[理學(xué)]無機(jī)化學(xué)Lect06 化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu)ppt課件

1、第六章第六章 化學(xué)鍵與分子構(gòu)造化學(xué)鍵與分子構(gòu)造 Chemical Bonds And Chemical Bonds And Molecular StructureMolecular Structure主講人：石錦芹主講人：石錦芹單單 位：浙江工商大學(xué)位：浙江工商大學(xué)食品與生物工程學(xué)院食品與生物工程學(xué)院教學(xué)內(nèi)容和要求教學(xué)內(nèi)容和要求v 6.1 離子鍵實際離子鍵實際v 6.2 共價鍵實際共價鍵實際v 經(jīng)典的經(jīng)典的Lewis學(xué)說學(xué)說 價健實際價健實際v 雜化軌道實際雜化軌道實際 分子軌道法分子軌道法v 共價鍵的極性和分子的極性共價鍵的極性和分子的極性v 6.3 金屬鍵實際金屬鍵實際v 6.4 分子間力

2、與氫鍵分子間力與氫鍵v 掌握：化學(xué)鍵的根本概念，共價鍵的類型和雜化軌道實際；掌握：化學(xué)鍵的根本概念，共價鍵的類型和雜化軌道實際；v 熟習(xí)：共價鍵價鍵實際的根本要點(diǎn)；離子鍵和共價鍵的極性熟習(xí)：共價鍵價鍵實際的根本要點(diǎn)；離子鍵和共價鍵的極性和分子的極性；分子間的作用力和氫鍵。和分子的極性；分子間的作用力和氫鍵。v 了解：共價鍵的構(gòu)成。了解：共價鍵的構(gòu)成。6.1 6.1 離子鍵實際離子鍵實際 離子鍵實際的根本要離子鍵實際的根本要點(diǎn)點(diǎn) 離子鍵的構(gòu)成和定義離子鍵的構(gòu)成和定義 離子鍵的特點(diǎn)離子鍵的特點(diǎn) 離子的特征離子的特征 離子半徑離子半徑 離子電荷離子電荷 離子的電子構(gòu)型離子的電子構(gòu)型 離子鍵的強(qiáng)度離子

3、鍵的強(qiáng)度離子鍵的構(gòu)成和定義離子鍵的構(gòu)成和定義v 當(dāng)電負(fù)性相差大的兩種原子相互接近時，都有到達(dá)穩(wěn)定電子當(dāng)電負(fù)性相差大的兩種原子相互接近時，都有到達(dá)穩(wěn)定電子構(gòu)造的傾向，電負(fù)性小的原子易失去電子構(gòu)成正離子，電負(fù)構(gòu)造的傾向，電負(fù)性小的原子易失去電子構(gòu)成正離子，電負(fù)性大的原子易得到電子構(gòu)成負(fù)離子。正、負(fù)離子之間除了靜性大的原子易得到電子構(gòu)成負(fù)離子。正、負(fù)離子之間除了靜電相互吸引外，還存在電子與電子、原子核與原子核之間的電相互吸引外，還存在電子與電子、原子核與原子核之間的相互排斥作用。正、負(fù)離子接近到一定間隔時，吸引作用和相互排斥作用。正、負(fù)離子接近到一定間隔時，吸引作用和排斥作用到達(dá)了平衡，系統(tǒng)的能量降

4、到最低，正、負(fù)離子之排斥作用到達(dá)了平衡，系統(tǒng)的能量降到最低，正、負(fù)離子之間就構(gòu)成了穩(wěn)定的化學(xué)鍵。這種靠庫侖靜電引力相互吸引而間就構(gòu)成了穩(wěn)定的化學(xué)鍵。這種靠庫侖靜電引力相互吸引而構(gòu)成的化學(xué)鍵叫離子鍵。構(gòu)成的化學(xué)鍵叫離子鍵。構(gòu)成離子鍵的必要條件：電離能低的活潑金屬元素與電構(gòu)成離子鍵的必要條件：電離能低的活潑金屬元素與電子親合能高的活潑非金屬元素，即電負(fù)性差值足夠大。子親合能高的活潑非金屬元素，即電負(fù)性差值足夠大。離子鍵的特點(diǎn)離子鍵的特點(diǎn)NaClCsCl離子鍵的強(qiáng)度晶格能離子鍵的強(qiáng)度晶格能U U， Lattice Energy Lattice Energy v 定義：氣態(tài)正離子和氣態(tài)負(fù)離子結(jié)合成1m

5、ol離子晶體時所放出的能量。v 離子電荷愈高，正負(fù)離子之間的核間距愈小，晶格能愈大，離子鍵越結(jié)實，熔點(diǎn)越高，硬度越大。v MgO,CaO,SrO,BaO:r,U,熔點(diǎn)，硬度？+-Na ( )F ( )NaF( )ggs21201(1)NAe Z ZUrn離子的特征離子的特征1 1：離子的電荷：離子的電荷v 離子的電荷數(shù)、離子的電子組態(tài)和離子半徑是離子的三個重離子的電荷數(shù)、離子的電子組態(tài)和離子半徑是離子的三個重要特征。要特征。v 1、離子的電荷、離子的電荷v 陰陽離子得失電子數(shù)。陰陽離子得失電子數(shù)。v 離子電荷的大小直接影響離子鍵的強(qiáng)度，因此也就影響離子離子電荷的大小直接影響離子鍵的強(qiáng)度，因此也

6、就影響離子及離子型化合物的性質(zhì)，如顏色、熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、硬度、穩(wěn)定及離子型化合物的性質(zhì)，如顏色、熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、硬度、穩(wěn)定性、氧化復(fù)原性等。性、氧化復(fù)原性等。v 普通正負(fù)離子的電荷越大，離子間靜電引力越大，構(gòu)成的離普通正負(fù)離子的電荷越大，離子間靜電引力越大，構(gòu)成的離子鍵越強(qiáng)，離子化合物越穩(wěn)定。如大多數(shù)子鍵越強(qiáng)，離子化合物越穩(wěn)定。如大多數(shù) 堿土金屬離子堿土金屬離子M2+的鹽類比堿金屬離子的鹽類比堿金屬離子M+的鹽類難溶于水，熔點(diǎn)也較高。的鹽類難溶于水，熔點(diǎn)也較高。離子的特征離子的特征2 2：離子半徑：離子半徑v 2、離子半徑：、離子半徑： Pauling離子半徑標(biāo)度離子半徑標(biāo)度v A.同一主族，從上到下

7、依次增大。同一主族，從上到下依次增大。v Li+ (70pm) Na+ (98pm) Mg2+ (75pm) Al3+ (55pm) v C. 同一元素，負(fù)離子原子正離子同一元素，負(fù)離子原子正離子v S6+ (30pm) S4+ (37pm) S (104pm) 孤電子對孤電子對-成鍵電子對成鍵電子對(L-B) 成鍵電子對成鍵電子對-成鍵電子對成鍵電子對(B-B)斥力的差別會影響分子的幾何構(gòu)型和鍵角。斥力的差別會影響分子的幾何構(gòu)型和鍵角。4如分子中有重鍵如分子中有重鍵(雙鍵、叁鍵雙鍵、叁鍵)存在，可看作一對成鍵電存在，可看作一對成鍵電子對，由于重鍵比單鍵含的電子數(shù)目多，排斥作用大，子對，由于重

8、鍵比單鍵含的電子數(shù)目多，排斥作用大，因此不同鍵之間的排斥力順序為因此不同鍵之間的排斥力順序為: 單鍵單鍵 雙鍵雙鍵 叁鍵。叁鍵。因此含重鍵的鍵角較大，而單鍵之間的鍵角較小。因此含重鍵的鍵角較大，而單鍵之間的鍵角較小。VSEPR：要點(diǎn)：要點(diǎn)VSEPR：判別分子幾何構(gòu)型的步驟：判別分子幾何構(gòu)型的步驟v 用該實際推測共價型分子的幾何構(gòu)型時，計算中心原子周圍用該實際推測共價型分子的幾何構(gòu)型時，計算中心原子周圍的成對電子對數(shù)目和孤對電子對數(shù)目。的成對電子對數(shù)目和孤對電子對數(shù)目。v 1先要確定中心原子先要確定中心原子A價電子層中總價層電子數(shù)價電子層中總價層電子數(shù)(n v)，由，由3部分組成：部分組成：v

9、A原子價電子數(shù)原子價電子數(shù)v 配位原子配位原子B提供的共用電子數(shù)，氧族元素原子作為配位提供的共用電子數(shù)，氧族元素原子作為配位原子時不提供電子，氫和鹵素為配位原子提供電子數(shù)為原子時不提供電子，氫和鹵素為配位原子提供電子數(shù)為1。v 加上負(fù)離子帶電荷數(shù)或減去正離子帶電荷數(shù)。加上負(fù)離子帶電荷數(shù)或減去正離子帶電荷數(shù)。v PCl4+： n v = 5 + 4 7 1 = 32 PCl5 ：n v = 5 + 5 7 = 40v PCl6-： n v = 5 + 6 7 + 1 = 48 XeF4：n v = 8 + 4 7 = 36v 2 n v 8 = 商商(1) -余數(shù)余數(shù)(1) ，商，商(1) =

10、成鍵電子對數(shù)；成鍵電子對數(shù)；v 3余數(shù)余數(shù)(1) 2 = 商商(2) - 余數(shù)余數(shù)=1或或0 ，商，商(2) = 孤對電子孤對電子對數(shù)；對數(shù)；4商商(1) + 商商(2) = 中心原子的雜化軌道數(shù)假設(shè)余數(shù)還有中心原子的雜化軌道數(shù)假設(shè)余數(shù)還有1，那，那么也當(dāng)作一對孤對電子對來處置；么也當(dāng)作一對孤對電子對來處置；5實例：實例：XeF2XeOF4XeO3I3-成鍵電子對數(shù)成鍵電子對數(shù)8+7*2=22/8 = 268+6+7*4=42/8 = 528+6*3=26/8 = 327*3+1=22/8 = 26孤對電子對數(shù)孤對電子對數(shù)6/2 = 32/2 = 12/2 = 16/2 = 3中心原子雜化類型

11、中心原子雜化類型sp3dsp3d2sp3sp3dVSEPR的優(yōu)缺陷的優(yōu)缺陷v 1.預(yù)測一些分子尤其是第一、二、三周期元素組預(yù)測一些分子尤其是第一、二、三周期元素組成的分子幾何構(gòu)型勝利而簡便，并與雜化軌道實成的分子幾何構(gòu)型勝利而簡便，并與雜化軌道實際的預(yù)測一致。際的預(yù)測一致。v 2.但預(yù)測第但預(yù)測第VA、VIA族構(gòu)成的一些分子離子的族構(gòu)成的一些分子離子的幾何構(gòu)型時，常與實驗結(jié)果有出入。幾何構(gòu)型時，常與實驗結(jié)果有出入。v3.不涉及成鍵過程及鍵的穩(wěn)定性。嚴(yán)厲來說并不是不涉及成鍵過程及鍵的穩(wěn)定性。嚴(yán)厲來說并不是一種化學(xué)鍵實際。一種化學(xué)鍵實際。v VSEPR與雜化軌道實際互為補(bǔ)充與雜化軌道實際互為補(bǔ)充.

12、分子軌道實際分子軌道實際v Molecular Orbital Theory，MO法法v AO2的的Lewis 構(gòu)造式：構(gòu)造式：v VB法表示法表示O2的成鍵過程的成鍵過程: v 均顯示均顯示O2的一切電子已成對，應(yīng)為逆磁分子，實踐是順磁分子。的一切電子已成對，應(yīng)為逆磁分子，實踐是順磁分子。v H2+ 單電子鍵單電子鍵? He2+ 三電子鍵三電子鍵? H2+ 的鍵能為的鍵能為269kJmol1，但單電子不能配對，為什么存在共價鍵的鍵能？，但單電子不能配對，為什么存在共價鍵的鍵能？v 不能解釋不能解釋CO2、BF3、C6H6等復(fù)雜分子中的離域等復(fù)雜分子中的離域鍵。鍵。v 1930年，由美國年，由

13、美國R. S. Mulliken和德國的和德國的Hund提出提出“分子軌道法分子軌道法MO。MO法強(qiáng)調(diào)分子中的電子在整個分子的勢場中運(yùn)動，是法強(qiáng)調(diào)分子中的電子在整個分子的勢場中運(yùn)動，是“非定域鍵非定域鍵 。而。而Lewis 實際和實際和VB法的共價鍵局限于成鍵兩原子法的共價鍵局限于成鍵兩原子之間，是之間，是“定域鍵。定域鍵。分子軌道實際：要點(diǎn)分子軌道實際：要點(diǎn)1、分子中電子在空間運(yùn)動的形狀用分子軌道波函數(shù)、分子中電子在空間運(yùn)動的形狀用分子軌道波函數(shù) 來描畫來描畫，又稱分子軌道。，又稱分子軌道。 |2表示電子在分子中空間某處出現(xiàn)的概表示電子在分子中空間某處出現(xiàn)的概率密度。率密度。 | |2d那么

14、表示電子在空間微體那么表示電子在空間微體d內(nèi)出現(xiàn)的概內(nèi)出現(xiàn)的概率。電子的自旋形狀用分子軌道波函數(shù)的自旋部分率。電子的自旋形狀用分子軌道波函數(shù)的自旋部分 描畫，描畫，那么那么 用描畫分子中電子的運(yùn)動。用描畫分子中電子的運(yùn)動。2、分子軌道由原子軌道線性組合而成，且軌道數(shù)目守恒，即：、分子軌道由原子軌道線性組合而成，且軌道數(shù)目守恒，即：分子軌道數(shù)目分子軌道數(shù)目 = 參與組成的原子軌道數(shù)目。參與組成的原子軌道數(shù)目。分子軌道實際：要點(diǎn)分子軌道實際：要點(diǎn)3、原子軌道必需滿足以下、原子軌道必需滿足以下3個原那么，才干有效組成分子軌道個原那么，才干有效組成分子軌道： 對稱性；對稱性； 能量相近；能量相近； 軌

15、道最大重疊。軌道最大重疊。原子軌道能量原子軌道能量kJ.mol-1：H E1s -1318 Cl E3p -1259 Na E3s -502 O E2p -1322 H與與Cl或或O構(gòu)成分子軌道：構(gòu)成分子軌道：H-Cl H-O-H而而Na與與H 、Cl或或O不構(gòu)成共價鍵，只構(gòu)成離子鍵。不構(gòu)成共價鍵，只構(gòu)成離子鍵。4、電子填入分子軌道時，遵照、電子填入分子軌道時，遵照3原那么：原那么： Pauli不相容原理、最不相容原理、最低能量原理和低能量原理和Hund規(guī)那么。規(guī)那么。v 5、每一個分子軌道都有對應(yīng)的能量、每一個分子軌道都有對應(yīng)的能量E ，分子的能量，分子的能量E是各電是各電子的能量子的能量E

16、i之和之和: E Ei ，電子的能量即它們所占據(jù)的，電子的能量即它們所占據(jù)的分子軌道的能量。以組成分子軌道的原子軌道的平均能量作分子軌道的能量。以組成分子軌道的原子軌道的平均能量作參照，分子軌道分為：參照，分子軌道分為：v 成鍵分子軌道能量降低成鍵分子軌道能量降低v 反鍵分子軌道能量升高反鍵分子軌道能量升高v 非鍵軌道非鍵軌道 能量持平能量持平v 6、分子軌道類型、分子軌道類型v 以組成分子軌道的原子軌道的重疊方式劃分：以組成分子軌道的原子軌道的重疊方式劃分：v 分子軌道分子軌道 鍵鍵v 分子軌道分子軌道 鍵鍵s-s和和s-p原子軌道的組合原子軌道的組合(Page 69)p-pp-p原子軌道的

17、組合原子軌道的組合d d “肩并肩構(gòu)肩并肩構(gòu)成成 分子軌道分子軌道 p d “肩并肩肩并肩構(gòu)成構(gòu)成 分子軌道分子軌道 同核雙原子分子的分子軌道能級圖同核雙原子分子的分子軌道能級圖Page 71Li2 N2 O2 Ne2Li N的的2s 與與 2p原子原子軌道的能量差軌道的能量差E = E 2p - E 2s 10 eV，思，思索索2s與與2p相互作用構(gòu)成相互作用構(gòu)成分子軌道即分子軌道即2s與與2px組組成分子軌道。成分子軌道。2s與與2px原子軌道相互原子軌道相互作用的結(jié)果，作用的結(jié)果，E (2p) 和和 E (*2p) ，以致以致E (2p) 15 eV 不思索不思索2s與與2p相互作用相互

18、作用, 即即2s不與不與2p組成分子軌組成分子軌道。對道。對O2 ， F2 ， Ne2 ：E (2p) E (2p)H2 分子軌道的構(gòu)成分子軌道的構(gòu)成 (Page71)2H 1s1 H2 H2 (1s)2 分子軌道分子軌道式式鍵級鍵級BO =1，相當(dāng)于共價，相當(dāng)于共價單鍵單鍵H2+ (1s)1 H2+，氫，氫分子離子分子離子) 鍵級鍵級BO = 0.5 (單電子鍵單電子鍵,，VB法和法和Lewis實際無實際無此說法此說法鍵級鍵級BO = 12022反鍵分子軌道電子數(shù)成鍵分子軌道電子數(shù)He2 (1s)2 (*1s)2 鍵級鍵級 = 不成鍵，不成鍵，He2不能穩(wěn)定存在。不能穩(wěn)定存在。He+2 (1

19、s)2 (*1s)1 鍵級鍵級= ， He2+ 可以存在?？梢源嬖?。分子分子, 離子離子 鍵型鍵型 鍵級鍵級鍵能鍵能 / kJmol-1 鍵長鍵長 /pmH2 鍵鍵 1453.074H2+ 單電子單電子鍵鍵 0.5269.0106He2+ 三電子三電子鍵鍵 0.530010802225 . 0212Li2 KK (2s)2 ， 鍵級鍵級 =1 KK表示表示2個個Li原子的原子的K 電子層電子層(1s2)根本上未參與成鍵，而保管根本上未參與成鍵，而保管Li原原子軌道性質(zhì)。子軌道性質(zhì)。Be2 KK (2s)2 (*2s) 2，鍵級，鍵級 =0，Be2不能穩(wěn)定存在。不能穩(wěn)定存在。B2 KK (2s)

20、2 (*2s) 2 (2py)1 (2pz)1 ， 鍵級鍵級=1 ，有，有 2個成單個成單電子電子 B2分子呈順磁性。分子呈順磁性。C2 KK (2s)2 (*2s) 2 (2py)2 (2pz)2 ，鍵級，鍵級=2N2 KK (2s)2 (*2s) 2 (2py)2 (2pz)2 (2px) 2 ，鍵級，鍵級= 3O2 KK (2s)2 (*2s) 2 (2px) 2 (2py)2 (2pz)2 ( * 2py)1 ( * 2pz)1 ，有，有2個成單電子個成單電子順磁性，有順磁性，有2個個“三電子三電子鍵，鍵級鍵，鍵級= 2F2 KK (2s)2 (*2s) 2 (2px) 2 (2py)

21、2 (2pz)2 ( * 2py)2 ( * 2pz)2 ，鍵級，鍵級 = (8 - 6) / 2 = 1Ne2 KK (2s)2 (*2s) 2 (2px) 2 (2py)2 (2pz)2 ( * 2py)2 ( * 2pz)2 ( * 2px) 2 ，鍵級，鍵級 = (8 - 8) / 2 = 0 ，Ne2不能穩(wěn)定存在不能穩(wěn)定存在MOMO法優(yōu)缺陷法優(yōu)缺陷v 1. 把分子作為一個整體處置對比：把分子作為一個整體處置對比：VB法法定域鍵，勝定域鍵，勝利解釋了單電子鍵、三電子鍵、離域鍵、利解釋了單電子鍵、三電子鍵、離域鍵、O2分子的順磁性及分子的順磁性及一些復(fù)雜分子的構(gòu)成，隨著計算機(jī)科學(xué)的開展，

22、前景看好。一些復(fù)雜分子的構(gòu)成，隨著計算機(jī)科學(xué)的開展，前景看好。v 2.不如不如VB法直觀，比較籠統(tǒng)。法直觀，比較籠統(tǒng)。共價鍵的極性和分子的極性共價鍵的極性和分子的極性單鍵的離子特征百分?jǐn)?shù)單鍵的離子特征百分?jǐn)?shù)v 成鍵原子電負(fù)性差值越成鍵原子電負(fù)性差值越大，鍵的極性越大，鍵大，鍵的極性越大，鍵的離子性的離子性。沒有。沒有100%的離子鍵。的離子鍵。v 鍵的極性是有方向的，鍵的極性是有方向的，如如NH或或NF，是從，是從正電荷指向負(fù)電荷。正電荷指向負(fù)電荷。鍵鍵 離子性離子性% 共價性共價性 Cs-F 4.0-0.7=3.3 92 8 Na-Cl 2.23 70 30 H-Cl 0.06 17.6 8

23、2.4 A-B 1.7 50 50 p=1-e-0.18(x)2極性分子與非極性分子極性分子與非極性分子v 分子按極性強(qiáng)弱可分成離子型、極性分子按極性強(qiáng)弱可分成離子型、極性和非極性分子三類。和非極性分子三類。v 極性分子極性分子: : v 分子中正負(fù)電荷的分布重心不重合分子中正負(fù)電荷的分布重心不重合，存在正、負(fù)兩極偶極，又稱偶，存在正、負(fù)兩極偶極，又稱偶極分子。極分子。v 非極性分子非極性分子: : v 分子中正負(fù)電荷的分布重心相互分子中正負(fù)電荷的分布重心相互重合，不存在偶極。重合，不存在偶極。分子的極性與鍵的極性有關(guān)分子的極性與鍵的極性有關(guān)H2OH2O偶極矩偶極矩分子極性大小的表示法(1)

24、是一個矢量，既有大小，又有方向。是一個矢量，既有大小，又有方向。大小大小 = q d，其中，其中q 正電荷重心的電量，正電荷重心的電量，d: 正負(fù)電荷重心正負(fù)電荷重心間的間隔，又偶極長度，間的間隔，又偶極長度， 的單位為德拜的單位為德拜(Debye，1 Debye = 3.3361030 Cm)。方向是從正指向負(fù)。方向是從正指向負(fù)。(2) 對于雙原子分子，原子電負(fù)性差值越大，鍵的極性越大，對于雙原子分子，原子電負(fù)性差值越大，鍵的極性越大，分子的極性越大。分子的極性越大。 越大，分子的極性越大。越大，分子的極性越大。HF： = 1.92HCl： = 1.03 HBr： = 0.79 HI： =

25、0.38v (3) 對于多原子分子，特別是中心原子上存在孤對電子對的分對于多原子分子，特別是中心原子上存在孤對電子對的分子，其極性要經(jīng)過分析討論來確定。其偶極矩是分子中一切子，其極性要經(jīng)過分析討論來確定。其偶極矩是分子中一切化學(xué)鍵鍵矩的矢量和。極性分子的偶極矩稱為永久偶極?；瘜W(xué)鍵鍵矩的矢量和。極性分子的偶極矩稱為永久偶極。CO2： = 0O C OSCO：S C Ototal6.3 6.3 金屬鍵實際金屬鍵實際v 6.1 離子鍵實際離子鍵實際v 6.2 共價鍵實際共價鍵實際v 6.3 金屬鍵實際金屬鍵實際v 自在電子實際自在電子實際v 能帶實際能帶實際v 6.4 分子間力與氫鍵分子間力與氫鍵v

26、 掌握：化學(xué)鍵的根本概念，共價鍵的類型和雜化軌道實際；掌握：化學(xué)鍵的根本概念，共價鍵的類型和雜化軌道實際；v 熟習(xí)：共價鍵價鍵實際的根本要點(diǎn)；離子鍵和共價鍵的極性熟習(xí)：共價鍵價鍵實際的根本要點(diǎn)；離子鍵和共價鍵的極性和分子的極性；分子間的作用力和氫鍵。和分子的極性；分子間的作用力和氫鍵。v 了解：共價鍵的構(gòu)成。了解：共價鍵的構(gòu)成。6.3 金屬鍵實際金屬鍵實際自在電子實際自在電子實際( (改性共價實際改性共價實際) )v 金屬原子金屬原子Z *較小較小部分電子零落成自在電子部分電子零落成自在電子自在電子與正自在電子與正離子相互吸引離子相互吸引這種自在電子與正離子間的作用力將金屬原這種自在電子與正離

27、子間的作用力將金屬原子膠合在一同成為金屬晶體，這種作用力即金屬鍵。子膠合在一同成為金屬晶體，這種作用力即金屬鍵。v 金屬鍵不具有方向性和飽和性，不同于普通的共價鍵。金屬鍵不具有方向性和飽和性，不同于普通的共價鍵。v 自在電子實際通俗易懂，可以解釋金屬的光澤、導(dǎo)電性、導(dǎo)自在電子實際通俗易懂，可以解釋金屬的光澤、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性、可塑性等物理性質(zhì)，都與自在電子有關(guān)；但熱性、延展性、可塑性等物理性質(zhì)，都與自在電子有關(guān)；但不能解釋光電效應(yīng)以及導(dǎo)體、半導(dǎo)體與絕緣體的區(qū)別等。不能解釋光電效應(yīng)以及導(dǎo)體、半導(dǎo)體與絕緣體的區(qū)別等。v 金屬可以吸收波長范圍極廣的光，并重新反射出，故金屬晶金屬可以吸收波長范圍

28、極廣的光，并重新反射出，故金屬晶體不透明，且有金屬光澤。體不透明，且有金屬光澤。v 在外電壓的作用下，自在電子可以定向挪動，故有導(dǎo)電性在外電壓的作用下，自在電子可以定向挪動，故有導(dǎo)電性 。v 受熱時經(jīng)過自在電子的碰撞及其與金屬離子之間的碰撞傳送受熱時經(jīng)過自在電子的碰撞及其與金屬離子之間的碰撞傳送能量，是熱的良導(dǎo)體。能量，是熱的良導(dǎo)體。v 金屬受外力發(fā)生變形時，金屬鍵不被破壞，故金屬有很好的金屬受外力發(fā)生變形時，金屬鍵不被破壞，故金屬有很好的延展性，與離子晶體的情況相反。延展性，與離子晶體的情況相反。自在電子自在電子+金屬離子金屬離子金屬原子金屬原子位錯位錯+如如 CaCO3 可可 用于雕刻，用

29、于雕刻，而不可用于鍛造，即不而不可用于鍛造，即不具有延展性具有延展性 。離子鍵強(qiáng)度大，所以硬度高離子鍵強(qiáng)度大，所以硬度高 。但遭到外力沖擊時但遭到外力沖擊時, 易發(fā)生錯位，延展性差，導(dǎo)致破碎易發(fā)生錯位，延展性差，導(dǎo)致破碎 。破碎金屬原子化熱金屬原子化熱v 金屬原子化熱是指 1 mol 金屬變成氣態(tài)原子所需求的熱量。金屬原子化熱數(shù)值小時熔點(diǎn)低，硬度??；反之那么熔點(diǎn)高，硬度大。v 例如: Na Alv 金屬原子化熱 108.4 kJ.mol-1 326.4 kJ.mol-1v m.p. 97.5 0C 660 0Cv b.p. 880 0C 1800 0C衡量金屬鍵的強(qiáng)弱能帶實際能帶實際Energ

30、y Band Theory1. 要點(diǎn)要點(diǎn) (1)電子是離域的：按分子軌道法，整個金屬晶體視為一個大分電子是離域的：按分子軌道法，整個金屬晶體視為一個大分子，金屬原子的價電子是離域的，屬于整個金屬晶體的原子子，金屬原子的價電子是離域的，屬于整個金屬晶體的原子一切。一切。(2)組成金屬能帶：由于金屬晶格中原子密集堆積，許多原子軌組成金屬能帶：由于金屬晶格中原子密集堆積，許多原子軌道相互作用，組合成數(shù)目相等的分子軌道，而相鄰分子軌道道相互作用，組合成數(shù)目相等的分子軌道，而相鄰分子軌道的能級間隔很小，構(gòu)成的能級間隔很小，構(gòu)成“能帶。能帶的能量范圍很寬，有能帶。能帶的能量范圍很寬，有時可達(dá)數(shù)百時可達(dá)數(shù)百

31、 kJmol1。 Na 的的 n 個個 3s 軌道，構(gòu)成軌道，構(gòu)成 n個個 Na 金屬的分子軌道金屬的分子軌道 3s 能能帶。帶。. 3n 個個 2pn 個個 2sn 個個 1s禁帶禁帶v (3)能帶分為滿帶、禁帶和導(dǎo)帶。能帶分為滿帶、禁帶和導(dǎo)帶。v 以以 Li 為例，為例， 1s2 2s1 2p0 v 1s 軌道充溢電子，故組成的能帶軌道充溢電子，故組成的能帶充溢電子，稱為滿帶，滿帶的能充溢電子，稱為滿帶，滿帶的能量較低。量較低。v 2s 軌道電子半充溢，組成的能帶軌道電子半充溢，組成的能帶電子也半滿，稱為導(dǎo)帶。導(dǎo)帶的電子也半滿，稱為導(dǎo)帶。導(dǎo)帶的能量高于滿帶。能量高于滿帶。v 2p 能帶中無

32、電子，稱為空帶。能帶中無電子，稱為空帶。v 從滿帶頂?shù)綄?dǎo)帶底從滿帶頂?shù)綄?dǎo)帶底 ( 或空帶底或空帶底 )的能量間隔很大，電子躍遷困難的能量間隔很大，電子躍遷困難。 這個能量間隔稱為禁帶。這個能量間隔稱為禁帶。能帶實際能帶實際3n 個 2pn 個 2sv (4) 能帶交叉能帶交叉v 相臨近的能帶，有時相臨近的能帶，有時可以重疊?？梢灾丿B。 即能量范即能量范圍有交叉。圍有交叉。 如如 Be 的的 2s 能帶和能帶和 2p 能帶，能帶，可以部分重疊可以部分重疊 。v Be 的的2s能帶是滿帶，能帶是滿帶，經(jīng)過重疊電子可以躍經(jīng)過重疊電子可以躍遷到遷到 2p 空帶中去。空帶中去。能帶實際能帶實際金屬的導(dǎo)電

33、性：金屬、半導(dǎo)體和絕緣體金屬的導(dǎo)電性：金屬、半導(dǎo)體和絕緣體 金屬金屬 金屬金屬 半導(dǎo)體半導(dǎo)體(E 3 eV) 絕緣體絕緣體(E 5 eV)v 導(dǎo)體的能帶有兩種情形，一種是有導(dǎo)帶，另一種是滿帶和空導(dǎo)體的能帶有兩種情形，一種是有導(dǎo)帶，另一種是滿帶和空帶有部分重疊，如帶有部分重疊，如 Be ，也相當(dāng)于有導(dǎo)帶。電子可以在導(dǎo)帶，也相當(dāng)于有導(dǎo)帶。電子可以在導(dǎo)帶中躍遷，進(jìn)入空軌道中，故中躍遷，進(jìn)入空軌道中，故 金屬鈹導(dǎo)電。金屬鈹導(dǎo)電。v 沒有導(dǎo)帶，且滿帶和空帶之間的禁帶沒有導(dǎo)帶，且滿帶和空帶之間的禁帶 E 5 eV，電子難以躍，電子難以躍遷，那么為絕緣體；遷，那么為絕緣體； 假設(shè)禁帶的假設(shè)禁帶的 E 3 e

34、V，在外界能量激發(fā)，在外界能量激發(fā)下，電子可以穿越禁帶進(jìn)入空帶，產(chǎn)生導(dǎo)電效果，那么為半下，電子可以穿越禁帶進(jìn)入空帶，產(chǎn)生導(dǎo)電效果，那么為半導(dǎo)體。導(dǎo)體。能帶實際的成果能帶實際的成果v 可解釋金屬的一些性質(zhì)，如光澤、導(dǎo)熱性、可解釋金屬的一些性質(zhì)，如光澤、導(dǎo)熱性、 延展性等，延展性等，均與能帶上的價電子有關(guān)。均與能帶上的價電子有關(guān)。v 半導(dǎo)體半導(dǎo)體Si、Ge、GeAs、GaSb、InAs、AlSb等，光等，光照或受熱，滿帶上電子躍上導(dǎo)帶，照或受熱，滿帶上電子躍上導(dǎo)帶，“空穴導(dǎo)電，電子空穴導(dǎo)電，電子導(dǎo)電，且導(dǎo)電，且T， 導(dǎo)電性導(dǎo)電性 。v 空穴、電子統(tǒng)稱空穴、電子統(tǒng)稱“載流子載流子(carrier)。

35、v 金屬導(dǎo)體：金屬導(dǎo)體：T，晶格中原子、陽離子振動，晶格中原子、陽離子振動，導(dǎo)帶中電子，導(dǎo)帶中電子運(yùn)動受阻，導(dǎo)電性運(yùn)動受阻，導(dǎo)電性。v 絕緣體：禁帶太寬太大，難以把電子由滿帶激發(fā)上絕緣體：禁帶太寬太大，難以把電子由滿帶激發(fā)上導(dǎo)帶，難導(dǎo)電。導(dǎo)帶，難導(dǎo)電。教學(xué)內(nèi)容和要求教學(xué)內(nèi)容和要求v 6.1 離子鍵實際離子鍵實際v 6.2 共價鍵實際共價鍵實際v 6.3 金屬鍵實際金屬鍵實際v 6.4 分子間力與氫鍵分子間力與氫鍵v 6.4.1 分子間力分子間力v 6.4.2 氫鍵氫鍵v 掌握：化學(xué)鍵的根本概念，共價鍵的類型和雜化軌道實際；掌握：化學(xué)鍵的根本概念，共價鍵的類型和雜化軌道實際；v 熟習(xí)：共價鍵價鍵

36、實際的根本要點(diǎn)；離子鍵和共價鍵的極性熟習(xí)：共價鍵價鍵實際的根本要點(diǎn)；離子鍵和共價鍵的極性和分子的極性；分子間的作用力和氫鍵。和分子的極性；分子間的作用力和氫鍵。v 了解：共價鍵的構(gòu)成。了解：共價鍵的構(gòu)成。6.4 分子間力與氫鍵分子間力與氫鍵6.4.1 6.4.1 分子間力范德華力分子間力范德華力 分子間作用力是一類比化學(xué)鍵弱得多的作用力，這種作用力分子間作用力是一類比化學(xué)鍵弱得多的作用力，這種作用力與范德華發(fā)現(xiàn)的呵斥實踐氣體偏離理想氣體方程的那種作用與范德華發(fā)現(xiàn)的呵斥實踐氣體偏離理想氣體方程的那種作用力有關(guān)，所以又被稱為范德華力。力有關(guān)，所以又被稱為范德華力。 分子間作用力雖然弱，但它是決議物

37、質(zhì)的沸點(diǎn)、熔點(diǎn)、氣化分子間作用力雖然弱，但它是決議物質(zhì)的沸點(diǎn)、熔點(diǎn)、氣化熱、熔化熱、溶解度、外表張力以及粘度等物理性質(zhì)的主要熱、熔化熱、溶解度、外表張力以及粘度等物理性質(zhì)的主要要素。如液態(tài)分子間力越大，氣化熱就越大，沸點(diǎn)就越高；要素。如液態(tài)分子間力越大，氣化熱就越大，沸點(diǎn)就越高；固態(tài)分子間力越大，熔化熱越大，熔點(diǎn)也就越高。分子間力固態(tài)分子間力越大，熔化熱越大，熔點(diǎn)也就越高。分子間力對液體的互溶度以及固態(tài)、氣態(tài)非電解質(zhì)在液體中的溶解度對液體的互溶度以及固態(tài)、氣態(tài)非電解質(zhì)在液體中的溶解度也有一定的影響。也有一定的影響。 在不同類型的化合物中，產(chǎn)生分子間力的機(jī)理不盡一樣，但在不同類型的化合物中，產(chǎn)生

38、分子間力的機(jī)理不盡一樣，但在不發(fā)生化學(xué)反響的前提下，本質(zhì)上都屬于靜電作用力的范在不發(fā)生化學(xué)反響的前提下，本質(zhì)上都屬于靜電作用力的范疇。因此分子間作用力的大小與分子的兩種電學(xué)性質(zhì)疇。因此分子間作用力的大小與分子的兩種電學(xué)性質(zhì)分子分子極性和變形性有親密關(guān)系。極性和變形性有親密關(guān)系。分子的變形性：非極性分子分子的變形性：非極性分子v 分子的變形性分子的變形性: : 分子中因電子云與核發(fā)生相對位移而使分子分子中因電子云與核發(fā)生相對位移而使分子外形發(fā)生變化的性質(zhì)。分子體積越大，電子越多，越易變形外形發(fā)生變化的性質(zhì)。分子體積越大，電子越多，越易變形。v 分子的變形極化分子的變形極化: : 在外電場作用下，

39、分子的正、負(fù)電荷中心在外電場作用下，分子的正、負(fù)電荷中心分別而產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極的過程。也叫位移極化。分別而產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極的過程。也叫位移極化。v 誘導(dǎo)偶極的產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極的產(chǎn)生: : 當(dāng)非極性分子置于電場中，帶正電荷的原當(dāng)非極性分子置于電場中，帶正電荷的原子核被吸引向電場負(fù)極，電子云被吸引向電場正極，其結(jié)果子核被吸引向電場負(fù)極，電子云被吸引向電場正極，其結(jié)果是原子核與電子云發(fā)生相對位移，使原來重合的正、負(fù)電荷是原子核與電子云發(fā)生相對位移，使原來重合的正、負(fù)電荷中心彼此分別，而使分子出現(xiàn)偶極，這種偶極為誘導(dǎo)偶極。中心彼此分別，而使分子出現(xiàn)偶極，這種偶極為誘導(dǎo)偶極。極性分子的變形極性分子的變形v 極性分子

40、本身就存在偶極，這種偶極稱固有偶極或永久偶極。極性分子本身就存在偶極，這種偶極稱固有偶極或永久偶極。v 在外電場作用下，極性分子順著電場整齊地陳列，這一過程叫做在外電場作用下，極性分子順著電場整齊地陳列，這一過程叫做分子的定向極化分子的定向極化( (也稱取向極化或取向也稱取向極化或取向) )。v v 在電場作用下，極性分子也會發(fā)生形變，使正、負(fù)電荷中心之間在電場作用下，極性分子也會發(fā)生形變，使正、負(fù)電荷中心之間的間隔增大，產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極。這時分子的偶極為固有偶極與誘導(dǎo)的間隔增大，產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極。這時分子的偶極為固有偶極與誘導(dǎo)偶極之和，分子的極性有所添加。偶極之和，分子的極性有所添加。v 極性分子本

41、身就是一個微電場，極性分子與極性分子之間，極極性分子本身就是一個微電場，極性分子與極性分子之間，極性分子與非極性分子之間，同樣也會發(fā)生極化作用。這種極化作性分子與非極性分子之間，同樣也會發(fā)生極化作用。這種極化作用對分子間力的產(chǎn)生，有重要的影響。用對分子間力的產(chǎn)生，有重要的影響。分子間力范德華力：取向力分子間力范德華力：取向力v 包括取向力、誘導(dǎo)力、色散力。包括取向力、誘導(dǎo)力、色散力。v 取向力：極性分子是一種偶極子，取向力：極性分子是一種偶極子，兩個極性分子相互接近時，根據(jù)同兩個極性分子相互接近時，根據(jù)同極相斥、異極相吸原理使分子按一極相斥、異極相吸原理使分子按一定取向陳列，導(dǎo)致系統(tǒng)處于一種比

42、定取向陳列，導(dǎo)致系統(tǒng)處于一種比較穩(wěn)定的形狀。取向力是指極性分較穩(wěn)定的形狀。取向力是指極性分子與極性分子的永久偶極間的靜電子與極性分子的永久偶極間的靜電引力，這種作用力大小與分子偶極引力，這種作用力大小與分子偶極矩直接相關(guān)。矩直接相關(guān)。越大取向力越大。越大取向力越大。62221KkTR32E 1、 2為兩個極性分子的永久偶極距，為兩個極性分子的永久偶極距，R是兩極性分子質(zhì)心之間的間隔，是兩極性分子質(zhì)心之間的間隔，K是是玻爾茲曼常數(shù)，玻爾茲曼常數(shù)，“- 號表示能量降低。號表示能量降低。分子間力：取向力分子間力：取向力v 取向力只存在與極性分子之間，極性越強(qiáng)，取向力越大，熔取向力只存在與極性分子之間

43、，極性越強(qiáng)，取向力越大，熔沸點(diǎn)越高。沸點(diǎn)越高。Relative molecular masst(m.p.)/t(b.p.)/10-30 Cm32.092185.0111.2 033.998133.8187.781.8334.07685.6060.753.67PropertySiH4PH3H2S N2 NO O2 分子量：分子量： 28 30 32偶極矩偶極矩/ ： 0 0.15 0沸點(diǎn)沸點(diǎn)/K： 77 121 90分子間力：誘導(dǎo)力分子間力：誘導(dǎo)力存在于極性分子與非極性分子之間以及極性分子之間越大變形性越大誘導(dǎo)力越大6221DRXEX2為非極性分子為非極性分子的極化率的極化率分子間力：色散力分子

44、間力：色散力 當(dāng)兩個非極性分子相互接近時，電子運(yùn)動、原子核振動在瞬間會出現(xiàn)正、負(fù)電中心的不重合情況，產(chǎn)生瞬時偶極。這種瞬時偶極導(dǎo)致的相鄰分子間產(chǎn)生的吸引作用稱為色散力。色散力作用時間是瞬時的，但它是不延續(xù)的，色散力一直存在。 色散力在極性分子與非極性分子、極性分子與極性分子之間同樣存在。所以，一切分子間均存在色散力。Intermolecular forces: (a) dipole-dipole force; (b) dispersion force.(a)(a)(b)(b) 色散力的大小既依賴于分子的大小，也依賴于分子的外形 丙烷、正丁烷和正戊烷均為直鏈化合物丙烷、正丁烷和正戊烷均為直鏈化合

45、物(可以忽略分子外形的影可以忽略分子外形的影響響), 色散力隨分子體積的增大而增大色散力隨分子體積的增大而增大, 導(dǎo)致沸點(diǎn)按同一順序升高導(dǎo)致沸點(diǎn)按同一順序升高: CH3CH2CH3 CH3CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH3 b.p. -44.5 b.p. -0.5 b.p. 36 正戊烷、異戊烷和新戊烷三種異構(gòu)體的相對分子質(zhì)量一樣正戊烷、異戊烷和新戊烷三種異構(gòu)體的相對分子質(zhì)量一樣, 色散色散力隨分子構(gòu)造密實程度的增大而減小力隨分子構(gòu)造密實程度的增大而減小,導(dǎo)致沸點(diǎn)按同一順序下降導(dǎo)致沸點(diǎn)按同一順序下降: CH3 CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CH2CHCH3 CH3CCH

46、3 CH3 CH3 b.p. 36 b.p. 28 b.p. 9.5 色散力不但普遍存在于各類分子之間，而且除極少數(shù)強(qiáng)極性分色散力不但普遍存在于各類分子之間，而且除極少數(shù)強(qiáng)極性分子子(如如 HF，H2O)外，大多數(shù)分子間力都以色散力為主外，大多數(shù)分子間力都以色散力為主.Distribution of inter-molecular force(kJmol-1)MolecularOrientation forceInduction forceDispersion forceTotal forceAr 0.000 0.000 8.5 8.5CO 0.003 0.008 8.75 8.75HI 0.

47、025 0.113 25.87 26.00HBr 0.69 0.502 21.94 23.11HCl 3.31 1.00 16.83 21.14NH3 13.31 1.55 14.95 29.60H2O 36.39 1.93 9.00 47.31分子間力小結(jié)分子間力小結(jié)1.比化學(xué)鍵比化學(xué)鍵30 150 kcalmol-1小小1-2個數(shù)量級，僅幾至個數(shù)量級，僅幾至 幾十幾十kcalmol-1 。2.短程力，作用范圍僅短程力，作用范圍僅35，約幾百，約幾百pm。3.不具方向性和飽和性。不具方向性和飽和性。4.分子之間總的相互作用能分子之間總的相互作用能: E = EK + ED + EL非極性分子非極性分子：只存在色散力非極性分子非極性分子：只存在色散力極性分子非極性分子：誘導(dǎo)力、色散力極