大学化学-第七章-化学键与分子结构

第7章化学键与分子结构ChemicalBondandMolecularStructureChapter7ChemicalBondandMolecularStructure第七章化学键与分子结构7.认识分子间作用力和氢键的本质，会解释其对物质性质的影响。2.掌握离子键的形成及其特点；3.掌握离子的特征；4.掌握价键理论的内容；会用价键理论解释共价键的特征，会用价电子对互斥理论和杂化轨道理论解释简单的分子结构；5.初步认识分子轨道，掌握第二周期元素的分子轨道特点；6.理解金属键理论，特别是能带理论，会用能带理论解释固体分类；本章教学要求1.认识化学键的本质；7.1化学键的定义7.2离子键理论7.3共价键理论7.4金属键理论7.5分子间作用力和氢键第七章化学键与分子结构7.1化学键的定义1.什么是化学键2Na(s)+Cl2(g)2NaCl(s)颜色状态导电性通电下银灰色黄绿色白色固体气体晶体极强极弱极弱，熔融导电第七章化学键与分子结构第一节化学键的定义PaulingL在《TheNatureofTheChemicalBond》中提出了用得最广泛的化学键定义：如果两个原子（或原子团）之间的作用力强得足以形成足够稳定的、可被化学家看作独立分子物种的聚集体，它们之间就存在化学键。简单地说，化学键是指分子内部原子之间的强相互作用力。不同的外在性质反映了不同的内部结构各自内部的结合力不同第七章化学键与分子结构第一节化学键的定义7.2.1离子键及其特点7.2离子键理论（1）离子键的形成形成化学键-450kJ·mol-1第七章化学键与分子结构第二节离子键理论V0V0r0rrr0，当r减小时，正负离子靠静电相互吸引，势能V减小，体系趋于稳定。r=r0，V有极小值，此时体系最稳定，形成离子键。rr0，当r减小时，V急剧上升。因为Na+和Cl－彼此再接近时，电子云之间的斥力急剧增加，导致势能骤然上升。第七章化学键与分子结构第二节离子键理论离子键形成的条件：原子间的电负性差值＞2.0离子键：由原子间发生电子的转移，形成正负离子，并通过静电引力作用而形成的化学键。第七章化学键与分子结构第二节离子键理论（2）离子键的特点●本质是静电引力（库仑引力）●没有方向性和饱和性（库仑引力的性质所决定）●键的离子性与元素的电负性有关NaClCsCl第二节离子键理论第七章化学键与分子结构也可用Hannay&Smyth公式来计算键的离子性。离子性=[16(△x)+3.5(△x)2]×100%xA-xB离子性百分率(%)0.20.40.60.81.01.21.41.71.82.02.22.42.62.83.03.201040915223039505563707682868992离子键中键的极性元素电负性的关系离子键中键的离子性与元素电负性的关系XA-XB﹥1.70单键具有50%以上的离子性即形成离子化合物，否则，XA-XB﹤1.70则形成共价化合物.第七章化学键与分子结构第二节离子键理论7.2.2离子的特征离子键的强度正、负离子的性质离子化合物的性质取决于取决于1.离子电荷(charge)◆正离子通常只由金属原子形成，其电荷等于原子失去电子数目。◆负离子通常只由非金属原子组成，其电荷等于原子获得电子的数目；出现在离子晶体中的负离子还可是多原子离子。第二节离子键理论第七章化学键与分子结构2.离子半径离子半径概念将离子晶体中的离子看成是相切的球体，正负离子的核间距d是r+和r－之和。dr+r-d值可由晶体的X射线衍射实验测定得到，例如MgOd=210pm。1926年，哥德希密特(Goldschmidt)用光学方法测得F－和O2-的半径，分别为133pm和132pm。结合X射线衍射所得的d值，得到一系列离子半径－哥德希密特半径。第七章化学键与分子结构第二节离子键理论1927年，Pauling把最外层电子到核的距离，定义为离子半径。并利用有效核电荷等数据，求出一套离子半径数值，被称为Pauling半径。一般采用Pauling半径第二节离子键理论第七章化学键与分子结构离子半径的变化规律a)同主族从上到下，具有相同电荷数的离子半径增加。Li+Na+K+Rb+Cs+；F－Cl－Br－I－b)同周期的主族元素，从左至右正离子的半径随电荷数的升高而减小，而负离子的半径增大。Na+Mg2+Al3+K+Ca2+Cl-＜S2-＜P3-c)同一元素，不同价态的正离子，电荷高的半径小。如Ti4+Ti3+；Fe3+Fe2+d)同一元素的正离子半径＜原子半径＜负离子半径第七章化学键与分子结构第二节离子键理论3、离子的电子层结构（1）基态离子的电子排布26Fe[Ar]3d64s2Fe2+Fe3+[Ar]3d44s2×[Ar]3d64s0[Ar]3d34s2×[Ar]3d54s0Cu2+[Ar]3d94s0Pb2+1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s26p0[Xe]4f145d106s26p0第二节离子键理论第七章化学键与分子结构（2）离子的电子构型－－主要是针对正离子①2e-构型——最外层有2个e-的离子Li+Be2+、H-.②8e-构型——最外层有8个e-的离子IAM+、IIAM2+F-、Cl-、Br-、I-、O2-、N3-、S2-第七章化学键与分子结构第二节离子键理论③18e-构型—最外层有18个电子的离子.Cu+、Ag+、Au+Zn2+、Cd2+、Hg2+④(18+2)e-构型------最外层2个电子、次外层18个电子的离子Pb2+、Sn2+、Bi3+、Tl+etc⑤(9—17)e-不规则构型Ti3+、V3+、Cr2+、Cr3+Mn2+、Fe3+、Fe2+、Co3+Co2+、Ni2+、Cu2+第二节离子键理论第七章化学键与分子结构离子的电子构型不同，Na+，K+Ag+，Cu+因而它们的化合物的性质有差别，对应的化合物性质不同——8e-构型，——18e-构型，AgCl、CuCl均为白色沉淀，难溶于水NaCl、KCl易溶于水IA、IB元素的最外层均有1个电子，均可形成+1氧化数的离子，如Na+，K+，Ag+，Cu+，但它们的电子构型不同。第二节离子键理论第七章化学键与分子结构注：7.2.3晶格能一、含义在pθ、指定温度下，由气态正离子和负离子结合形成1mol离子晶体所释放出的能量。晶格能常用U表示，单位是KJ/mol。晶格能为负值，但通常取其绝对值，教材中所给数据也为绝对值。第七章化学键与分子结构第三节晶格能()()()MgXgMXs------Born-Haber循环法----Hess定律的应用Na(s)+1/2Cl2(g)NaCl(s)Na(g)+1/2Cl2(g)Na(g)+Cl(g)Na+(g)+Cl(g)Na+(g)+Cl-(g)△rHmθ＝△fHmθ(NaCl)△rH1＝S(升华热)△rH2＝1/2D(离解能)△rH3＝I(电离能)△rH4＝－E(亲和能)△rH5＝－U(晶格能)第七章化学键与分子结构二、晶格能的计算第三节晶格能△rHmθ＝△fHmθ(NaCl)＝△rH1＋△rH2＋△rH3＋△rH4＋△rH5＝S+1/2D+I+(-E)+(-U)S=109KJ/mol；D=242KJ/mol；I=496KJ/mol；E=349KJ/mol；△fHmθ(NaCl)=-411KJ/mol将数据代入得：U=788KJ/mol第七章化学键与分子结构第三节晶格能晶格能对离子晶体物理性质的影响对同一类型的晶体，离子电荷数越大，半径越小，晶格能越大，离子键越牢固，晶体的熔沸点越高。第七章化学键与分子结构第三节晶格能