能量多Na ( s ) + 1/2 Cl 2 ( g ) = NaCl ( s ) H = 410.9 kJmol1在形成離子鍵時(shí)，以放熱的形式，釋放較多的能量。 2. 2. 易形成穩(wěn)定離子 Na + 2s 2 2p 6，Cl 3s 2 3p 6 ，達(dá)到稀有氣體式穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。 Ag + 4d10 ， Zn 2 + 3d10 ， d d 軌道全充滿(mǎn)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。 只轉(zhuǎn)移少數(shù)的電子，就達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。而 C C 和 Si Si 原子的電子結(jié)構(gòu)為 s s2 2p

8、 p2 2 ，要失去或得到4e4e，才能形成穩(wěn)定離子，比較困難。所以一般不形成離子鍵。如 CCl CCl4 4、SiFSiF4 4 等，均為共價(jià)化合物 。第11頁(yè)/共87頁(yè)17:32:0212定義：正負(fù)離子間的靜電吸引力叫做離子鍵。特點(diǎn)：既沒(méi)有方向性，也不具飽和性。（p145詳） K + :Cl K+:Cl: NaCl 晶體離子型化合物離子型化合物由離子鍵形成的化合物由離子鍵形成的化合物。堿金屬和堿土金屬堿金屬和堿土金屬（BeBe除外除外）的鹵化物是）的鹵化物是典型典型的的離子型化合離子型化合物物第12頁(yè)/共87頁(yè)17:32:02131.1.作用力的實(shí)質(zhì)是靜電引力221rqqFq q1 1 ，

9、q q2 2 分別為正負(fù)離子所帶電量 ，r r 為正負(fù)離子的核間距離。 2.2.離子鍵無(wú)方向性和飽和性 與任何方向的電性不同的離子相吸引，所以無(wú)方向性； 且只要是正負(fù)離子之間，則彼此吸引，即無(wú)飽和性。 學(xué)習(xí)了共價(jià)鍵以后，會(huì)加深對(duì)這個(gè)問(wèn)題的理解。 離子鍵的強(qiáng)度正、負(fù)離子的性質(zhì)離子化合物的性質(zhì)取決于取決于離子鍵的特征第13頁(yè)/共87頁(yè)17:32:0214離子的特征正離子通常只由金屬原子形成，其電荷等于中性原子失去電子的數(shù)目。負(fù)離子通常只由非金屬原子組成，其電荷等于中性原子獲得電子的數(shù)目; ;出現(xiàn)在離子晶體中的負(fù)離子還可以是多原子離子(SO(SO4 42-2-) )。 （1） 離子電荷 (charg

10、e): 電荷高，離子鍵強(qiáng)從離子鍵的實(shí)質(zhì)是靜電引力 F F q q1 1 q q2 2 /r/r2 2出發(fā)，影響離子鍵強(qiáng)度的因素有：離子的電荷 q q 、離子的電子層構(gòu)型和離子半徑 r r （即離子的三個(gè)重要特征）。（2）離子半徑 (radius)嚴(yán)格講，離子半徑無(wú)法確定（電子云無(wú)明確邊界）核間距（nuclear separationnuclear separation）的一半關(guān)鍵是如何分割（x-x-射線衍射法）第14頁(yè)/共87頁(yè)17:32:0215d d值可由晶體的 X X 射線衍射實(shí)驗(yàn)測(cè)定得到，例如 MgO d = 210 pm 。pm210rrd22OMg19261926年，哥德希密特(

11、Goldschmidt )( Goldschmidt )用光學(xué)方法測(cè)得了F F- - 和O O2- 2- 的半徑，分別為133133pm pm 和132pm132pm。 結(jié)合 X X 射線衍射所得的d d值，得到一系列離子半徑。 1 1離子半徑概念將離子晶體中的離子看成是相切的球體，正負(fù)離子的核間距 d d 是 r r + + 和 r r- - 之和 。dr+r -第15頁(yè)/共87頁(yè)17:32:02161927 1927 年，PaulingPauling把最外層電子到核的距離，定義為離子半徑。并利用有效核電荷等數(shù)據(jù)，求出一套離子半徑數(shù)值，被稱(chēng)為 Pauling Pauling 半徑 。 2 2

12、離子半徑的變化規(guī)律 a ) 同主族從上到下，電子層增加，具有相同電荷數(shù)的離子 半徑增加。 Li + Na + K + Rb + Cs + F Cl Br Mg Mg2+2+ Al Al3+3+ K K+ + Ca Ca2+2+ = d MgO = 210 132 = 78 ( pm ) 這種半徑為哥德希密特半徑。2Mgr2Or第16頁(yè)/共87頁(yè)17:32:0217 c ) c ) 同一元素，不同價(jià)態(tài)的離子，電荷高的半徑小。 如 Ti 4 + Ti 3 + ； Fe 3 + Fe 2 + 。 e ) e ) 周期表中對(duì)角線上，左上的元素和右下的元素的離 子半徑相近 。 如 LiLi+ +和MgM

13、g2+2+；ScSc3+3+和ZrZr4+4+半徑相似 。 d ) d ) 負(fù)離子半徑一般較大；正離子半徑一般較小 。 第二周期 F 136 pm ； Li + 60 pm 。 第四周期 Br 195 pm ； K+ 133 pm 。 雖然差了兩個(gè)周期 ， F F 仍比 K K+ + 的半徑大 。 過(guò)渡元素，離子半徑變化規(guī)律不明顯 。第17頁(yè)/共87頁(yè)17:32:0218（3） 離子的電子構(gòu)型 (electronic configuration) 稀有氣體組態(tài)( (8 8電子和2 2電子組態(tài)):):周期表中靠近稀有氣體 元素之前和之后的那些元素. . 擬稀有氣體組態(tài)( (1818電子組態(tài)) :

14、) :第 1111族、第1212族以及第1313族和第 14 14 族的長(zhǎng)周期元素形成的電荷數(shù)等于 族號(hào)減1010的正離子具有這種組態(tài). . Ions with pseudo-noble gas configurationCu+Ag+Au+11 12 13 14Zn2+Cd2+Hg2+Ga3+In3+Tl3+Ge4+Sn4+Pb4+ 含惰性電子對(duì)的組態(tài)( (18182 2電子組態(tài)): ): 第1313、第1414、第15 15 族 長(zhǎng)周期元素( (特別是它們當(dāng)中的第6 6周期元素) )形成離子時(shí)往往 只失去最外層的p p電子，而將兩個(gè)s s電子保留下來(lái). . 不規(guī)則組態(tài)( (9-179-17電

15、子組態(tài)):):許多過(guò)渡元素形成這種組態(tài)的 離子，如TiTi3+3+，V V3+3+，CrCr3+3+，MnMn2+2+，F(xiàn)eFe3+3+，CoCo2+2+，NiNi2+2+，CuCu2+2+，AuAu3+3+等. .8 8 電子構(gòu)型的離子9 91717電子層構(gòu)型的離子1818或18+218+2電子層構(gòu)型的離子 0D (D 0， D 0 ) D LP-BP BP-BP根據(jù) VPVP 和 LPLP 的數(shù)目, , 可以推測(cè)出分子的空間構(gòu)型（1 1）基本要點(diǎn)第55頁(yè)/共87頁(yè)17:32:0456（2 2）分子形狀的確定方法 首先先確定中心原子A A的價(jià)層電子對(duì)數(shù)VPVP原則: :配體X: HX: H和

16、鹵素每個(gè)原子各提供一個(gè)價(jià)電子, , 氧與硫不提供價(jià)電子正離子 “- -” 電荷數(shù), , 負(fù)離子 “+ +” 電荷數(shù)例: VP( )= (6+40+2)=424SO21VP = 1/2A的價(jià)電子數(shù)+X+X提供的價(jià)電子數(shù) 離子電荷數(shù)( )負(fù)正另一種更為簡(jiǎn)便的方法 VP = BP + LP = 與中心原子成鍵的原子數(shù) + + （中心原子價(jià)電子數(shù)- -配位原子未成對(duì)電子數(shù)之和) 2例例：XeF2 2+(8-21)/2 = 5 XeF4 4+(8-41)/2 = 6 XeOF4 5+(8-12-4 1)/2 = 6 XeO2F2 4+(8-22-2 1)/2 = 5A A的價(jià)電子數(shù) = = 主族序數(shù)第5

17、6頁(yè)/共87頁(yè)17:32:0457 確定電子對(duì)的空間排布方式通式共用電子對(duì)原子A A在原子B B周?chē)呐帕蟹绞?（理想的BABBAB鍵角）結(jié)構(gòu)中心原子上不含孤對(duì)電子的共價(jià)分子的幾何形狀2直線(180(180) )AB2AB33平面三角形(120(120) )AB44正四面體(109(1092828) )AB55三角雙錐(B(Ba aABABa a, 180, 180) )(B(Be eABABe e, 120, 120) (B) (Be eABABa a, 90, 90) )B Ba a軸向B B原子，B Be e平伏B B原子AB66正八面體(90(90, 180, 180) )第57頁(yè)/共

18、87頁(yè)17:32:0458 確定孤對(duì)電子數(shù)和分子空間構(gòu)型LP=0 分子的空間構(gòu)型= =電子對(duì)的空間構(gòu)型BeH2BF3CH4PC15SF6VP= (2+2)=2 LP = 021VP= (3+3)=3 LP = 021VP= (4+4)=4 LP = 021VP= (5+5)=5 LP = 021VP= (6+6)=6 LP = 021ExampleHBeH第58頁(yè)/共87頁(yè)17:32:0459LP0LP0電子對(duì)的空間構(gòu)型使價(jià)層電子對(duì)斥力最小第59頁(yè)/共87頁(yè)17:32:0460第60頁(yè)/共87頁(yè)17:32:0461孤對(duì)電子優(yōu)先代替平伏位置上的原子和相關(guān)鍵對(duì)電子變形四面體第61頁(yè)/共87頁(yè)17:

19、32:0562第二對(duì)孤對(duì)電子優(yōu)先代替第一對(duì)孤對(duì)電子反位的原子和相關(guān)鍵對(duì)電子八面體四方錐平面正方形第62頁(yè)/共87頁(yè)17:32:0563鍵的極性和中心原子的電負(fù)性會(huì)使鍵角改變21VP= (4+0+2)=3VP= (6+4)=521S = OFFFFC = OClCl21124o18110oN:HHH18107oN:FFFo102當(dāng)分子中有p p 鍵時(shí), , p p 鍵應(yīng)排在相當(dāng)于孤對(duì)電子的位置 ！Pay attention!這兩個(gè)問(wèn)題還是要注意的！Pay attention!第63頁(yè)/共87頁(yè)17:32:0564Question 4Question 4判斷 OFOF2 2 分子的基本形狀. .寫(xiě)

20、出路易斯結(jié)構(gòu)式, , 并讀出中心原子周?chē)鷥r(jià)電子對(duì)的總數(shù): : 中心原子價(jià)層有 4 4 對(duì)電子. 4 . 4 對(duì)價(jià)電子的理想排布方式為正四面體, , 但考慮到其中包括兩個(gè)孤對(duì), , 所以分子的實(shí)際幾何形狀為角形, , 相當(dāng)于 ABAB2 2E E2 2 型分子. .F O F第64頁(yè)/共87頁(yè)17:32:0565Question 5Question 5判斷 XeFXeF4 4 分子的基本形狀. . 中心原子價(jià)層有 6 6 對(duì)電子. . 理想排布方式為正八面體, , 但考慮到其中包括兩個(gè)孤對(duì), , 所以分子的實(shí)際幾何形狀為平面四方形, , 相當(dāng)于ABAB4 4E E2 2 型分子. .中心原子 X

21、e Xe 的價(jià)電子數(shù)為 8 8，F(xiàn) F 原子的未成對(duì)電子數(shù)為 1. 1. 可以算得中心原子價(jià)電子對(duì)的總數(shù)和孤對(duì)數(shù)分別為: : ( (價(jià)層電子對(duì)總數(shù)) ) = 4(84)/2 = 6 ( (孤電子對(duì)的數(shù)目) ) = (84)/2 = 2第65頁(yè)/共87頁(yè)17:32:0566雜化軌道（hybrid orbital ）原子軌道為什么需要雜化？原子軌道為什么可以雜化？如何求得雜化軌道的對(duì)稱(chēng)軸間的夾角？新理論必須解決如下問(wèn)題在眾多科學(xué)家的追求中，PaulingPauling 再次求助“雜化概念”建立了新的化學(xué)鍵理論雜化軌道理論. .上面介紹的 s s 軌道與 p p 軌道重疊方式并不能解釋大多數(shù)多原子分

22、子中的鍵長(zhǎng)和鍵角. . 例如, , 如果 H H2 2O O 和 NHNH3 3 分子中的 O OH H 鍵和 N NH H 鍵是由 H H 原子的 1 1s s 軌道與 O O 原子和 N N 原子中單電子占據(jù)的2 2p p 軌道重疊形成的，HOH HOH 和 HNH HNH 鍵角應(yīng)為 9090；事實(shí)上, , 上述兩個(gè)鍵角各自都遠(yuǎn)大于9090。（p155 Op155 O2 2分子為何有順磁性的例子）價(jià)層電子對(duì)互斥理論，可以用來(lái)判斷分子和離子的幾何構(gòu)型。但是這一理論說(shuō)明不了分子和離子的幾何構(gòu)型的形成原因。第66頁(yè)/共87頁(yè)17:32:0567 成鍵時(shí)能級(jí)相近的價(jià)電子軌道相混雜，形成新的成鍵時(shí)能

23、級(jí)相近的價(jià)電子軌道相混雜，形成新的價(jià)電子軌道價(jià)電子軌道雜化軌道雜化軌道（1 1）基本要點(diǎn)軌道成分變了總之，雜化后的軌道軌道的能量變了軌道的形狀變了結(jié)果，更有利于成鍵！ 變了 雜化后軌道伸展方向，形狀和能量發(fā)生改變 雜化前后軌道數(shù)目不變第67頁(yè)/共87頁(yè)17:32:0568雜化軌道雜化軌道 (Hybrid Obital)(Hybrid Obital)實(shí)驗(yàn)測(cè)得 CClCCl4 4、 CHCH4 4等的立體構(gòu)型為正四面體（tetrahedraltetrahedral）在同一個(gè)原子中能量相近的不同類(lèi)型（s, p, d, s, p, d, ）的幾個(gè)原子軌道波函數(shù)可以相互疊加而組成同等數(shù)目的能量能量完全相

24、同的雜化軌道。第68頁(yè)/共87頁(yè)17:32:0569（1 1）雜化與雜化軌道的概念在形成多原子分子的過(guò)程中，中心原子的若干能量相近的原子軌道重新組合，形成一組新的原子軌道。這個(gè)過(guò)程叫做軌道的雜化，產(chǎn)生的新軌道叫做雜化軌道。形成 CHCH4 4 分子時(shí)，中心碳原子的 2 2s s 和 2 2p px x、2p2py y、2p2pz z 等四條原子軌道發(fā)生雜化，形成一組（四條）新的雜化軌道，即 4 4 條spsp3 3 雜化軌道，這些 spsp3 3 雜化軌道不同于 s s 軌道，也不同于 p p 軌道。雜化軌道有自己的波函數(shù)、能量、形狀和空間取向。第69頁(yè)/共87頁(yè)17:32:0570 sp3雜

25、化2p2s2s2psp3四個(gè)四個(gè) sp3 雜化軌道雜化軌道激發(fā)雜化CH4中共價(jià) 鍵形成基態(tài)碳原子的結(jié)構(gòu)雜化軌道(2) (2) 雜化形式第70頁(yè)/共87頁(yè)17:32:0571spsp3 3 雜化例：CHHHHCHCH4 4 是正四面體結(jié)構(gòu)，C spC sp3 3 雜化，4 4 個(gè)軌道呈正四面體分布，分別與 4 4 個(gè) H H 的 1 1s s 成 鍵。沒(méi)有未雜化的電子，故 CHCH4 4 無(wú)雙鍵。第71頁(yè)/共87頁(yè)17:32:0572spsp3 3雜化：雜化：第72頁(yè)/共87頁(yè)17:32:0573spsp3 3雜化及其成鍵過(guò)程雜化及其成鍵過(guò)程第73頁(yè)/共87頁(yè)17:32:05742s2p軌道軌道

26、2s2p2s2psp2三個(gè)三個(gè) sp2 雜化軌道雜化軌道激發(fā)激發(fā)雜化雜化 BClBCl3 3 中共價(jià)鍵的形成基態(tài)硼原子的結(jié)構(gòu)雜化軌道 spsp2 2雜化第74頁(yè)/共87頁(yè)17:32:0575spsp2 2雜化：乙烯雜化：乙烯第75頁(yè)/共87頁(yè)17:32:0576spsp2 2雜化：雜化：第76頁(yè)/共87頁(yè)17:32:0577 sp sp雜化2s2p2s2psp2p兩個(gè)兩個(gè) sp 雜化軌道雜化軌道激發(fā)激發(fā)雜化雜化 HBeH基態(tài)鈹原子的結(jié)構(gòu) BeHBeH2 2 中共價(jià)鍵的形成雜化軌道第77頁(yè)/共87頁(yè)17:32:0578+_+_+=+在 sp sp 雜化軌道中，s s 和 p p 的成份各 1/2

27、 1/2兩條雜化軌道呈直線形分布互成 180180角。BeClBeCl2 2 分子直線形，用雜化軌道理論分析其成鍵情況，說(shuō)明直線形構(gòu)型的原因。 Be sp sp 雜化 2s 2 2p0 激發(fā)雜化2 2 條 sp sp 雜化軌道呈直線形分布，分別與 2 2 個(gè) Cl Cl 的 3 3p p 軌道成鍵，故分子為直線形。第78頁(yè)/共87頁(yè)17:32:0579spsp雜化軌道雜化軌道 : :BeF2 的立體結(jié)構(gòu)為線性激激發(fā)發(fā)雜雜化化第79頁(yè)/共87頁(yè)17:32:058030104HOH H2O中O原子采取 sp3 不等性雜化p2s2sp3 3 雜化sp3H2O中共價(jià)鍵形成雜化軌道基態(tài)氧原子的 結(jié) 構(gòu)“”Nonequvalent hybridization“不等性雜化”Nonequvalent hybridization第80頁(yè)/共87頁(yè)17:32:058118107HNHNHNH3 3中N N 原子采取 spsp3 3 不等性雜化sp3雜化基態(tài)氮原子的 結(jié) 構(gòu)NH3中共價(jià)鍵形成雜化軌道第81頁(yè)/共87頁(yè)17:32:0582試用雜化軌道理論解釋下面問(wèn)題： NH NH3 3、H H2 2O O