第九章化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu)教學(xué)課件

第九章化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu)§9.2

價(jià)鍵理論§9.4分子間力和氫鍵§9.3

雜化軌道理論§9.1

鍵理論2020/10/1619.1.1離子鍵理論的內(nèi)容§9.1

離子鍵理論9.1.3離子的特征9.1.2離子鍵的特點(diǎn)2020/10/162離子鍵理論:化學(xué)鍵：分子或晶體中相鄰原子(或離子)之間強(qiáng)烈的吸引作用?；瘜W(xué)鍵理論：金屬鍵理論共價(jià)鍵理論2020/10/163化學(xué)鍵共價(jià)鍵金屬鍵離子鍵雙原子共價(jià)鍵多原子共價(jià)鍵極性共價(jià)鍵非極性鍵2020/10/1649.1.1離子鍵理論的內(nèi)容最外層電子結(jié)構(gòu)原子之間發(fā)生電子的轉(zhuǎn)移而生成正負(fù)離子。正負(fù)離子一般達(dá)到稀有氣體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。2020/10/165所謂穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，對(duì)于主族元素索生成的離子，多數(shù)都具有稀有氣體結(jié)構(gòu)，即p軌道為全充滿狀態(tài)。如對(duì)于副族元素所生成的離子，d軌道一般為半充滿狀態(tài)，如但過(guò)渡元素的s軌道和d軌道能量相近，所以常出現(xiàn)例外情況。2020/10/166正、負(fù)離子之間通過(guò)靜電作用而形成的化學(xué)鍵叫離子鍵。由離子鍵形成的化合物叫離子型化合物。離子型化合物形成的結(jié)晶狀固體叫離子晶體。離子鍵的本質(zhì)：庫(kù)侖力。離子所帶電荷越大、離子之間的距離越小，則離子鍵越強(qiáng)。2020/10/1679.1.2離子鍵的特點(diǎn)●本質(zhì)是靜電引力（庫(kù)侖引力）●

沒(méi)有方向性和飽和性（庫(kù)侖引力的性質(zhì)所決定）●鍵的極性與元素的電負(fù)性有關(guān)NaClCsCl這個(gè)例子能夠說(shuō)明一個(gè)離子周圍的異電荷離子數(shù)與各自所帶電荷的多少(或者說(shuō)由引而產(chǎn)生的作用力的強(qiáng)弱)無(wú)關(guān).2020/10/168離子鍵的本質(zhì)是靜電引力（庫(kù)侖引力）離子型化合物的性質(zhì)決定于：組成化合物的離子的電荷離子的半徑離子的電子構(gòu)型離子所帶的電荷越高、離子核間的距離越小，則正負(fù)離子之間的吸引力越強(qiáng)，離子鍵強(qiáng)度越大，形成的化合物越穩(wěn)定。2020/10/169離子鍵沒(méi)有方向性和飽和性離子是帶電球體，其電荷分布是球形對(duì)稱的，它可以在空間任何方向上吸引帶有相反電荷的離子。Na+2020/10/1610離子鍵的極性與元素的電負(fù)性有關(guān)離子鍵形成的重要條件是相互作用的原子的電負(fù)性差值越大，元素原子間的電負(fù)性相差越大，二者之間鍵的離子性越大。2020/10/1611單鍵的離子性百分?jǐn)?shù)與電負(fù)性之間的關(guān)系若兩個(gè)原子電負(fù)性差值大于1.7時(shí)，可以判定二者之間形成離子鍵，若小于1.7則可以判定二者之間形成共價(jià)鍵。電負(fù)性差值XA-XB離子性百分比%電負(fù)性差值XA-XB離子性百分比%0.211.8550.442.0630.692.2700.8152.4761.0222.6821.2302.8861.4393.0891.6473.2922020/10/16129.1.3離子的特征一般離子具有三個(gè)重要的特征：離子的電荷、離子的半徑和離子的電子構(gòu)型。離子的電荷離子的電荷對(duì)離子的性質(zhì)和所組成的離子型化合物的性質(zhì)都有很大的影響。如Fe3+Fe2+氧化性還原性2020/10/1613Fe3+Fe2+無(wú)水FeCl3棕黃色無(wú)水FeCl2白色含水FeCl3棕黃色含水FeCl2淺藍(lán)色與SCN-反應(yīng)血紅色化合物不反應(yīng)離子電荷上的差異是離子性質(zhì)差異的最直接因素。2020/10/1614離子的電子構(gòu)型（1）2電子構(gòu)型：最外層是2個(gè)電子的離子。（2）8電子構(gòu)型：最外層是8個(gè)電子的離子。2020/10/1615（3）18電子構(gòu)型：最外層是18個(gè)電子的離子。（4）18+2電子構(gòu)型：此外層是18個(gè)電子，最外層是2個(gè)電子的離子。2020/10/1616（3）8~18電子構(gòu)型：最外層是8~18個(gè)電子之間的不飽和結(jié)構(gòu)的離子。Fe[Ne]3s23p63d64s2Fe2+[Ne]3s23p63d6最外層14個(gè)電子Cr[Ne]3s23p63d54s1Cr3+[Ne]3s23p63d3最外層11個(gè)電子Mn[Ne]3s23p63d64s2Mn2+[Ne]3s23p63d5最外層13個(gè)電子2020/10/1617離子的半徑當(dāng)正負(fù)離子間的吸引力和核外電子與電子之間以及原子核之間的排斥力達(dá)到平衡時(shí)，正負(fù)離子之間保持著一定的平衡距離，這個(gè)距離叫核間距，常用符號(hào)d表示。正負(fù)離子半徑與核間距的關(guān)系2020/10/1618離子半徑大致有如下變化規(guī)律：（1）周期表中個(gè)主族元素中，自上而下電子層數(shù)依次增多，具有相同電荷數(shù)的同族離子半徑依次增大；（2）同一周期中自左而右，主族元素正離子的電荷數(shù)依次增大，離子半徑依次減??；Na+>Mg2+>Al3+Li+<Na+<K+<Rb+<Cs+F-<Cl-<Br-<I-2020/10/1619(3)同一元素形成不同電荷的正離子時(shí)，高價(jià)離子的電荷高，離子半徑小于低價(jià)離子的半徑。Fe原子半徑116.5pm，F(xiàn)e2+76pm，F(xiàn)e3+67pm離子半徑的大小對(duì)離子型化合物的性質(zhì)有顯著的影響，離子半徑越小，離子間引力越大，離子型化合物的熔、沸點(diǎn)也越高。2020/10/16209.2.1共價(jià)鍵的本質(zhì)與特點(diǎn)§9.2

價(jià)鍵理論9.2.3雜化軌道9.2.2共價(jià)鍵的鍵型2020/10/1621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)電子概率密度較大的區(qū)域。系統(tǒng)能量降低，形成氫分子。核間距

R0為74pm。共價(jià)鍵的本質(zhì)——原子軌道重疊，核間電子概率密度大吸引原子核而成健。2020/10/1622+++成鍵++不成鍵p軌道共價(jià)鍵形成示意圖共價(jià)鍵：原子間通過(guò)共用電子對(duì)而形成的化學(xué)鍵。2020/10/1623㈡價(jià)鍵理論要點(diǎn)電子配對(duì)法（VB法）（1）電子配對(duì)原理（2）能量最低原理（3）原子軌道最大重疊原理（1）電子配對(duì)原理自旋相反的成單電子相互接近時(shí)，可以形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵，若原子A和B各有一個(gè)未成對(duì)的電子且自旋方向相反，則可以互相配對(duì)形成共價(jià)單鍵。2020/10/1624若原子A和B各有兩個(gè)或三個(gè)未成對(duì)電子的自旋方向相反的電子，則可以形成共價(jià)雙鍵或三鍵。（2）能量最低原理自旋相反的單電子在配對(duì)成鍵時(shí)會(huì)釋放出能量，使體系的能量達(dá)到最低。電子配對(duì)時(shí)釋放的能量越多形成的化學(xué)鍵越穩(wěn)定。2020/10/1625（3）原子軌道最大重疊原理成鍵電子的原子軌道一定要發(fā)生重疊，從而使鍵合原子中間形成電子云較密集的區(qū)域，原子軌道重疊越大，兩核間的電子幾率密度越大，形成的共價(jià)鍵就越牢固，分子也越穩(wěn)定。所以成鍵時(shí)成鍵電子的原子軌道要盡可能按照最大重疊方式來(lái)進(jìn)行，這就是最大重疊原理。2020/10/1626共價(jià)鍵形成的條件：（1）兩原子中必須有成單電子且自旋方向相反（形成共價(jià)鍵的兩個(gè)原子軌道的對(duì)稱性必須匹配）；（2）兩原子軌道要發(fā)生最大重疊使體系能量達(dá)到最低狀態(tài)。共價(jià)鍵的特點(diǎn)（1）共價(jià)鍵結(jié)合力的本質(zhì)是電性的。共價(jià)鍵結(jié)合力是兩個(gè)原子核對(duì)共用電子對(duì)形成的負(fù)電區(qū)域的吸引力，共價(jià)鍵結(jié)合力的大小決定于原子軌道重疊的多少和共用電子對(duì)的數(shù)目，共用電子對(duì)越多，結(jié)合力越大。2020/10/1627叁鍵>雙鍵>單鍵（2）形成共價(jià)鍵時(shí)，共用電子對(duì)時(shí)繞著兩個(gè)原子核運(yùn)動(dòng)的，但在兩核間出現(xiàn)的幾率最大。（3）共價(jià)鍵具有飽和性+共價(jià)鍵飽和性HClHOHNN2020/10/1628（4）共價(jià)鍵的方向性2020/10/16291.σ鍵：

原子軌道沿核間聯(lián)線方向進(jìn)行同號(hào)重疊(頭碰頭)。9.2.2共價(jià)鍵的鍵型2020/10/16302.π鍵：

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)。2020/10/16313.配位鍵形成條件：成鍵原子一方有孤對(duì)電子，另一方有空軌道。例：OC2020/10/1632基本要點(diǎn)：成鍵時(shí)能級(jí)相近的價(jià)電子軌道混合雜化，形成新的價(jià)電子軌道——雜化軌道。雜化前后軌道數(shù)目不變。雜化后軌道伸展方向，形狀發(fā)生改變。9.2.3雜化軌道雜化是指在形成分子時(shí)，若干不同類型、能量相近的原子軌道混合起來(lái)重新組成一組新的軌道，即雜化軌道。2020/10/1633根據(jù)價(jià)鍵理論，C原子只有兩個(gè)成單電子，所以與H只能形成兩個(gè)共價(jià)鍵，但是實(shí)際C可以與4個(gè)H結(jié)合，這用原來(lái)的理論無(wú)法解釋。2020/10/1634CH4的空間構(gòu)型為正四面體C：2s22p21.sp3雜化2020/10/1635sp32020/10/1636四個(gè)sp3雜化軌道2020/10/1637sp3雜化軌道是由一個(gè)ns軌道和三個(gè)np軌道組合而成的，每個(gè)sp3雜化軌道都含有1/4s和3/4p的成分，sp3雜化軌道間夾角是10928’，空間構(gòu)型為正四面體。2020/10/1638B：2s22p12.sp2雜化BF3的空間構(gòu)型為平面三角形2020/10/1639sp2sp2雜化2020/10/1640三個(gè)sp2雜化軌道2020/10/1641sp2雜化軌道是由一個(gè)ns軌道和兩個(gè)np軌道組合而成的，每個(gè)sp3雜化軌道都含有1/3s和2/3p的成分，sp2雜化軌道間夾角是120，空間構(gòu)型為平面三角形。2020/10/1642Be：2s23.sp雜化BH2的空間構(gòu)型為直線形HHBespsp雜化Be采用sp雜化生成BeH22020/10/1643兩個(gè)sp雜化軌道2020/10/1644sp雜化軌道是由一個(gè)ns軌道和一個(gè)np軌道組合而成的，每個(gè)sp雜化軌道都含有1/2s和1/2p的成分，sp雜化軌道間夾角是180，空間構(gòu)型為直線型。2020/10/1645BeCl2分子的結(jié)構(gòu)軌道重疊2020/10/16464.不等性sp3雜化2020/10/1647

2020/10/16482020/10/1649小結(jié)：雜化軌道的類型與分子的空間構(gòu)型中心原子Be(ⅡA)B(ⅢA)C,Si(ⅣA)N,P(ⅤA)O,S(ⅥA)Hg(ⅡB)直線形三角形四面體三角錐V型s+ps+(3)ps+(2)ps+(3)p參加雜化的軌道2443雜化軌道數(shù)成鍵軌道夾角分子空間構(gòu)型實(shí)例雜化軌道類型不等性2020/10/1650思考題：解釋CH4，C2H2，CO2的分子構(gòu)型。已知：C2H2，CO2均為直線型；的構(gòu)型為：C=CHHHH2020/10/1651sp2-sp2sp-sp2020/10/16529.2.1分子的極性§9.2

分子的極性、分子間力和氫鍵9.2.3氫鍵9.2.2分子間作用力2020/10/16539.2.1分子的極性共價(jià)鍵按化學(xué)鍵中正、負(fù)電荷中心是否重合分為非極性共價(jià)鍵和極性共價(jià)鍵。非極性共價(jià)鍵：由同種原子形成的共價(jià)鍵，原子雙方吸引電子的能力（電負(fù)性）相同，電子對(duì)在鍵的中央出現(xiàn)的幾率最大，兩個(gè)原子核正負(fù)電荷中心恰好重合。2020/10/1654按分子中正、負(fù)電荷中心是否重合，將共價(jià)分子分為極性分子和非極性分子。分子極性的大小用“偶極矩”表示。極性共價(jià)鍵：由不同原子之間形成的共價(jià)鍵，不同原子吸引電子的能力不同，共用電子對(duì)發(fā)生偏向，電荷分布不對(duì)稱，正負(fù)電荷中心不重合，在鍵的兩端出現(xiàn)電的正極和負(fù)極。鍵的極性大小用“鍵矩”表示。鍵矩是矢量，其方向由正到負(fù)，單位是C·m.2020/10/1655對(duì)于復(fù)雜多原子分子來(lái)說(shuō)，如果組成原子相同，則原子間的化學(xué)鍵一定是非極性共價(jià)鍵，所以多原子分子一定是非極性分子。S8P4O3H2HCl2020/10/1656如果組成原子不相同，分子有無(wú)極性，取決于元素的電負(fù)性和分子的空間構(gòu)型。2020/10/1657分子的偶極矩(μ)：用于定量地表示極性分子的極性大小式中q為極上所帶電量，l為偶極長(zhǎng)度(正負(fù)電荷重心之間的距離）。極性分子μ≠0非極性分子μ=0雙原子分子：多原子分子：異核：HXO3（V字形）同核：2020/10/1658分子的偶極矩與鍵矩的關(guān)系：極性鍵構(gòu)成的雙原子分子：分子偶極矩=鍵矩多原子分子的偶極矩=鍵矩的矢量和，例如：μ(SF6)=0，鍵矩互相抵消，

μ(H2O)≠0，鍵矩未能抵消。2020/10/1659分子的偶極矩μ(×10－30C·m)2020/10/1660永久偶極：由于極性分子的正負(fù)電荷重心不重合，因此在極性分子中始終存在著一個(gè)正極和一個(gè)負(fù)極，極性分子的這種固有的偶極叫永久偶極。瞬間偶極：非極性分子的正負(fù)電荷重心在某一瞬間發(fā)生不重合現(xiàn)象，這時(shí)所產(chǎn)生的偶極叫瞬間偶極。瞬間偶極的大小與分子的變形性有關(guān)，分子越大，變形性越大，瞬間偶極也越大。2020/10/1661誘導(dǎo)偶極：非極性分子在外加電場(chǎng)的影響下，可以變成具有一定偶極的極性分子，而極性分子在外加電場(chǎng)的影響下其偶極增大，這種在外加電場(chǎng)影響下所產(chǎn)生的偶極叫誘導(dǎo)偶極。分子越容易變形，其在外加電場(chǎng)的影響下產(chǎn)生的誘導(dǎo)偶極也越大。2020/10/1662對(duì)雙原子分子，鍵有極性，分子就有極性；鍵無(wú)極性，分子也無(wú)極性。對(duì)多原子分子，若鍵無(wú)極性，則分子亦無(wú)極性；若鍵有極性，則分子可能有極性，也可能沒(méi)有極性。如正、負(fù)電荷中心重合，則無(wú)極性，否則就有極性。根據(jù)分子的幾何構(gòu)型可以判斷分子的極性，反之，也可根據(jù)分子的極性來(lái)判斷分子中原子的排布是否對(duì)稱。2020/10/1663分子間具有吸引作用的根本原因：任何分子都有正、負(fù)電中心；任何分子都有變形的性能。9.2.2分子間的吸引作用分子之間的作用力叫范德華力，它是決定物質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、溶解度等物理化學(xué)性質(zhì)的一個(gè)重要因素。范德華力按其產(chǎn)生的原因和特性分為：取向力、誘導(dǎo)力和色散力。2020/10/1664色散力和相互作用分子的變形性有關(guān)，變形性越大，色散力越大；色散力和分子間的7次方成反比；色散力還和分子的電離勢(shì)有關(guān)。非極性分子的瞬時(shí)偶極之間的相互作用由于瞬時(shí)偶極而產(chǎn)生的分子間相互作用稱為色散作用。1.色散作用(色散力)：一大段時(shí)間內(nèi)的大體情況每一瞬間色散力存在于所有分子之間。2020/10/16652.誘導(dǎo)作用(誘導(dǎo)力)：決定誘導(dǎo)作用強(qiáng)弱的因素：極性分子的偶極矩：

μ愈大，誘導(dǎo)作用愈強(qiáng)。非極性分子的變形性：

變形性愈大，誘導(dǎo)作用愈強(qiáng)。由于誘導(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)+-+-±2020/10/1666極性分子和非極性分子之間、極性分子和極性分子之間都存在誘導(dǎo)力。誘導(dǎo)力的本質(zhì)是靜電引力，誘導(dǎo)力與極性分子的偶極矩的平方成正比。誘導(dǎo)力與與被誘導(dǎo)分子的變形性成正比，中各組成原子的半徑越大，它在外來(lái)靜電力作用下月容易變形，隨距離增大，誘導(dǎo)力迅速遞減。誘導(dǎo)力與溫度無(wú)關(guān)。2020/10/1667兩個(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)，并按異極相鄰狀態(tài)取向，分子進(jìn)一步相互靠近。3.取向作用(取向力)：兩個(gè)永久偶極間存在的同極相斥、異極相吸的定向作用稱為取向作用。分子離得較遠(yuǎn)取向分子靠近2020/10/1668取向力的本質(zhì)是靜電引力，取向力與分子的偶極矩的平方成正比，也就是分子的極性越大，取向力越大。取向力與絕對(duì)溫度成反比，溫度越高，取向力越弱。取向力與分子間距離的7次方成反比，隨分子間距離變大，取向力迅速遞減。取向力發(fā)生在極性分子和極性分子之間。2020/10/1669思考：極性分子之間除了有取向作用以外，還有什么作用？2020/10/1670分子間力是三種吸引力的總稱，其大小一般為幾kJ·mol－1，比化學(xué)鍵小1－2個(gè)數(shù)量級(jí)。分子間的吸引作用(×10－22

J)2020/10/1671分子間力的特點(diǎn)：不同情況下，分子間力的組成不同。例如，非極性分子之間只有色散力；極性分子和非極性分子之間存在色散力和誘導(dǎo)力；極性分子之間有三種力，并以色散力為主。分子間力作用的范圍很小(一般是300－500pm)。分子間作用力較弱，既無(wú)方向性又無(wú)飽和性。2020/10/1672分子量色散作用分子間力沸點(diǎn)熔點(diǎn)水中溶解度HeNeArKrXe小大小大小大小大低高小大決定物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)、氣化熱、熔化熱、蒸氣壓、溶解度及表面張力等物理性質(zhì)的重要因素。分子間力的意義：2020/10/16739.2.3氫鍵2020/10/1674

HFHClHBrHI沸點(diǎn)/0C－85.0－66.7－35.419.9極化率小大色散作用弱強(qiáng)沸點(diǎn)低高HF為何反常的高？原因——存在氫鍵。HF分子中，共用電子對(duì)強(qiáng)烈偏向電負(fù)性大的F原子一側(cè)。在幾乎裸露的H原子核與另一個(gè)HF分子中F原子的某一孤對(duì)電子之間產(chǎn)生的吸引作用稱為氫鍵。2020/10/1675氫鍵可用X─H···Y。X和Y分別代表F、O、N等電負(fù)性大，原子半徑較小的（有孤電子對(duì)）的原子，X和Y可以是兩種相同的元素，如水中的氫鍵O─H···O，HF中的氫鍵F─H···F，也可以是兩種不同元素，如NH4F中的氫鍵N─H···F，CH3CONH2中的N─H···O。如水中的氫鍵2020/10/1676氫鍵的形成條件：分子中有H和電負(fù)性大、半徑小且有孤對(duì)電子的元素(F，O，N)形成氫鍵。氫鍵的特點(diǎn)：①鍵長(zhǎng)特殊：F－HF270pm②鍵能小E(F－H