《无机化学》第7章化学键理论与分子结构.ppt

化学键理论和分子化学键理论和分子结构结构第第7章章原子间的结合方式及结合力（化学键）原子间的结合方式及结合力（化学键）化化 学学 键键:分子或晶体中相邻两原子分子或晶体中相邻两原子或离子间的强烈作用力。或离子间的强烈作用力。物质的性质物质的性质分子的结构分子的结构分子的性质分子的性质分子间的结合方式及结合力（分子间力）分子间的结合方式及结合力（分子间力）正负离子间靠静电作用形成的化学键正负离子间靠静电作用形成的化学键化学键化学键（chemical bond)金属键金属键(metallic bond)共价键共价键（covalent bond)离子键离子键(ionic bond)原子间通过共用电子对形成的化学键原子间通过共用电子对形成的化学键 通过自由电子将金属原子和金属离子通过自由电子将金属原子和金属离子联系在联系在 一起的作用力。一起的作用力。化学键理论化学键理论离子键离子键:Na+Cl-,Ca2+O2-共价健共价健:H-H,H-Cl,N N,H3C-CH3,H2C=CH2,HC CH 金属键金属键:Na,Mg,Al,K,Ca,Fe,Cu 原子原子 化学键化学键 分子分子 晶体类型晶体类型 2 H 共价键共价键 分子间力分子间力 H2O(l)H2O(s)分子晶体分子晶体 O Na Na+离子键离子键 Na+Cl-(s)离子晶体离子晶体 Cl Cl-共价键共价键 C C(金刚石金刚石)原子晶体原子晶体 金属键金属键 Na Na(s)金属晶金属晶体体各物质结构层次各物质结构层次与与化学键化学键和和分子间力分子间力的关系的关系第一节第一节共价键理论共价键理论 化学键化学键离子键离子键 共价键共价键 金属键金属键经典共价理论经典共价理论 现代共价理论现代共价理论（Lewis)现代现代价键理论价键理论 分子轨道理论分子轨道理论（VB法法）（MO法）法）杂化轨道理论（杂化轨道理论（HO法）法）VB法的法的补充补充Lewis经典的共价键理论：经典的共价键理论：1.共价键是由成键原子双方各提供电子共价键是由成键原子双方各提供电子组成共用电子对所形成的。组成共用电子对所形成的。2.成键后成键后,提供电子的原子一般都达到提供电子的原子一般都达到稀有气体原子的电子层结构，外围稀有气体原子的电子层结构，外围电电子数子数=2或或8。Lewis的的经典共价理论：经典共价理论：成功：成功：初步揭示共价键与离子键的区别。初步揭示共价键与离子键的区别。H+Cl:H:Cl:(H-Cl):N+N:N N:(N N)不足：不足：无法解释电子配对成键原因。无法解释电子配对成键原因。无法说明一些共价分子的中心原子最外无法说明一些共价分子的中心原子最外电子数电子数8(BF3)或或 8(PCl5)仍相当稳定。仍相当稳定。无法说明共价键的特性：无法说明共价键的特性：方向性方向性和和饱和性饱和性。1927年海特勒（年海特勒（Heitler）和伦敦和伦敦（London）用量子力学处理用量子力学处理H2分分子结构子结构，提示了共价键的本质。，提示了共价键的本质。鲍林（鲍林（Pauling）等等现代价键理论（现代价键理论（VB法法）Muiliken等等分子轨道理论分子轨道理论 （MO法）法）杂化轨道理论杂化轨道理论 （HO法）法）1916年年Lewis经典价键理论经典价键理论(一一)氢分子的形成：氢分子的形成：74.2pm74.2pmr(pm)(pm)图图9-1 9-1 两个氢原子接近时的能量变化曲线（基态）两个氢原子接近时的能量变化曲线（基态）基态基态实验值实验值理论值理论值基态基态：电子云密集区电子云密集区形成稳定共价键形成稳定共价键E(kJmol-1）0 0当相互靠近的两个氢原子中的当相互靠近的两个氢原子中的单电子单电子自自旋旋方向相反时方向相反时 一、现代价键理论一、现代价键理论(VB法）法）（modern valence bond theory)电子配电子配对法对法（一）氢分子的形成（一）氢分子的形成 关于能量零点线：关于能量零点线：当两个当两个H原子相距原子相距很远时，相互间的吸引和排斥可忽略。很远时，相互间的吸引和排斥可忽略。这时系统的能量等于两个独立的这时系统的能量等于两个独立的H原子原子能量之和（作为能量的相对零点）。能量之和（作为能量的相对零点）。当两个当两个H原子从远处接近时，体系原子从远处接近时，体系的总能量会发出变化，会出现两种状的总能量会发出变化，会出现两种状态：态：基态基态和和排斥态排斥态。r(pm)(pm)图图9-2 9-2 两个氢原子接近时的能量变化曲线（排斥态）两个氢原子接近时的能量变化曲线（排斥态）排斥态排斥态：电子云稀疏区电子云稀疏区不能成键不能成键E(kJmol-1）0 0排斥态排斥态当相互靠近的两个氢原子中的当相互靠近的两个氢原子中的单电子单电子自自旋方向相同时旋方向相同时20 0n=1,l=0,m=0,ms=+1/2n=1,l=0,m=0,ms=-1/2可可配对成键配对成键 若两个若两个H原子的原子的ms同为同为+1/2（或（或-1/2），），则不能配对成键。则不能配对成键。【例例】两个两个H原子所处状态原子所处状态综上所述综上所述：量子力学对量子力学对H2分子的处理表分子的处理表明：明：H2形成是形成是两个两个H原子原子1s轨道重叠的轨道重叠的结果结果。共价键的本性是电性的共价键的本性是电性的。但这种。但这种结合力是两核间电子云密集区对两核的结合力是两核间电子云密集区对两核的吸引力（成键电子在两核间出现的概率吸引力（成键电子在两核间出现的概率大），而不是正负离子间的库仑引力。大），而不是正负离子间的库仑引力。它它不同于一般的静电作用。不同于一般的静电作用。把对把对H2分子的研究结果分子的研究结果 到其他体到其他体系，可归纳出系，可归纳出现代价键理论现代价键理论。推广推广（二）现代价键理论的基本要点二）现代价键理论的基本要点1、共价键形成的主要条件、共价键形成的主要条件 两原子接近时，只有自旋方向相反两原子接近时，只有自旋方向相反的未成对电子（即单电子）可以相互配的未成对电子（即单电子）可以相互配对（两原子轨道有效重叠）使电子云密对（两原子轨道有效重叠）使电子云密集于两核间，系统能量降低，形成稳定集于两核间，系统能量降低，形成稳定共价键。共价键。2、共价键的饱和性、共价键的饱和性自旋方向相反的自旋方向相反的单电子单电子(未成对电子未成对电子)配对形成共价键之后，就不能再与其配对形成共价键之后，就不能再与其他单电子配对。他单电子配对。每个原子形成共价键的数目受每个原子形成共价键的数目受到原子内未成对电子数的限制。到原子内未成对电子数的限制。【例例9-6】8O 1s2 2s2 2p42s22p4末成对电子数末成对电子数 2 H2O H2OCl 3、共价键的方向性：、共价键的方向性：共价键的形成将尽可能沿着原子轨道最共价键的形成将尽可能沿着原子轨道最大程度重叠的方向进行。重叠越多，核大程度重叠的方向进行。重叠越多，核间电子云密集，形成共价键越牢固。间电子云密集，形成共价键越牢固。原子轨道最大重叠原理原子轨道最大重叠原理(a)最大重叠最大重叠现代价键理论(b)、(c)非最大重非最大重叠叠（三）共价键的类型与特征三）共价键的类型与特征 键键 键键：重叠方式重叠方式两原子成键两原子成键轨道沿键轴轨道沿键轴方向方向“头碰头头碰头”沿键轴方向沿键轴方向“肩并肩肩并肩”重叠部分重叠部分沿键轴呈圆沿键轴呈圆柱形对称分布柱形对称分布 通过一个键轴的通过一个键轴的平面呈镜面反对称平面呈镜面反对称特特 征征（1）重叠程度大）重叠程度大（2）牢固）牢固（3）可单独存在）可单独存在（1）重叠程度小）重叠程度小（2）易断开活泼性强）易断开活泼性强（3）不能单独存在，不能单独存在，只能与只能与 键共存。键共存。“头碰头头碰头”重叠重叠键键x+s+s+s-spx+s-pxx+-+px-px-+x+-+-特点：特点：重叠程度大重叠程度大,牢固牢固,可单独存在可单独存在+-spxpx“肩并肩肩并肩”重叠重叠键键+pz pz(或或py-py)+-x+-+-pz特点：特点：重叠程度小重叠程度小,易断开易断开,与与共存。共存。pz【例例9-7】N2 分子的形成分子的形成：N N 2s 2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz 现代价键理论键键易断开，不能单独存在，只能与易断开，不能单独存在，只能与键键共共存于具有双键或叁键的分子中，存于具有双键或叁键的分子中，键比键比键牢固，键牢固，键是键是构成分子的骨架构成分子的骨架,能能单独存在于两原子间，以共价结合的两原子单独存在于两原子间，以共价结合的两原子间一定并且只能有一个间一定并且只能有一个键。键。例：例：N N 共价单键：共价单键：共价双键：共价双键：1个个，1个个共价叁键：共价叁键：1个个，2个个配位共价键（共价键的一个特例）配位共价键（共价键的一个特例）定义定义：在成键的两原子中，由一方单独：在成键的两原子中，由一方单独提供提供孤对电子孤对电子进入另一方的进入另一方的价层空轨道价层空轨道共共用所形成的共价键。用所形成的共价键。形成条件形成条件 （1）一个原子的价电子层有孤对电子。）一个原子的价电子层有孤对电子。（2）另一个原子的价电子层有空轨道。）另一个原子的价电子层有空轨道。根据共用电子对来源不同根据共用电子对来源不同,可分为可分为:共价键共价键一般共价键一般共价键特殊共价键特殊共价键（配位键（配位键）【例例9-8】NH4+的结构式为的结构式为（配位键）配位键）+HH N H H现代价键理论NH3+H+NH4+【例例9-9】CO分子分子 2s 2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz C O(配位键配位键)：C O:L现代价键理论二二、键键参参数数表表征征化化学学键键基基本本性性质质的的物物理理量量。共共价价键键的的键键参参数数主主要要有有键键能能、键键长长、键键角角及及键键的的极性等。极性等。（1）键键能能：在在一一定定温温度度和和标标准准压压力力下下，断断裂裂气气态态分分子子的的单单位位物物质质的的量量的的化化学学键键，使使它它变变成成气气态态原原子子或或原原子子团团时时所所需需要要的能量，称为键能，用的能量，称为键能，用E表示，其表示，其SI单位为单位为kJmol1。对于双原子分子：对于双原子分子：E=D（键离解能）；（键离解能）；对于对于AmB或或ABn类的多原子分子：类的多原子分子：E=D/m 或或 E=D/n一般的，一般的，键能越大，共价键越牢固，形成的分子越稳定键能越大，共价键越牢固，形成的分子越稳定。例如：例如：H2O D (H-OH)=499 kJ.mol-1 D(O-H)=429 kJ.mol-1E=464 kJ.mol-1（2）键长键长分分子子中中两两成成键键原原子子核核间间的的平平均均距距离离称称为为键键长长或或键距，用符号键距，用符号L表示，单位为表示，单位为pm。由由表表7-2数数据据可可以以得得出出，同同一一族族元元素素的的单单质质或或同同一一类类型型的的化化合合物物的的双双原原子子分分子子，键键长长随随原原子子序序数数的的增增加加而而增增大大；两两个个相相同同原原子子之之间间形形成成的的不不同同化化学学键键，其其键键数数越越多多，则则键键长长越越短短，键键能能就就越大，键就越牢固。越大，键就越牢固。单键键长单键键长双键键长双键键长叁键键长叁键键长（3）键角：）键角：分子中同一原子形成的化学分子中同一原子形成的化学键之间的夹角。反应分子空间构型的一键之间的夹角。反应分子空间构型的一个主要参数。个主要参数。ClBeClV形形结构结构直线形结构直线形结构 OH H104。45键角键角键长键长确定分子空间构型确定分子空间构型180。（4）键的极性键的极性：由成键原子的电负性不同引起：由成键原子的电负性不同引起HCl分子正负电荷重心重合正负电荷重心重合正负电荷重心不重合正负电荷重心不重合 H2分子分子H H非极性共价键非极性共价键极性共价键极性共价键电负性差值电负性差值 键性键性 0非极性共价键非极性共价键01.7极性共价键极性共价键1.7离子键离子键成键原子的电负性差值会引起成键原子的电负性差值会引起化学键的变化化学键的变化小结小结 现代价键理论（现代价键理论（VB法）法）（2）解释了共价键的）解释了共价键的方向性方向性和和饱和性饱和性。（3）但不能解释分子的空间构型）但不能解释分子的空间构型（1）用简明的）用简明的“电子配对电子配对”概念阐明了概念阐明了共价键的形成。共价键的形成。例例:基态基态6C,1s22s22px12py1,未成对电子数未成对电子数2按按VB法法只能形成只能形成2个共价键，个共价键，中心原子有四个等同中心原子有四个等同CH键。键。但事实上，但事实上，CH4是正四面体构型，是正四面体构型，+4？三、杂化轨道理论三、杂化轨道理论（hybrid orbital theory,简称简称HO法）法）（一）杂化轨道理论创立背景一）杂化轨道理论创立背景（二）杂化轨道理论基本要点二）杂化轨道理论基本要点1、轨道杂化和杂化轨道、轨道杂化和杂化轨道 在成键过程中，同一原子中的几个能量相在成键过程中，同一原子中的几个能量相近的原子轨道可进行组合，重新分配能量和近的原子轨道可进行组合，重新分配能量和空间方向，组成数目相等的新的原子轨道。空间方向，组成数目相等的新的原子轨道。过程过程轨道杂化轨道杂化新轨道新轨道杂化轨道杂化轨道2、等性杂化与不等性杂化、等性杂化与不等性杂化等性杂化等性杂化：只含单电子的原子轨道或：只含单电子的原子轨道或全由不含电子的空轨道参加的杂化。全由不含电子的空轨道参加的杂化。新轨道成分，能量相同。新轨道成分，能量相同。不等性杂化不等性杂化：含有孤对电子的轨道参：含有孤对电子的轨道参加杂化。新轨道能量，成分不完全相加杂化。新轨道能量，成分不完全相同。同。根据参加杂化的原子轨道不同，杂化可根据参加杂化的原子轨道不同，杂化可分成各种类型：分成各种类型：sp sp2 sp3 spd3、杂化轨道提高成键能力、杂化轨道提高成键能力 杂化轨道的杂化轨道的角度波函数角度波函数在某个方向在某个方向的值比杂化前大得多（从角度分布图形的值比杂化前大得多（从角度分布图形可看出），更有利于原子轨道间最大程可看出），更有利于原子轨道间最大程度的重叠，提高了成键能力。其大小顺度的重叠，提高了成键能力。其大小顺序为：序为：spspsp2sp3 原子轨道杂化后，其角度分布发生原子轨道杂化后，其角度分布发生了变化。了变化。+xy+-xy+spxy+杂化杂化-+-+-(b)(b)两个两个sp杂化轨道杂化轨道(a)sp杂化过程杂化过程图图9-6 sp杂化的过程和杂化轨道杂化的过程和杂化轨道杂化轨道理论杂化轨道理论4、杂化轨道之间力图在空间取得最大、杂化轨道之间力图在空间取得最大夹角分布，使体系能量降低。夹角分布，使体系能量降低。不同类型的杂化轨道不同类型的杂化轨道夹角不同夹角不同分子的分子的空间构型不同空间构型不同（三）杂化轨道理论的应用三）杂化轨道理论的应用s-p型杂化型杂化按按杂化轨道杂化轨道种类分种类分按按杂化轨道杂化轨道能量分能量分sp杂化杂化sp2杂化杂化sp3杂化杂化等性杂化等性杂化不等性杂化不等性杂化【例例9-1】解释解释BeCl2分子空间构型分子空间构型-sp杂杂化化4Be的外层电子排布：的外层电子排布：2s2已知实验事实已知实验事实：有有2个个等同的等同的BeCl键键键角键角180。直线形分子直线形分子杂化轨道理论杂化轨道理论BeCl2分子空间构型分子空间构型等性等性sp杂化杂化（基态）基态）2p2s（激发态）激发态）sp2p（杂化态）（杂化态）2个个sp杂化轨道杂化轨道（化合态）化合态）2p spp 2p2s激发激发与与2个个Cl的的3p轨道重叠成键轨道重叠成键杂杂化化BeCl2的空间构型的空间构型sp杂化杂化BeClCl180180+-Bes sp图图9-7 BeCl2分子构型和分子构型和sp杂化轨道的空间取向杂化轨道的空间取向直线形直线形Cl3 3p-+Cl3 3p-+【例例9-2】解释解释BF3的空间构型的空间构型sp2杂化杂化5B 2s2 2p1已知实验事实已知实验事实：3个个BF键键等同等同键角键角120。平面三角形平面三角形BF3分子空间构型分子空间构型等性等性sp2杂化杂化（基态）基态）（激发态）激发态）（杂化态）（杂化态）3个个sp2杂化轨道杂化轨道（化合态）化合态）激发激发与与3个个F的的2p轨道重叠成键轨道重叠成键2p2s2p sp2p 杂杂化化sp22p 2p2s+-+-B图图9-8 sp2杂化轨道的空间取向和杂化轨道的空间取向和BF3分子构型分子构型BFFF120120平面三角形平面三角形sp2-psp2-p杂化轨道理论杂化轨道理论F-+F+-F+-【例例9-3】解释解释CH4分子空间构型分子空间构型sp3杂化杂化6C 2s2 2p2已知实验事实已知实验事实：4个个CH键等同键等同键角键角109。28，正四面体正四面体CH4分子空间构型分子空间构型等性等性sp3杂化杂化（基态）基态）（激发态）激发态）（杂化态）（杂化态）4个个sp3杂化轨道杂化轨道（化合态）化合态）2p2s激发激发 与与4个个H的的1s轨道重叠成键轨道重叠成键2s2p杂杂化化Sp3杂化杂化 sp3s 正四面体正四面体杂化轨道理论杂化轨道理论NH3:7N的外层电子排布的外层电子排布 2s2 2p3已知实验事实已知实验事实：分子中三个分子中三个NH键键键角键角107。18，空间构型为空间构型为三角锥形三角锥形【例例9-4】解释解释NH3和和H2O分子的空间构型分子的空间构型不等性不等性sp3杂化杂化NH3分子的空间构型分子的空间构型不等性不等性sp3杂化杂化不等性不等性sp3杂化杂化（基态）基态）（杂化态）杂化态）（化合态）化合态）孤对电子不参加成键孤对电子不参加成键杂化杂化与与三个三个H原子的原子的1s 轨道重叠成键轨道重叠成键2p2ssp3 s 孤对孤对电子电子NHHH图图9-12 NH3分子结构示意图分子结构示意图不等性杂化不等性杂化参加杂化的轨道含孤对电子参加杂化的轨道含孤对电子1071071818，空间构型空间构型三角锥形三角锥形孤对电子孤对电子H2O分子的空间构型分子的空间构型不等性不等性SP3杂化杂化8O 2s2 2p4已知实验事实已知实验事实：分子中分子中2个个OH键键键角键角104。45，空间构型空间构型V字形字形H2O分子的空间构型分子的空间构型不等性不等性sp3杂化杂化不等性不等性sp3杂化杂化（基态）基态）（杂化态）杂化态）（化合态）化合态）孤对电子不参加成键孤对电子不参加成键杂化杂化与与二个二个H原子的原子的1s 轨道重叠成键轨道重叠成键sp3 s 2p2s孤对孤对电子电子OHH图图9-12 H2O分子结构示意图分子结构示意图孤对电子孤对电子空间构型空间构型V V形形1041044545，杂化类型杂化类型 sp sp2 sp3参与杂化的参与杂化的 1个个s 1个个s 1个个s 原子轨道原子轨道 1个个p 2个个p 3个个p杂化轨道数杂化轨道数 2 3 4 杂化轨道夹角杂化轨道夹角 180。120。109。28，空空 间间 构构 型型 直线形直线形 平面三角形平面三角形 正四面体正四面体实实 例例 BeCl2 BF3 CH4 HgCl2 BCl3 SiH4 NH4+spsp型组合成的三种型组合成的三种等性杂化等性杂化 杂化类型杂化类型 不等性不等性sp3参与杂化的参与杂化的 1个个s(孤孤)1个个s(孤孤)原子轨道原子轨道 3个个p 3个个p(其中一个孤其中一个孤)杂化轨道数杂化轨道数 4 4 杂化轨道夹角杂化轨道夹角 107。18，104。45，空空 间间 构构 型型 三角锥形三角锥形 V字形字形实实 例例 NH3 H2O PH3 H2Sspsp型组合成的型组合成的不等性杂化不等性杂化四、价层电子对互斥理论1.基本要点：1）分子或离子的空间构型取决于中心原子周 围的价层电子数。ABn：中心原子A，配原子B2）价层电子对尽可能彼此远离，使它们之间 的斥力最小，通常采取对称结构。2.推断分子或离子空间构型的步骤1）确定中心原子价层电子对数 价层电子对数=(中心原子价电子数+配位原子提供的电子数 离子电荷代数值)/2阴离子加，阳离子减在正规共价键中：中心原子的价电子数主族序数 如卤素原子为7，氧族原子为6 作为配位原子时，H 和卤素均各提供 1 个电子，氧族原子提供电子数为0。价层电子数指键电子对和孤对电子，因此，双键和叁键都视为一个电子对。写出下面的价电子对数CCl4 SO2 CH2=CH2 NH4+ICl2-OCl2 物质 价电子数 价电子对数例例 NH4+5+4 1=8 4 CCl4 4+4=8 4 SO2 6 3 ICl2-OCl2 10 5 8 4PO43-5+3=8 4CH2=CH2 6 32）确定中心原子周围电子对排布方式根据中心原子价层电子对数目，找到相应电子对排布。这种排布方式可使电子对之间静电斥力最小。电子对数 电子对排布 2 直线 3 平面三角形（正三角形）4 正四面体 5 三角双锥 6 正八面体配位原子按相应的几何构型排布在中心原子周围，每 1 对电子连结 1 个配位原子，剩下未结合的电子便是孤对电子。3）确定分子或离子空间构型无孤对电子：分子空间构型与电子对空间构型相同。若有孤对电子，则空间构型发生变化。例 BF3 SF6价电子总数 336 6612价电子对数 3 6配原子数 3 6孤对电子对数 0 0电子对空间构型：平面三角形 正八面体分子的空间构型：平面三角形 正八面体无孤对电子分子分子类型价层电子对总数成键电子对数孤电子对数价层电子对空间构型分子空间构型实例AB2220直线直线BeCl2AB3330正三角形正三角形BF3AB2321正三角形V形SO2AB4440正四面体正四面体CH4AB3431正四面体三角锥体NH3AB2422正四面体V形H2O例：判断下列分子的空间构型例：判断下列分子的空间构型1.SO32.H2S第二节：离子键理论一、离子键的形成IA族与II A族元素-电负性小的活泼金属-失去电子-形成带正电荷的阳离子VIA族与VIIA族元素-电负性大的活泼非金属-得电子-形成带负电荷的阴离子n阴阴、阳阳离离子子通通过过静静电电引引力力作作用用所所形形成成的的化化学学键键称称之之为为离离子子键键。阴阴、阳阳离离子子通通过过静静电电引引力力相相互互结结合合形形成成的化合物称为的化合物称为离子型化合物离子型化合物。n离离子子键键（ionic bond）的的本本质质就就是是阴阴、阳阳离离子子间间的的静电作用力。静电作用力。离子键离子键1916 年德国科学家年德国科学家 Kossel(柯塞尔柯塞尔)提出离子键理论提出离子键理论 离子键的形成离子键的形成离子键的形成离子键的形成(以以 NaCl 为例为例)第一步第一步 电子转移形成离子：电子转移形成离子：Na e Na+，Cl +e Cl 相应的电子构型变化：相应的电子构型变化：2s 2 2p 6 3s 1 2s 2 2p 6，3s 2 3p 5 3s 2 3p 6 形成形成 Ne 和和 Ar 的稀有气体原子的结构，形成稳定离子。的稀有气体原子的结构，形成稳定离子。第二步第二步 靠静电吸引，靠静电吸引，形成化学键形成化学键。体系的势能与核间距之间的关系如图所示：体系的势能与核间距之间的关系如图所示：V0Vr0r0r 横坐标横坐标 核间距核间距 r ；纵坐标纵坐标 体系的势能体系的势能 V。纵坐标的零点纵坐标的零点 当当 r 无穷大时，即两核之间无限远时的势能。无穷大时，即两核之间无限远时的势能。下面来考察下面来考察 Na+和和 Cl 彼此接近的过程中，势能彼此接近的过程中，势能 V 的变化。的变化。图中可见：图中可见：r r0，当，当 r 减小时，正负离子靠静电相互吸引，减小时，正负离子靠静电相互吸引，势能势能 V 减小，体系趋于稳定。减小，体系趋于稳定。r =r0，V 有极小值，有极小值，此时体系此时体系最稳定，表明形成离子键。最稳定，表明形成离子键。r r0，当当 r 减小时，减小时，V 急剧上升。急剧上升。因为因为 Na+和和 Cl 彼此再接近时，电彼此再接近时，电子云之间的斥力急剧增加，导致势能子云之间的斥力急剧增加，导致势能骤然上升。骤然上升。V0V因此，离子相互吸引，保持一定距离时，体系最稳定。这因此，离子相互吸引，保持一定距离时，体系最稳定。这就意味着形成了离子键。就意味着形成了离子键。二、二、离子键的性质离子键的性质 1.离子键没有方向性离子键没有方向性 离离子子键键的的本本质质是是阴阴、阳阳离离子子间间的的静静电电作作用用，无无论论是是一一个个阳阳离离子子还还是是一一个个阴阴离离子子，都都可可以以近近似似地地看看成成是是一一个个带带电电的的球球体体，在在周周围围空空间间形形成成均均匀匀分分布布的的电电场场，因因而而在在其其周周围围空空间间的的任任何何方方位位上上都都能能与与带带相相反反电电荷荷的的离离子子产产生生静静电电引引力力，因因此此离子键没有（固定）方向性离子键没有（固定）方向性。2.离子键没有饱和性离子键没有饱和性从从经经典典力力学学的的观观点点看看，只只要要其其周周围围的的空空间间、距距离离允允许许，一一个个离离子子可可以以和和无无数数多多个个带带相相反反电电荷荷的的离离子子相相互互吸吸引引，这这就就是是离子键没有饱和性离子键没有饱和性。三、离子键的强度与玻恩三、离子键的强度与玻恩-哈伯哈伯（Born-Haber）循环）循环离子键的强度离子键的强度 用离子晶体用离子晶体晶格能晶格能U表示（通常表示（通常不用不用“键能键能”表示）。表示）。U ，离子键强度离子键强度晶格能晶格能U值越大，表示离子键强度越强，晶体值越大，表示离子键强度越强，晶体稳定性越高，其熔沸点越高，硬度越大。稳定性越高，其熔沸点越高，硬度越大。晶格能定义：晶格能定义：相相互互远远离离的的气气态态阳阳离离子子和和气气态态阴阴离离子子逐逐渐渐靠靠近近并并结结合合形形成成1mol离离子子晶晶体体时时放放出出的的能能量量。用用符符号号U表表示示，单单位位为为kJmol-1，按按热热力力学学的的规规定定，晶晶格格能能应应为为负负值值，但但通通常常用用其其绝绝对对值值作作为为离离子子晶晶体体的的晶格能，即晶格能，即U为正值。为正值。对任意一离子型化合物都有：对任意一离子型化合物都有：aMb+(g)+b Xa-(g)=MaXb(s)U=离子晶体的晶格能，其实质是一种电性力，离子晶体的晶格能，其实质是一种电性力，符合库伦定律符合库伦定律F=q+q-r2q+，q-分别为正负离子所带电量分别为正负离子所带电量，r 为正负离子的核间距离。为正负离子的核间距离。三、三、离子的特征离子的特征从离子键的实质是静电引力从离子键的实质是静电引力 F=q+q-/r 2 出发，影出发，影响响 离子键强度离子键强度的因素有：离子的电荷的因素有：离子的电荷 q、离子的电子构型离子的电子构型和离子半径和离子半径 r（即离子的三个重要特征）即离子的三个重要特征）。1、离子的电荷、离子的电荷2、离子的电子构型、离子的电子构型电荷高，离子键强电荷高，离子键强离子电子层构型电子构型电子构型离子最外层离子最外层 电子排布电子排布实例实例02 8 1818+2 9171S01s2 ns2np6ns2np6 nd10(n-1)s2(n-1)p6(n-1)d10ns2 ns2np6 nd19H+Li+,Be2+Na+,F-Zn2+(3s23p63d10)Pb2+(5s25p65d106s2)Fe2+(3s23p63d6)指离子的外围电子层结构的类型。阴离子：价电子层为2或8电子的稀有气体结构。阳离子：可分成下面五种类型：凡电子数相同的结构称为等电子结构。d 值可由晶体的值可由晶体的 X 射线衍射实验测定射线衍射实验测定得到，例如得到，例如 MgO d =210 pm。1926 年，哥德希密特年，哥德希密特 (Goldschmidt)用光学方法测得了用光学方法测得了 F 和和 O 2 的半径，分别为的半径，分别为 133 pm 和和 132 pm。结合结合 X 射线衍射线衍射所得的射所得的 d 值，得到一系列离子半径。值，得到一系列离子半径。（1）离子半径概念）离子半径概念 将离子晶体中的离子看成是相切的球将离子晶体中的离子看成是相切的球体，正负离子的核间距体，正负离子的核间距 d 是是 r+和和 r 之和之和。dr+r-3、离子半径离子半径 1927 年，年，Pauling 把最外层电子到核的距离，定义为离子半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 半径半径。（2）离子半径的变化规律）离子半径的变化规律 a)同主族从上到下，电子层增加，具有相同电荷数的离子同主族从上到下，电子层增加，具有相同电荷数的离子 半径增加。半径增加。Li+Na+K+Rb+Cs+F Cl Br I 教材上两套数据均列出。在比较半径大小和讨论变化规律时，教材上两套数据均列出。在比较半径大小和讨论变化规律时，多采用多采用 Pauling 半径半径。b)周期表中，同一周期的主族元素电子层结构相同的阴、阳周期表中，同一周期的主族元素电子层结构相同的阴、阳 =d MgO =210 132 =78 (pm)这种半径为哥德希密特半径这种半径为哥德希密特半径。c)同一元素，不同价态的离子，电荷高的半径小。阳离子的半同一元素，不同价态的离子，电荷高的半径小。阳离子的半径小于原子的半径，阴离子的半径大于原子半径径小于原子的半径，阴离子的半径大于原子半径 如如 Ti 4+Ti 3+；Fe 3+Fe 2+Na+Na;Cl Mg 2+Al 3+K+Ca 2+第二节分子间的作用力一、分子的极性一、分子的极性分子分子极性极性非极性分子：正负电荷重心非极性分子：正负电荷重心 相重合的分子相重合的分子 如：如：H2,Cl2 极性分子：极性分子：正负电荷重心正负电荷重心 不重合的分子，不重合的分子，如：如：HCl,H2O,NH3对对双原子分子双原子分子：分子极性与键的极性一致。：分子极性与键的极性一致。多原子分子：多原子分子：由非极性共价键构成的是非极性分子，由非极性共价键构成的是非极性分子，如：如：P4、S8由极性共价键构成的其极性还由分子由极性共价键构成的其极性还由分子空间构型决定。如：空间构型决定。如：BeCl2,CH4直线形直线形 正四面体正四面体虽然都是极性键，虽然都是极性键，但正负电荷重心但正负电荷重心重合重合非极性分子非极性分子如：如：H2、HCI 分子极性大小的量度分子极性大小的量度偶极矩偶极矩()=q.d电量电量(1.610-19C)正负电荷重心的距离正负电荷重心的距离(10-10m）(单位单位 10-30Cm)OHH键的极性不能抵消键的极性不能抵消正负电荷重心不重合正负电荷重心不重合,极性分子极性分子偶极矩越大的偶极矩越大的分子，其极性越强。分子，其极性越强。分子的极化概念分子的极化概念 永久偶极矩永久偶极矩(极性分子固有的偶极极性分子固有的偶极)诱导偶极矩诱导偶极矩(外电场作用下外电场作用下,极化产生偶极极化产生偶极)分子的极化分子的极化:外电场作用下外电场作用下,使分子产生诱导使分子产生诱导 偶极矩的现象。偶极矩的现象。非非极性分子极性分子极性分子极性分子=0 02-4 键的极性与分子的极性 一、键的极性 活泼金属与非金属原子间完全转移电子离子键离子键两个相同原子共用电子对，电子对不发生偏移两个不同非金属原子共用电子对，电子对偏向电负性大的原子。非极性共价键非极性共价键极性共价键极性共价键分子的极性1.由非极性键构成的分子，分子无极性。键矩 和分子偶极矩都为0。如H2，Cl2，P42.若分子由极性键构成，分子有无极性视其分子空间构型i）空间结构对称，使化学键键矩矢量和为0，如 ii）若空间结构不能使化学键键矩矢量为0，分 子有极性。键矩0，分子偶极矩 0。如 q+q O3为唯一一个有极性的单质例例：试判断下列分子有无极性试判断下列分子有无极性CCl4 HCCl3 SO2 SO3 NH3 无无 有有 有有 无无 有有二、范德华力二、范德华力(Van der Waals力力)按按作用力产生的原因和特性，可分为三种：作用力产生的原因和特性，可分为三种：取向力取向力：诱导力诱导力：色散力色散力：本质本质 由由永久偶极永久偶极取向而产生取向而产生由永久偶极由永久偶极与诱导偶极与诱导偶极之间产生之间产生由由瞬间瞬间偶极之偶极之间产生间产生 极极极极 极极非极非极 极极极极 极极极极 极极非极非极 非极非极非极非极存在存在环境环境取向力取向力:发生在极性分子之间发生在极性分子之间abc图图9-19 两个极性分子相互作用示意图两个极性分子相互作用示意图诱导力诱导力极性分子之间极性分子之间极性分子与非极性分子之间极性分子与非极性分子之间 图图9-20 极性分子和非极性分子相互作用示意图极性分子和非极性分子相互作用示意图+色散力色散力极性分子之间极性分子之间极性分子之间与极性分子之间与非极性分子之间非极性分子之间非极性分子之间非极性分子之间 图图 色散力示意图色散力示意图Van der waals 力力 (范德华力范德华力)取向力取向力诱导力诱导力色散力色散力极性分子之间极性分子之间极性分子与非极极性分子与非极性分子之间性分子之间非极性分子之间非极性分子之间分子间作用力分子间作用力产生原因产生原因永久偶极永久偶极 的取向的取向永久偶极永久偶极诱导偶极诱导偶极“瞬瞬时时”偶极偶极 分子间力不属化学键，其特点分子间力不属化学键，其特点：本质本质：静电引力（无方向性、饱和性）：静电引力（无方向性、饱和性）作用范围作用范围:小小,几百个几百个几十个几十个pm 对大多数分子，对大多数分子，色散力为主色散力为主，只有极性，只有极性大的分子，取向力才比较显著。大的分子，取向力才比较显著。强度强度:较弱，只有化学键的较弱，只有化学键的1/101/100 结果结果:分子相互约束分子相互约束,分子性质发生变化。分子性质发生变化。分子间力可解释和推测同类物质的分子间力可解释和推测同类物质的b.p m.p等物理性质的变化规律：等物理性质的变化规律：三种力中以色散力为主，色散力大小三种力中以色散力为主，色散力大小与分子变形性有关。分子愈大，愈易变形，与分子变形性有关。分子愈大，愈易变形，色散力愈大。色散力愈大。结论：结论：一般情况下，组成和结构相似的一般情况下，组成和结构相似的物质，分子量愈大，范德华力愈物质，分子量愈大，范德华力愈大，物质的大，物质的m.p,b.p愈高。愈高。例如：例如：HCl HBr HIm.p,b.p依次上升依次上升三、氢键三、氢键（一）（一）形成条件形成条件 氢核氢核(氢原子氢原子)与与H共价结合的共价结合的X原子原子(F,O,N等等)Y原子原子(F,O,N等等)电负性大电负性大,半径小半径小 外外层有孤对层有孤对电子电子X-HY共价键共价键氢键氢键(静电吸引）静电吸引）X与与Y可相同，可不同可相同，可不同（二）氢键的特点和类型（二）氢键的特点和类型具有方向性与饱和性，其强度与分子间具有方向性与饱和性，其强度与分子间力接近。力接近。X-HY 三原子尽可能处在一条直线上三原子尽可能处在一条直线上X-HY Y2接近接近H时受时受X,Y电子云排斥。电子云排斥。氢键的类型氢键的类型 分子间氢键分子间氢键 XHY：分子内氢键分子内氢键Y2HOO N O环状环状结构结构分子间的作用力（三）氢键形成对化合物性质的影响（三）氢键形成对化合物性质的影响（熔点（熔点（m.p），），沸点（沸点（b.p），），溶解度等）溶解度等）(自学内容自学内容 p213215）（1）氢键形成对物质熔沸点的影响）氢键形成对物质熔沸点的影响 分子间氢键分子间氢键使分子间结合力增使分子间结合力增大，其大，其m.p,b.p比同类化合物