7化学键与分子结构b省公开课一等奖全国示范课微课金奖PPT课件.pptx

,*,a,b,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,a,b,*,分子轨道,7-2-5,分子轨道理论,(M,olecular orbital theory),关于原子轨道和,分子轨道对称性,异核双原子分子,同核双原子分子,第1页,2,1,分子轨道理论关键点：,分子中每个电子都在整个分子骨架中运动，电子运动状态也可用波函数,来描述，这个,就称为,分子轨道,。,分子轨道由原子轨道,线性组合,而成，,分子轨道数目,等于,组成份子轨道,原子轨道数目之和,。这种组合是,不一样原子,原子轨道线性组合。与轨道杂化不一样,轨道杂化是,同一原子,不一样原子轨道重新组合。,第2页,3,所谓线性组合就是原子轨道经过,线性加加减减,重合组合,形成份子轨道,，因为原子轨道中有,正、负号,之分，所以其组合也有两种情况,:,反键分子轨道：,异号波函数叠加，两核间密度降低，能量升高。,成键分子轨道：,同号波函数叠加，两核间密度增大，能量降低。,比如：,A+BAB,第3页,4,每个分子轨道都有对应图像,.,依据线性组合方式不一样,分子轨道可分为,轨道,和,轨道,.,依据分子轨道能量不一样,能够排列出,分子轨道能级图,.,成键分子轨道能量,原,原子轨道能量,E,原,原子轨道能量,E,*,E,1s,分子轨道是,多中心,而原子轨道只有,一个中心,;,原子轨道用,s,，,p,，,d,，,f,，,表示，,分子轨道用,，,，,，,表示,第4页,5,s,轨道和,s,轨道线性组合,2,个,1s,原子轨道线性组合成,1s,和,*,1s,.,2,个,2s,原子轨道线性组合成,2s,和,*,2s,.,第5页,6,节面,原子轨道与分子轨道,形状,s,轨道和,p,轨道线性组合,一个原子,1s,轨道和另一个原子,p,x,轨道沿着,x,轴方向重合时,线性组合成,sp,和,*,sp,.,第6页,7,原子轨道与分子轨道形状,p,x,A,p,x,A,p,x,B,p,x,B,原子轨道,分子轨道,反键,成键,2,个,p,轨道线性组合有,2,种方式,:“,头碰头”和“肩并肩”,.,(1),“,头碰头”,:,两个原子,p,x,轨道,沿着,x,轴方向以头碰头方重合时，产生一个,p,x,和,*,p,x,。,第7页,8,p,y,A,p,y,B,原子轨道,分子轨道,反键,成键,原子轨道与分子轨道形状,(2)“,肩并肩”,:,与此同时,两原子,p,y,-p,y,轨道,p,z,-,p,z,轨道,分别以肩并肩方式重合,产生,p,和,p,*.,第8页,9,2,成键三标准：,对称性匹配,决定成键效率,决定是成键还是反键,能量相近,最大重合,另外,沿,x,轴方向,p,y,与,d,xy,p,z,与,d,xz,组合成份子轨道,.,第9页,10,只有能量相近原子轨道才能组合成份子轨道,且能量越靠近越好,.,如,:,1s,1s,2s,2s,之间可形成有效分子轨道,而,1s,与,2s,能量相差太大,则不能形成有效分子轨道,.,1.49510,-17,J,0.80110,-18,J,E,相近，,H,1s,和,F,2p,可形成有效分子轨道：,HF,能量相近标准,Li,：,E,1s,=-1.5910,-17,J,E,2s,=-9.5010,-19,J,H,：,E,1s,=-2.17910,-18,J,F,：,E,2p,=-2.9810,-18,J,第10页,11,最大重合标准,原子轨道发生重合时，在可能范围内重合,程度越大，形成化学键越牢靠。,含有方向性,第11页,12,对称性匹配标准,若某一图形,施行某种操作后,图形重合,符号不变,则称该图有某种,对称性,.,所谓对称匹配是指,:,对称性相同原子轨道重合,方可形成有效分子轨道,.,即,s-p,x,，,p,z,-d,xz,.,各自对称性相同,故可分别形成有效分子轨道,.,对称性不一样则不能形成有效分子轨道，称它为,非键分子轨道,。如,p,x,-p,z,不能成键，称这种组合为,非键组合,，形成,非键分子轨道,.,第12页,13,对称性不匹配,成键效应与反键效应相抵消,s p p p,不成键,对称性匹配,成键,p p p p s p,第13页,14,+,+,-,s,p,x,+,+,-,+,-,+,+,-,+,-,成键分子轨道,反键分子轨道,(a)s,-,p,x,轨道重合形成,s-p,分子轨道,*,-,+,-,-,+,-,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,p,x,p,x,p,x,-p,x,p,x,+,p,x,反键分子轨道,成键分子轨道,(b)p,x,-,p,x,轨道重合形成,p,分子轨道,p,p,*,E,E,第14页,15,旋转,x,关于原子轨道和分子轨道对称性,第15页,16,对称：绕,x,轴,旋转,180,，,形状不变，符号改变,。比如：原子轨道,p,z,，,p,y,，,d,xy,，,d,xz,，,d,yz,为,对称。,第16页,17,轨道,填入,与,*,轨道上电子叫,电子，组成键叫,键,；,特点：沿键轴呈园柱形对称。,轨道,填入,和,*,轨道上电子叫,电子，组成键叫,键。,特点：与键轴所在平面呈反对称。,第17页,18,3,分子轨道中，填充电子标准,能量最低原理,泡利不相容原理,洪特规则,从分子轨道理论来看,原子间化学键,形成,就是,电子由原子轨道转入成键分子轨道结果,之所以能形成稳定分子,是因为电子填入成键分子轨道中,使,体系能量大大降低,.,第18页,19,在分子中,成键电子多,体系能量低,分子就稳定,;,反键电子多,体系能量高,不利于分子稳定存在,.,分子轨道没有双键或单键等概念。,键级,=(,成键电子数,-,反键电子数,)/2,键级越高,分子越稳定,.,键级为,0,分子不能稳定存在,.,键级,-H,2,:(2-0)/2=1,稳定存在,He,2,:(2-2)/2=0,不能够稳定存在,第19页,20,(1),同核双原子分子,(,第二周期有,8,个元素,),把分子中各轨道按照能量,低高,排列，可得到,分子轨道能级图,。,O,2,和,F,2,分子,:,成键,2s,和,2p,原子轨道能量相差很大,不用考虑,2s,和,2p,原子轨道相互作用,E,(,2p,),E,(,2p,),.,其它分子双原子分子如,N,2,、,C,2,、,B,2,等,因为其,2s,和,2p,原子轨道能量相差很小,当原子相互靠近时,不但会发生,s-s,重合,和,p-p,重合,还会发生,s-p,重合,以至于改变能级次序,此时,E,(,2p,)2.0 1.5,稳定性,:,O,2,+,O,2,O,2,-,O,2,外层电子排列,2py,*,2pz,*,2py,2pz,2px,2S,*,2S,或,第27页,28,F,2,:F(1s,2,2s,2,2p,5,),F,2,KK(,2S,),2,(,2S,*,),2,(,2p,),2,(,2p,),4,(,2p,*,),4,(,2p,*,),4,填满，与,(,2p,),4,相抵消,总结果只剩,1,个成键轨道,(,2p,),2,键级为,1,组成,一个,键,.,F,F,Ne,2,:Ne(1s,2,2s,2,2p,6,)Ne,2,KK(,2S,),2,(,2S,*,),2,(,2p,),2,(,2p,),4,(,2p,*,),4,(,2p,*,),2,全部成对,键级为,0,故没有,Ne,2,分子存在,.,第28页,29,N,2,、,C,2,、,B,2,、,Be,、,Li,N,、,C,、,B,、,Be,、,Li,2s-2p,轨道,能级差较小,，其,2s-2p,轨道之间,作用不可忽略,，故在原子轨道组成份子轨道时，既要考虑,2s-2s,、,2p-2p,相互组合，而且还必需考虑,2s-2p,组合，结果造成了,E,(,2p,),E,(,2p,),与,O,2,以后元素能级次序不一致,.,只有用这种理论，得到,N,2,能级图才能与电子能谱测定结果一致。,第29页,30,N,2,、,C,2,、,B,2,分子,轨道能级图,E,E,小,可组合,AO,1s,2s,2p,1s,2s,2p,AO,MO,1S,1S,*,2S,*,2S,2pz,*,2py,*,2py,2pz,2p,*,1,.B,2,MO,电子填充,2.,C,2,MO,电子填充,3.,N,2,MO,电子填充,2p,Z,8,第30页,B,2,C,2,N,2,2py,*,2pz,*,2px,2py,2pz,2S,*,2S,第31页,32,N,2,、,C,2,、,B,2,、,Be,2,、,Li,2,MO,轨道式,N,2,:N(1s,2,2s,2,2p,3,),N,2,KK(,2S,),2,(,2S,*,),2,(,2py,),2,(,2pz,),2,(,2p,),2,其中有,8,个成键电子,2,个反键电子,键级为,3,能量降得很低,尤其稳定,.,从分子轨道式看出,N,原子间存在,1,个,键,2,个,键,与路易斯结构式,(:NN:),一致,.,全部电子都成对,故,N,2,分子显示,抗磁性,.,C,2,:C(1s,2,2s,2,2p,2,)C,2,KK(,2S,),2,(,2S,*,),2,(,2py,),2,(,2pz,),2,全部电子都成对，故,C,2,分子显示,抗磁性,.C,2,分子,键级为,2,解离能高,.,第32页,33,B,2,:,B(1s,2,2s,2,2p,1,),B,2,KK(,2S,),2,(,2S,*,),2,(,2py,),1,(,2pz,),1,外层分子轨道中填入,6,个电子,2,个单电子,分别填入,2p,分子轨道,故,B,2,分子含有,顺磁性,.,从分子轨道式看出,B,原子间电子占满了,2S,和,2S,*,轨道,B,2,分子中只,存在,键,不存在,键,.,Be,2,：,Be(1s,2,2s,2,),Be,2,KK,(,2S,),2,(,2S,*,),2,成键与反键相消,键级为,0,不成键,理论判定分子,Be,2,不存在,事实也没有发觉,Be,2,存在,.,Li,2,:,Li(1s,2,2s,1,),Li,2,KK,(,2S,),2,键级为,1,存在,单键,.,第33页,34,B,2,C,2,N,2,O,2,F,2,第34页,35,第二周期同核双原子,MO,能级图,Li,2,Be,2,B,2,C,2,N,2,O,2,F,2,键级,1,0,1,2,3,2,1,键能,(KJmol,-1,),105,-,293,602,942,494,155,键长,(pm),267,-,159,124,110,121,144,磁性,无,-,有,无,无,有,无,第35页,36,CO,分子,轨道能级图,E,E,小,可组合,CO,1S,1S,*,2S,*,2S,2pz,*,2py,*,2py,2pz,2p,*,2p,C,1s,2s,2p,(2),异核双原子分子,1s,2s,2p,O,2,px,2,2,2pz,2,p,2,2,*,s,2,2,s,2,),(,),(,),(,),(,),(,s,s,s,y,KK,CO,成键电子数,8,，,反键电子数,2,，,键级为,3,CO,分子中存在,1,个,s,键和,2,个,键,.,第36页,37,CO,是异核双原子分子，其分子轨道图与,N,2,分子轨道能级图相同,，仅能量略有差异，它们分子中,都有,14,个电子,，都占据,一样分子轨道,，这么两种分子称为,等电子体,。,第37页,38,成键电子数,8,，反键电子数,3,，键级为,2.5,分子稳定性高。,NO,失去一个电子变成,NO,+,，键级变为,3,，分子更稳定。,NO,分子中有,1,个单电子，分子有顺磁性，,NO,+,分子中没单电子，分子含有抗磁性。,2,*,s,2,2,s,2,2,2pz,),(,),(,),(,2,px,2,),(,s,s,s,2,p,2,),(,y,KK,NO,1,p,2,),*,(,y,NO,分子能级图与,O,2,分子靠近，分子轨道式：,第38页,39,HF,分子,电子构型：,HX,分子中,H,1s,轨道和,X,np,x,轨道也能够线性组合一个,s,成键,分子轨道和,s,*,反键分子轨道,.,X,原子其它轨道均为非键轨道,(,包含,1s,2s,2p,y,2p,z,).,*,E,=-1.26,第39页,40,第40页,41,分子轨道理论与价键理论比较,(1),价键理论,:,原子轨道重合,分子轨道理论,:,把分子看做一个整体,参加成键电子不再隶属于某一个原子而是在整个分子势场中运动,.,+,(a),VB,MO,(b),价键理论,分子轨道理论,第41页,42,(2),不论是价键理论还是分子轨道理论，实现有效成键都必须满足,:,能量相近标准、最大重合标准、对称性匹配标准,(3),价键理论,:,分子结构与分子几何形状之间关系,.,其图形清楚地表示出原子中哪些轨道参加成键,可惜不能表示出轨道相对能级,.,分子轨道理论,:,预言某一特定化学键能否形成,比如,:,不可能存在,Be,2,.,第42页,43,7-3,金属键理论,7-3-1,改性共价键理论,7-3-2,能带理论,第43页,44,7-3-1,金属键改性共价键理论,(,自由电子理论,):,金属晶体,:,金属原子和离子,紧密堆积,.,因为晶体中金属原子在不停地变成离子,而金属离子又不停地变成原子,所以,任何时候都有足够数量自由电子成为整个金属共用电子,这些共用自由电子也叫,自由电子气,.,金属原子 金属离子,失电子,得电子,第44页,45,这种自由电子将金属原子和离子胶粘在一起,形成少电子多中心键,叫做,金属键,.,改性共价键,:,多个原子共用一些能够流动自由电子,.,金属键形象说法,:,失去电子金属离子浸在自由电子海洋中,.,第45页,46,金属键,无饱和性和方向性，无固定键能,，金属键强弱和自由电子多少相关，也和离子半径、电子层结构等其它许多原因相关，很复杂。,金属键强弱能够用,金属原子化热,等来衡量,.,金属原子化热是指,1 mol,金属变成气态原子所需要,能,量,.金属原子化热数值小时,其熔点低,质地软,;,反之则熔点高,硬度大.,第46页,47,金属键“自由电子”理论通俗易懂，能定性地说明金属许多性质，比如,导热性,，,延展性,等。不过它难以定量，对于,金属导电效应,，,导体,、,绝缘体、半导体,区分以及,一些金属导电性,等,不能解释,，比如,金属,Sb,，不一样于普通金属，而是随温度升高而导电性增大，含有,半导体,和,导体,性能。所以，伴随量子力学发展，又建立了,金属能带理论,。,第47页,48,在金属晶格中原子十分靠近，这些原子价层轨道能够线性组合成许多分子轨道。,n,个原子轨道可组合成,n,个分子轨道，其中有,n/2,个,成键分子轨道,，,n/2,个,反键分子轨道,。这些,分子轨道集合,称为,能带,。,7-3-2,金属键能带理论,(,分子轨道理论,),基本关键点：,第48页,49,图,Li,金属晶格分子轨道图,第49页,50,能带中各,分子轨道间,能量差很小,，电子能够轻易地从一个分子轨道进入另一个分子轨道，所以，把,能带,中,能量差很小轨道,看作是一个,连续能谱,。,按照组成能带,原子轨道和电子,在能带中,分布不一样,，将分为,满带,、,导带,和,禁带,等。,金属中相邻能带有时能够重合。,第50页,51,满带,:,充满电子低能量能带,。,如：金属锂,Li(1s,2,2s,1,),1s,能带。,导带,:,未充满电子能带,。有空分子轨道。参加组合原子轨道如未充满电子，则形成能带也是未充满,(,如,Li:1s,1,).,导带中电子是自由电子，能导电。,禁带,:,相邻能带之间空隙，又叫,带隙,。带隙是电子禁区，所以叫做,禁带,。禁带实际上是,满带顶,到,导带底,之间能量差大于,5eV,区间。,第51页,52,Li,晶体,中,，,n,个,2s,轨道组成,n,条分子轨道,.,这,n,条分子轨道之间能量差小,电子跃迁所需能量小,.,这些能量相近能级组成,能带,.能带,能量范围很宽,有时可达数百,kJ,mol,-1,.,.,1,2,.n,Li:2s,n,个分子轨道,2s,能带,第52页,53,Li:,1,s,2,2s,1,2p,0,满带,-,1,s,2,轨道充满电子,故组成能带充满电子,.,导带,-,2,s,1,轨道电子半满,组成能带电子也,半,满,.,空带,-,2,p,0,能带中无电子,.,n,个,2p,n,个,2s,n,个,1s,禁带,禁带,-,从满带顶到导带底(或空带底)能量间隔,.,满带,导带,空带,第53页,54,相邻近能带,有时能够重合,即,能量范围有交叉,.,如,Be,2,s,能带,和,2,p,能带,能够部分,重合,经过重合电子能够跃迁到 2,p,空带,中去.,能带重合,n,个,2p,n,个,2s,2,s,满带,2,p,空带,能带重合,第54页,55,空带,金刚石,Si,Ge,金属物理性质,:,导电性：固体能带结构,Li,Na,满带和空带,部分重合,导带,Be,Mg,第55页,56,其它物理性质,金属光泽,电子在能带中跃迁，能量改变覆盖范围相当广泛。放出各种波长光，故大多数金属呈,银白色,。,延展性,受外力时，金属能带不被破坏。,熔点和硬度,普通说金属,单电子多,时,金属键强,熔点高,硬度大,.,如,W,和,Re,m.p.,达,3500 K;K,和,Na,单电子少,金属键弱,熔点低,硬度小.,第56页,57,金属能带理论属于分子轨道理论类型。,金属能带理论中，,成键实质,是，电,子填充在低能量能级中,，使,晶体能量,低于,金属原子,单独存在时能量,。,n,个,1s,第57页,58,7-3-3,金属晶体密堆积结构,金属晶体中离子是以,紧密堆积,形式存在,.,金属晶体,在金属中由,金属阳离子,与,电子,之间相互作用而成晶体。晶格结点间,作用力,是,金属键,。,第58页,59,图 金属晶格示意图,金属三种密堆积方式,第59页,60,第一层,:,在一个层中,最紧密堆积方式,是一个球与周围,6,个球相切,在中心周围形成,6,个凹位,.,下面用,等径刚性球模型,来讨论堆积方式。,1,2,3,4,5,6,第60页,61,1,2,3,4,5,6,第二层,对第一层来讲最紧密堆积方式是将球对准,1,，,3,，,5,位,(,或,2,，,4,，,6,位,),1,2,3,4,5,6,A,B,关键是第三层，对第一、二层来说，第三层能够有两种最紧密堆积方式。,第61页,下列图是此种六方,紧密堆积前视图,A,B,A,B,A,第一个,是将球对准第一层球。,1,2,3,4,5,6,于是每两层形成一个周期，即,AB AB,堆积方式，形成,六方紧密堆积,。,配位数 12(同层 6,，,上下层各 3,),第62页,第三层,另一个,排列方式,，,是将球对准第一层,2,，,4,，,6 位,，,不一样于,AB,两层位置,，,这是,C,层。,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,第63页,1,2,3,4,5,6,面心立方紧密堆积前视图,A,B,C,A,A,B,C,第四层再排,A,，,于是形成,ABC ABC,三层一个周期。得到,面心立方堆积,。,配位数 12,(同层 6,，,上下层各 3,),第64页,B,C,A,ABC ABC,形式堆积,为何是面心立方堆积,?,第65页,金属钾,K,体心立方堆积,体心立方堆积,:,立方体,8,个顶点上球互不相切,但均与体心位置上球相切,.,配位数,8,空间利用率为,68.02%.,这两种堆积都是最紧密堆积,空间利用率为74.05%.,六方紧密堆积,IIIB,，,IVB,面心立方紧密堆积,IB,，,Ni,，,Pd,，,Pt,体心立方堆积,IA,，,VB,，,VIB,金属,堆积方式,第66页,注意：,同一金属元素能够有两种或两种以上晶体构型；,金属晶体没有单独存在分子，化学式为其元素符号。,第67页,68,分子晶体,原子晶体,7-4,分子间作用力,第68页,69,分子晶体,凡靠,分子间作用力,(,有时还可能有,氢键,),结合而成晶体统称为分子晶体,.,分子晶体中晶格结点上排列是分子,(,包含稀有气体那样单原子分子,).,干冰,第69页,70,在,CO,2,分子内,原子之间以,共价键,结合成,CO,2,分子，然后以整个分子为单位，占据晶格结点位置。不一样分子晶体，分子排列方式可能有所不一样，但,分子之间,都是以,分子间力,相结合。因为分子间力比离子键、共价键要弱得多，所以分子晶体物质普通,熔点低、硬度小、易挥发,。,第70页,71,原子晶体,原子间,经过,共价键,形成晶体,.,晶格结点,上占据是,原子,.,如,:,C,、,Si,、,Ge.,化合物,:,SiC,、,BN,、,B,4,C,、,SiO,2,(,半径小、性质相同,),特点：共价键强度大,化学性质稳定,大分子、熔、沸点高、硬度大、,热胀系数小、一些原子晶体不导电,.,如,:,金刚石,硬度,10,熔点,3849K;BN,SiC,第71页,72,7-4-1,分子极性量度,偶极矩,分子极性：,分子是否有极性,关键要看,分子中正、负电荷重心是否重合,.,分子没有极性，非极性分子,正、负电荷重心不重合者,分子有极性，极性分子,正、负电荷重心重合者,第72页,73,第73页,74,双原子分子,:,键有极性、分子就有极性,(,键极性与分子极性一致,而且键极性越强、分子极性也越强,).,HF HCl HBr HI,多原子分子：极性键多原子分子不一定是极性分子，还与分子空间构型相关系,如：,CH,4,CCl,4,无极性,CHCl,3,H,2,O,有极性,第74页,75,极性分子,中,正、负电荷重心,分别形成了,正、负两极,又称,偶极,.,偶极间距离,d,叫做,偶极长度,.,偶极长度,d,与正极,(,或负极,),上电量,(,q,),乘积叫做分子,偶极矩,(,),.,=,q,d,单位,(,德拜,D),偶极矩是一个矢量,其方向是从正极到负极,.,因为,q,=1.6,10,-19,C,两个中心距离和分子直径有相同数量级,即,10,-10,m,故,数量级为,10,-30,Cm.,分子偶极矩测定,可得到分子结构参考资料,.,CO,2,:C-O,键有极性,但分子无极性,-,直线型,分子,BF,3,为,平面,结构,而,NH,3,为,三角锥,结构,第75页,76,分子偶极矩,(10,30,Cm),D,3.3310,-30,Cm,分子式,偶极矩,分子式,偶极矩,H,2,N,2,CO,2,CS,2,CH,4,CO,CHCl,3,H,2,S,0,0,0,0,0,0.40,3.50,3.67,SO,2,H,2,O,NH,3,HCN,HF,HCl,HBr,HI,5.33,6.17,4.90,9.85,6.37,3.57,2.67,1.40,第76页,77,1,色散力,非极性分子,中即使从一段时间里测得,偶极矩值为零,但因为每个分子中,电子运动,和,原子核振动,在某一瞬间,正、负电荷重心不可能完全重合,总会有一个偶极存在,这种偶极叫做,瞬时偶极,.,靠近两分子间因为同极相斥、异极相吸,瞬时偶极间总是处于,异极相邻,状态,.,瞬时偶极间产生分子间力,叫做,色散力,.,7-4-2,分子间力本质和类型,第77页,78,非极性分子瞬时偶极之间相互作用,由瞬时偶极而产生分子间相互作用,一大段时间内平均情况,某一瞬间,第78页,79,即使,瞬时偶极,存在时间,极短,但偶极,异极相邻,状态总是不停地重复着,所以,任何分子,(,不论极性是否,),相互靠近,时,都存在着,色散力,.,同族元素,单质及其化合物,随分子量增加,分子体积越大,变形性越大,瞬时偶极矩,也越大,色散力越大,.,第79页,80,2,诱导力,当,极性分子,和,非极性分子,靠近时,首先两个分子都有各自,瞬时偶极,显然是存在着色散力,.,另外,非极性分子,受,极性分子电场,作用,原来重合正、负电荷重心分离开来产生,诱导偶极,.,诱导偶极与极性分子固有偶极间作用力叫,诱导力,.,另首先,诱导偶极又反作用于极性分子,使其偶极长度增加,深入加强了相互吸引力,.,第80页,81,决定诱导作用强弱原因：,极性分子偶极矩：,愈大，诱导作用愈强。,非极性分子极化率：,愈大，诱导作用愈强。,极性分子,和,非极性分子,固有偶极,和,诱导偶极,而产生分子间静电引力。,分子离得较远,分子靠近时,第81页,82,3,取向力,当,极性分子间,相互靠近时,它们,固有偶极,间,静电引力,相互作用,两个分子在空间按照,异极相邻,状态取向,.,因为固有偶极取向而引发分子间力,叫做,取向力,.,极性分子离得较远,取向,诱导,第82页,83,分子极性,色散力,诱导力,取向力,非,-,非,非,-,极,极,-,极,分子间力是三种吸引力总称,是一个,近程力,其大小普通为几,几十,kJmol,1,比化学键小,12,个数量级,.,第83页,84,分子间吸引作用,(10,22,J),分子,取向力,诱导力,色散力,总和,He,Ar,Xe,CO,CCl,4,HCl,HBr,HI,H,2,O,NH,3,0,0,0,0.00021,0,1.2,0.39,0.021,11.9,5.2,0,0,0,0.0037,0,0.36,0.28,0.10,0.65,0.63,0.05,2.9,18,4.6,116,7.8,15,33,2.6,5.6,0.05,2.9,18,4.6,116,9.4,16,33,15,11,第84页,85,分子间力小结：,不一样情况下，分子间力组成不一样。,比如，,非极性分子之间,只有色散力,；,极性分子之间有三种力,，并,以色散力为主,，仅仅极性很大 分子例外,如,:H,2,O.,分子间力作用范围很小,(,普通,35pm).,分子间作用力较弱,既,无方向性,又,无饱和性,.,第85页,86,分子量,色散作用,分子间力,沸点熔点,水中溶解度,He,Ne,Ar,Kr,Xe,小,大,小,大,小,大,小,大,低,高,小,大,决定物质熔、沸点、气化热、熔化热、蒸气压、溶解度及表面张力等物理性质主要原因。,分子间力意义：,极化率,第86页,87,第87页,88,7-4-3,分子间力 次级键和氢键,分子间相互作用称为分子间力,又称,范德华力,.,反应在分子结构上，当,原子间,距离,小于,或,靠近,他们,对应半径之和,形成是,化学键,.,介于,化学键,和,分子间力,相互作用称为,次级键,.,特点：,键能比化学键小,12,个数量级,近程作用力，范围几个,pm,第88页,89,第89页,90,HF HCl HBr HI,沸点,/,85.0,66.7,35.4,19.9,极化率 小 大,色散作用 弱 强,沸点 低 高,HF,为何反常高？,原因,存在,氢键,HF,分子中，,共用电子对,强烈,偏向,电负性大,F,原子一侧。几乎裸露,H,原子核,与,另一个,HF,分子中,F,原子某一孤对电子之间,产生吸引作用称为,氢键,。,第90页,91,氢键形成条件：,极,性,X-H,键作为氢键给予体,X,原子电负性要大,使得氢原子带部分正电荷,.,分子中有,电负性大、半径小,且有,孤对电子,元素,(F,O,N,等,),作为氢键接收体,.,键长特殊,：,F,H F 255 pm,键能小,E,(F,H F)28.0 kJmol,-1,含有,饱和性,和,方向性,氢键特点：,第91页,92,氢键方向性,是指,Y,原子与,X,H,形成氢键时,将尽可能使氢键与,X,H,键轴在,同一方向,即,X,H,Y,三个原子在,同一直线,.,氢键饱和性,是指每一个,X,H,只能与一个,Y,原子形成氢键,.,F,F(O,、,N),H,F,H,d,l,当代结构研究证实,大部分物质氢键中,角并不是,180,第92页,93,一个氧原子和多个,CH,键形成多个氢键。,弱氢键,第93页,94,除了,HF,、,H,2,O,、,NH,3,有,分子间氢键,外,在,有机羧酸,、,醇,、,酚,、,胺,、,氨基酸,和,蛋白质,中也有氢键存在,.,比如,:,甲酸靠氢键形成,二聚体,.,H,C,O,O,H,H,O,O,H,C,除了,分子间氢键,外,还有,分子内氢键,.,比如,:,硝酸分子内氢键使其熔、沸点较低,.,HNO,3,第94页,95,第95页,96,氢键强弱次序：,ClH,Cl,NH,N,FH,F,OH,O,CH,X,强,弱,其它弱氢键还包含,CH,O,、,CH,N,、,CH,、,OH,M,、,MH,O,等,第96页,97,3,氢键对物质性质影响,氢键,通常,是物质在,液态,时形成,但形成后有时也能继续存在于一些,晶态,甚至,气态物质,中,.,分子间氢键,存在,化合物,熔、沸点显著升高,;,在极性溶剂中,假如溶质分子与溶剂分子之间形成氢键,则溶质,溶解度,增大,;,液体分子间有氢键液体,普通粘度较大,有可能发生,缔合现象,(,影响液体,密度,).,分子内氢键,形成使其,熔、沸点降低,.,第97页,98,水分子之间有缔合现象,:,常温下液态水除了简单,H,2,O,分子外,还有,(H,2,O),2,(H,2,O),3,(H,2,O),n,等缔合分子存在,.,升高温度,有利于缔合分子解离,;,降低温度,有利于水分子缔合,.,温度降至,0,全部水分子结成巨大缔合物,-,冰,.,液态水凝固为固态冰,是水分子高度缔合结果,但为何密度反而变小呢,?,第98页,99,冰结构示意图,经过对冰内部结构研究发觉,原来水分子在冰中排列,虽有规则但不紧密,水分子之间空隙较多,所以它密度反而比水小些,.,第99页,100,End,第100页,101,未极化负离子,极化负离子,7-4-4,离子极化,ionic polarization,1,、离子极化和变形性,离子和分子一样，本身电场作用，将使周围其它离子正、负电荷中心不重合，产生诱导偶极，这种过程称为,离子极化,。,第101页,102,阳离子,带正电荷，普通离子半径小，,对相邻阴离子会起诱导作用,。故,阳离子主要作用是去极化周围阴离子,。,第102页,103,被,异号离子极化,而发生离子电子云变形性能称为该,离子变形性,或,可极化性,。,不论阳离子或者阴离子都有极化作用和变形性,两个方面，不过阳离子半径普通比阴离子半径小，电场强，所以,阳离子极化作用大,，而,阴离子变形性大,。,离子极化率,(,),：是离子变形程度一个量度。离子中电子被核吸引程度愈弱，则,离子极化率愈大，变形性也愈大,。,分别讨论阳离子、阴离子极化作用和变形性规律：,第103页,104,阳离子,阳离子,正电荷数越大,，,半径越小,，,极化能力大,。,Al,3+,Mg,2+,Na,+,，,Na,+,K,+,，,Mg,2+,Ca,2+,核外电子构型相同,离子，,正电荷越高,阳离子,变形性,(,极化率,),越小,。,Ne Na,+,Mg,2+,Al,3+,Si,4+,离子外层电子构型：,离子极化作用,：,(18+2)e,-,18e,-,9,17e,-,8e,-,第104页,105,当正、负离子混合在一起时，着重考虑,正离子极化作用，负离子极化率,，不过,18e,-,构型正离子,(Ag,+,Cd,2+,等,),也要考虑其,变形性,。,对于最,外层,电子,结构相同,离子，,电子层数越多，半径越大,，,变形性越大,，如：,Li,+,Na,+,K,+,Rb,+,Cs,+,第105页,106,阴离子,离子半径：,r,愈大，,变形性愈大，,愈大。如,：,普通负离子极化率大于正离子变形性。,离子电荷：负离子电荷多,变形性大,。,如：,S,2,Cl,复杂阴离子变形性不大，中心离子氧化数越高，变形性越小。其变形性大小次序为：,第106页,107,结论：,最易变形,离子是,体积大阴离子,和,18,或,18+2,电子构型,以及,不规则电子层少电荷阳离子,，如,Ag,+,、,Pb,2+,、,Hg,2+,等。,最不轻易变形,离子是,半径小电荷高稀有气体型阳离子,，如,Be,2+,、,Al,3+,、,Si,4+,等。,第107页,108,2,离子,相互极化作用,通常阴离子极化作用不显著，阳离子变形性较小，考虑离子间相互作用时，,普通只考虑阳离子对阴离子极化作用,。,不过当,阳离子也轻易变形,时，则变了形阴离子也能引发阳离子变形。阳离子变形后产生诱导偶极，反过来又加强了对阴离子极化能力。其相互极化作用又称为,附加极化作用,。,第108页,109,其,相互极化作用普通规律,：,18,或,18+2,电子构型阳离子轻易变形,，轻易引发相互附加极化作用；,同主族，自上而下,，,18,电子构型离子,附加极化作用,递增,，加强了这种离子对阴离子总极化作用；,18,或,18+2,电子构型,阳离子化合物,中，,阴离子变形性越大,，附加极化作用越强。,总之，,阳离子,所含,d,电子数越多,，,电子层数越多,，这种附加极化作用普通也,越大,。,第109页,110,3.,离子极化结果,键型过渡,(,离子键向共价键过渡,),Ag,+,I,r,/pm,126+216(=342),R,0,/pm 299,如：,AgF AgCl AgBr AgI,核间距缩短。,离子键,共价键,第110页,111,晶型改变,AgF AgCl AgBr AgI,r,+,/,r,-,0.85,0.695 0.63 0.58,理论上晶型,CsCl NaCl NaCl NaCl,实际上晶型,NaCl NaCl NaCl ZnS,配位数,6 6 6 4,性质改变,比如；,溶解度,AgCl AgBr AgI,颜色加深,NaCl,易溶于水，,CuCl,难溶于水。,离子极化作用使离子键向共价键过渡，,S,卤化铜,半径比都大于,0.414,，应属于,NaCl,型，因为离子极化作用，,实际为,ZnS,型,第111页,112,比如，在,BeCl,2,，,MgCl,2,，,CaCl,2,等化合物中，,Be,2,离子半径最小，又是,2,电子构型，所以,Be,2+,有很大极化能力，使,Cl,发生比较显著变形，,Be,2,和,Cl,之间键有,较显著共价性,。所以,BeCl,2,含有较低熔、沸点。,BeCl,2,、,MgCl,2,、,CaCl,2,熔点依次为,410,、,714,、,782,。,熔点和沸点降低,为何,Na,2,S,易溶于水，,ZnS,难溶于水？,第112页,113,+,+,n,+,n,-,n,+,n,-,离子键,共价键,过渡型,解释碱土金属氯化物熔点改变规律：,熔点,/,405 714 782 876 962,BeCl,2,MgCl,2,CaCl,2,SrCl,2,BaCl,2,离子性增强,第113页,114,作业：,9,、,12,、,16,、,19,、,22,、,23,二元化合物热稳定性,因为相互极化作用存在，加热时将发生化合物分解，相互极化作用越大，分解温度就越低，如,CuX,2,：,2CuX,2,=2CuX+X,2,第114页,115,第115页,116,分子极化率,(10,40,Cm,2,V,1,),分子式,极化率,分子式,极化率,He,Ne,Ar,Kr,Xe,H,2,O,2,N,2,Cl,2,Br,2,0.227,0.437,1.81,2.73,4.45,0.892,1.74,1.93,5.01,7.15,HCl,HBr,HI,H,2,O,H,2,S,CO,CO,2,NH,3,CH,4,C,2,H,6,2.85,3.86,5.78,1.61,4.05,2.14,2.87,2.39,3.00,4.81,第116页,117,第117页,118,A,B,A,A,B,C,A,ATOMIC PACKING,第118页,119,Packing mode 1,(ABCABC),第119页,120,键级,1,0,1,2,3,2,1,键能,(KJmol,-1,),105,-,293,602,942,494,155,键长,(pm),267,-,159,124,110,121,144,磁性,无,-,有,无,无,有,无,第120页,121,O,2,与,F,2,MO,轨道式,O,2,:O(1s,2,2s,2,2p,4,)O,2,KK(,2S,),2,(,2S,*,),2,(,2px,),2,(,2py,),2,(,2pz,),2,(,2py,*,),1,(,2pz,*,),1,KK,表示,K,层全充满,，成键轨道与