化學鍵與分子理論公開課課件

本章主要內(nèi)容第一節(jié)、理論第二節(jié)、共價鍵理論第三節(jié)、雜化軌道理論第四節(jié)、價層電子對互斥理論第五節(jié)、分子軌道理論第六節(jié)、金屬鍵理論第七節(jié)、分子間作用力第八節(jié)、離子極化理論第7章分子結構Molecular

structure返回§7-1

離子鍵Ionicbond7-1-1離子鍵的形成1、形成過程：當活潑金屬M與活潑非金屬X相互靠近時M–e=M+,X+e=X-正負離子通過靜電引力相互吸引，達到一定距離時，離子外層電子又相互排斥，當吸引和排斥作用達平衡時，體系能量最低，形成離子鍵。2、形成條件：

1）元素電負性相差較大（△X>1.7），2）易形成穩(wěn)定離子，3）形成離子鍵，釋放能量大。7-1-2離子鍵的特征

1、無方向性。2、無飽和性。3、作用力的實質是靜電力返回7-1-3決定離子化合物性質的因素1、離子半徑。Z相同時，r越小，mp、bp越高。2、離子電荷。r相近時，Z越高，mp、bp越高。3、離子的電子構型電子構型289-171818+2如Li+Be2+、Na+Mg2+、Fe2+Mn2+、

Ag+Hg2+、

Pb2+Bi3+7-1-4晶格能Latticenergy1、鍵能和晶格能鍵能：1mol氣態(tài)分子離解成氣態(tài)原子時所吸收的能量，用Ei表示。Ei越大,表示離子鍵越強。NaF(g)=Na+(g)+F-(g)△H=Ei返回(2)玻恩哈伯循環(huán)計算U

3、晶格能的應用

U大，mp、bp高，硬度大。如CaO<MgO；NaF>NaI……7-2-1現(xiàn)代價鍵理論返回經(jīng)典價鍵理論是1916年Lewis提出的，主要思想是共用電子形成八電子構型，如：H:Cl，:NH3。量子力學揭示了其本質。1、共鍵鍵的形成共價鍵理論用于解決共價化合物的結構，主要有兩種理論，現(xiàn)代價鍵理論(VB法，雜化理論)和分子軌道理論(MO法)?！鼤r，系統(tǒng)能量升高，核間電子密度小，不形成共價鍵↑↓時，系統(tǒng)能量降低，核間電子密度大，可形成共價鍵§7-1共價鍵Covalentbond7-2-2共價鍵的基本特征返回1、共價鍵具有飽和性共價鍵數(shù)取決于原子的未成對電子數(shù)。H2、O2、N22、共價鍵具有方向性共價鍵形成時，原子軌道應以最大重疊方向成鍵。7-2-3共價鍵鍵型

σ鍵：頭碰頭方式π鍵：肩并肩方式7-3-1雜化軌道理論的基本要點返回1932年Pauling在VB法基礎上提出軌道雜化的概念。要點為：1、原子在形成分子時為增強其成鍵能力和分子的穩(wěn)定性。不同類型的原子軌道將重新組合，生成在能量、形狀、伸展方向上不同于原來的新的原子軌道，這種新軌道叫雜化軌道。2、并非所有的原子軌道都可以雜化，只有能量相近的價層軌道才能參與雜化，如(ns,np)、(ns,np,nd)、((n-1)d,ns,np)。雜化軌道的成鍵能力大于未雜化的原子軌道。3、有多少原子軌道就可形成多少雜化軌道，不同類型的雜化方式所得雜化軌道的空間取向不同。VB法能說明共價鍵的本質是電子云重疊，但它并不能解釋共價型分子在結構中的許多事實。如CH4的四面體結構?！?-3雜化軌道HybridOrbitals理論7-3-2雜化軌道的類型返回雜化類型sp1Sp2sp3sp3dsp3d2軌道數(shù)目23456軌道形狀直線平面三角正四面體三角雙錐正八面體實例BeCl2BF3CH4PCl5SF61、sp1雜化以BeCl2為例，BeCl2為一直線型分子。

Be[He]2s22Cl[Ne]3s23p5激發(fā)雜化2s2p2s2pspp++3s3p3s3p返回3、sp3雜化以CH4為例CH4為正四面體分子。

C[He]2s22p24H1s1

4個1s激發(fā)雜化2s2p2s2psp3返回4、H2O分子的結構（不等性雜化）雜化軌道的空間構型：正四面體；分子的空間構型：角形。

O[He]2s22p4不需激發(fā)，直接雜化2H1s12個H原子的1s軌道與O原子的2個單電子的sp3雜化軌道重疊，還余二對sp3雜化后的孤對電子。由于孤對電子的排斥作用，H-O-H鍵角被壓縮為104.28返回5、NH3分子的結構（不等性雜化）雜化軌道空間構型：正四面體；分子空間構型：三角錐形。

N[He]2s22p3

s3p4sp3不等性不需激發(fā)，直接雜化3H1s13個H原子的1s軌道與N原子的3個單電子的sp3雜化軌道重疊，還余一對sp3雜化后的孤對電子。由于孤對電子的排斥作用，H-N-H鍵角被壓縮為107.28sp3d2雜化返回SF6的分子結構d2sp3雜化返回Fe(CN)63-的結構7-4-1VSEPR理論的基本要點返回1、共價化合物的幾何構型取決于中心原子的價電子對的數(shù)(包括成鍵電子和孤對電子)，電子的排斥作用越少越穩(wěn)定。2、排斥作用的大小與下列因素有關：（1）價電子對間夾角越小，排斥作用越大。（2）孤對—孤對>孤對—成鍵>成鍵—成鍵（3）叁鍵>雙鍵>單鍵VSEPR理論常用于判斷化合物的空間構型§7-4價層電子對互斥(VSEPR)理論7-4-3舉例返回1、ClF3:VN=7+3=10=5對，價電子對空間構型為三角雙錐。分子的空間構型可能有如下幾種情況：最小夾角90度abc孤對—孤對010孤對—成鍵436成鍵—成鍵220故a構型最穩(wěn)定，T型2、XeF4:VN=8+4=12=6對，價電子對空間構型為正八面體。分子的空間構型可能有如下幾種情況：最小夾角90度ab孤對—孤對01孤對—成鍵86成鍵—成鍵45故a構型最穩(wěn)定，平面正方形7-5-1分子軌道基本概念返回1、分子軌道的概念分子軌道理論認為，組成分子的原子的價電子屬于整個分子所有。在原子中電子在空間的運動狀態(tài)稱原子軌道(原子波函數(shù))；分子中，電子在整個分子中的運動狀態(tài)則稱為分子軌道(分子波函數(shù))。每個原子軌道能容納2個自旋相反的電子，同樣，每個分子軌道也能容納2個自旋相反的電子，并有一定的能級。在不違背保利原理的前提下，電子盡可能地分占不同軌道。量子力學認為分子軌道是由原子軌道按某種線性組合的方式形成的。有多少原子軌道就可生成多少個分子軌道?！?-5分子軌道理論(MO法)7-5-2原子軌道的線性組合返回如A+B=AB則所得分子的分子軌道（或分子波函數(shù)）是原子軌道的線性組合，同樣也是薛定諤方程的解。

ψABⅠ=CAψA+CBψB

ψABⅡ=CA’ψA-CB’ψB

不是任意兩原子軌道都可組合成分子軌道，必須滿足三原則：（1）能量相近。能量越相近，組合成的分子軌道越穩(wěn)定。（2）最大重疊。只有最大重疊才能有效組成分子軌道。（3）對稱性匹配。即波函數(shù)的符號相同。如下所示：7-5-3分子軌道能級圖返回分子軌道理論中的價電子屬整個分子所有，電子的排布同樣遵守電子排布三原則：保里原理，能量最低原理，洪特規(guī)則。

7-5-4O2、N2的分子結構返回1、O2分子的電子排布式[KK(σ2s)2(σ2s*)2(σ2px)2(π2py)2(π2pz)2(π2py*)1(π2py*)1鍵級=(成鍵電子數(shù)-反鍵電子數(shù))/2=4/2=22、N2分子的電子排布式[KK(σ2s)2(σ2s*)2(π2py)2(π2pz)2(σ2px)2(π2p*)

(σ2p*)]鍵級=(成鍵電子數(shù)-反鍵電子數(shù))/2=6/2=3

3、鍵級越大分子越穩(wěn)定?？膳袛喾肿踊螂x子的穩(wěn)定性順序：（1）H2、He2、Li2、Be2、B2、C2、N2、O2、F2、Ne2（2）O22+、O2+、O2、O2-、O22-

（3）N22+、N2+、N2、N2-、N22-

7-6-2金屬鍵理論返回在金屬晶格中每個原子配位數(shù)=8-12，而金屬只有少數(shù)價電子，不足以形成共價鍵或離子鍵。目前，有兩種金屬鍵理論。即改性的共價鍵理論和金屬能帶理論。1、改性的共價鍵理論：該理論認為，金屬原子失去電子，金屬晶格中既有金屬原子也有金屬離子，其間存在自由電子，自由電子可在整個金屬中自由運動，電子運動把金屬原子聯(lián)系在一起形成金屬鍵。一般共價鍵是兩中心兩電子鍵，而金屬晶體中是少電子多中心鍵，故叫改性的共價鍵，不具有方向性和飽和性。2、金屬能帶理論該理論認為，金屬晶體中的電子并不定域于某兩個或多個原子，而屬于整個金屬晶體，不存在定域的共價鍵。只要空間允許，可盡可能多地堆積原子，常用分子軌道理論來描述。7-7-1分子的極性返回分子或晶體中原子間強的相互作用稱為化學鍵。物質內(nèi)部分子與分子間弱的相互作用稱為分子間作用力，又叫范德華力。雖然這種力十分微弱，但對物質性質的影響卻十分顯著，它與分子結構、分子極性有很大關系。分子正負電荷中心是否重合是分子有無極性的標志，分子的極性與鍵的極性有關。鍵有極性，分子不一定有極性。分子有極性，鍵一定有極性。分子的極性常用偶極矩表示：μ=q·d(單位:C·m)μ=0非極性分子μ≠0極性分子如：CH4、H2O物質μ物質μ物質μH20HCl3.43H2O6.16N20HBr2.63H2S3.66CO20HI1.27CO0.40CS20SO25.33HCN6.99§7-7分子的極性與分子間力7-7-2分子間力返回1、分子間力的分類（1）取向力：主要存在于極性分子與極性分子間。（2）誘導力：主要存在于極性分子與非極性分子間。（3）色散力：主要存在于非極性分子與非極性分子間。分子由于原子核外電子運動，電子云在某一時刻變形，分子產(chǎn)生瞬間誘導偶極，雖時間很短，但量大且不斷重復，使得分子間始終存在這種作用，這種力可存在于各類分子中，一般地，體積越大，分子的變形性越大，色散越大。如鹵素返回2、分子間力的特點1、作用能量不大（<100kJ/mol）2、近距離作用(幾百pm)，無飽和性和方向性。3、三種力中以色散力為主。4、分子間力對物質性質影響主要表現(xiàn)在對mp、bp、熔化熱、汽化熱、溶解度、粘度等性質上。

kJ/molArCoHIHBrHClNH3H2O取向力00.0030.250.6873.3113.3136.39誘導力00.0080.1130.5021.011.551.93色散力8.58.7525.8721.9416.8314.959.00總計8.58.7626.0223.1321.2529.8147.32返回1、定義：指與電負性較大的原子X以共價鍵相結合的H原子，和另一電負性較大的原子Y之間所形成的一種弱作用力。X—H······Y本質是靜電作用力2、特點：是有方向性和飽和性；作用力較弱。3、分類：分子間氫鍵分子內(nèi)氫鍵分子間氫鍵形成使物質的mp、bp升高；如HF有反常高沸點。HF>HCl<HBr<HI;H2O>H2S<H2Se<H2Te分子內(nèi)氫鍵形成將會使物質熔沸點下降。故mp、bp有關系：對硝基苯酚>鄰硝基苯酚；CH3CH2OH>CH3OCH37-7-3氫鍵返回

氫鍵普遍存在于生物大分子中，在生物大分子中起著穩(wěn)定構象的作用。如DNA的雙螺旋結構中DNA的雙螺旋結構返回返回肌紅蛋白中的氫鍵返回7-8-1離子極化的概念1、帶電離子的電場使其周圍異號電荷離子的電子云發(fā)生變形的現(xiàn)象叫離子極化，離子極化的強弱與離子的極化力和離子的變形性有關。2、極化力：是指離子產(chǎn)生的電場強度的大小。電場強度大則離子的極化力強。它與離子的電荷、半徑、離子的電子構型等因素有關。一般地，有如下規(guī)律：電荷高，半徑小，極化力強電子構型：(18+2)>(18)>(9-17)>(8)3、變形性：指離子在電場作用下，電子云發(fā)生變形的能力正離子：Z越大，r越小變形性越小，反之變形性越大。負離子：Z越大，r越大變形性越大，18+2>18>9-17>8§7-8離子極化理論返回7-8-2附加極化作用當正離子半徑較大時，也可被負離子極化，極化變形后的正離子又可反過來對負離子產(chǎn)生極化作用，這種加強了的極化作用叫附加極化作用，作用的結果，使得正負離子電子云發(fā)生部分重疊，鍵型由離子鍵向共價鍵過渡。如：NaClMgCl2AlCl3又如：AgFAgBrAgI

離子鍵→共價鍵

離子鍵→共價鍵

返回7-8-3極化作用對物質性質的影響1、熔沸點：NaClMgCl2AlCl3

熔點℃801