1、2018/4/4,无机化学电子教案第六章,分子结构与性质,2018/4/4,化 学 键,化学键：分子或晶体中相邻两个原子或离子间的强烈的作用力。,2018/4/4,6-1 键参数,2018/4/4,2018/4/4,6-2 价 键 理 论,一、离子键理论的基本要点1、离子键的本质是库仑静电作用力f = q+ q- /R2 q+ 、q- 为离子所带电荷, R为离子间距离。 离子键强度是用晶格能来描述的。2、离子键的特点：既无方向性，也无饱和性，3、离子键的离子性与元素的电负性差有关。 两元素的电负性差( x=1.7)判断键的性质,6-2-1 离子键(了解）,2018/4/4,二、离子特征,1.
2、离子的电荷：原子在形成离子化合物过程中，失去或得到的电子数2. 离子的电子构型简单负离子一般最外层具有稳定的8电子构型。正离子：2电子构型 Li+ Be2+ 8电子构型 Na+ K+ Ca2+18电子构型 Cu+、 Ag+、 Zn2+ 、 Cd2+、 Hg2+18+2电子构型 Pb2+ 、 Sn2+ 、 Bi3+ 9-17电子构型 Fe2+ 、Fe3+、 Cr3+、 Mn2+,2018/4/4,3. 离子半径：(1) 离子半径：根据晶体中相邻正负离子间的核间 距(d)测出的。d = r+ + r- （有效离子半径）离子半径变化规律： 具有同一电子结构的正负离子中，负离子半径 一般比正离子半径大
3、。rNa+= 98pm, rF- = 133pm 同一元素不同价态的正离子，电荷数越少的离 子半径越大。rFe2+ rFe3+,2018/4/4, 同一主族，从上到下，电荷数相同的离子半径依次增大。 同一周期主族元素正离子半径随离子电荷数增大而依次减小。rNa+ rMg2+ rAl3+ 周期表中，每个元素与其邻近的右下角或左上角元素离子半径接近。即对角线规则。rLi+ rMg2+ ; rSc3+ rZr4+ ; rNa+ rCa2+,2018/4/4,6-2-2 共价键理论,2018/4/4,一. 现代的价键理论(Valence Bond Theory)VB,1.共价键的形成,R0=74pm
4、D=456kJmol-1两原子电子自旋相反，电子云分布在核间比较密集，能量降低，形成H2；两原子电子自旋相同 ，电子云分布在核间比较稀疏，能量升高，不能形成H2；,以H2分子为例,2018/4/4,2、共价键理论要点和特征,价键理论的基本要点：自旋方向相反的未成对价电子可以配对，形成共价键2. 原子轨道最大程度地重叠最大重叠原理。,共价键的本质：既是电性的又是波性的。,2018/4/4,2、共价键理论要点和特征,（1）共价键有饱和性。一个原子有几个未成对的电子，便可和几个自旋相反的电子配对成键。换句话说：一个原子中有几个未成对电子，就可以形成几条共价键。,2018/4/4,（2）共价键有方向性
5、。共价键尽可能沿着原子轨道最大重叠的方向（轨道的对称轴）形成，叫着最大重叠原理。即重叠越多，电子在两核间出现的机会越大，形成的共价键也就越稳定。,2018/4/4,2018/4/4,4、共价键的类型,（一）键和键,键：沿着轨道对称轴方向的重叠形成的共价键。键：沿着轨道对称轴平行方向的重叠形成的共价键,键电子云界面图 键电子云界面图,2018/4/4,键,2018/4/4,2018/4/4,键,2018/4/4,（二）配位键,定义：由成键的两原子中的一个原子单独提供电子对进入另一个原子的空轨道共用而成键，此种共价键称为配位键。,2018/4/4,63 分子的几何构型,6-3-1 价键理论的局限性
6、6-3-2 杂化轨道理论要点6-3-3 杂化轨道类型与分子的几何构型,2018/4/4,价键理论在解释多原子分子，如CH4的空间构型及稳定性时遇到了困难。 C：价层电子轨道排布式为 理应CH4中4条键键长、键角、键能不一致，实际完全一致。,6-3-1价键理论的局限性,2018/4/4,1931年鲍林在“价键理论”的基础上提出了杂化轨道理论，进一步补充和发展了价键理论。 1、同一原子中能量相近的某些原子轨道，在成键过程中，重新组合，形成一组能量相等的新轨道。这一过程称为“杂化”。形成的新轨道称为“杂化轨道”。 2、杂化轨道的数目=参加杂化的轨道数目。 3、杂化轨道比原来未杂化的轨道成键能力增强。
7、,6-3-2杂化轨道理论,一. 杂化轨道理论的要点,2018/4/4,二.杂化类型与分子几何构型,2018/4/4,2018/4/4,2018/4/4,2018/4/4,2018/4/4,2018/4/4,2018/4/4,2018/4/4,2018/4/4,2018/4/4,2018/4/4,2018/4/4,2018/4/4,2018/4/4,2018/4/4,2018/4/4,2018/4/4,6. 离域键,O3的结构：,2018/4/4,一 价层电子对互斥理论的基本要点二 判断ABn型分子或离子的几何构型的步骤三 价层电子对互斥理论的局限性 VP：valence shell elect
8、ron pair 价层电子对 BP：bond pair of electrons 成键电子对 LP：lone pair of electrons 孤电子对,6-3 价层电子对互斥理论(VSEPR) (Valence shell electron-pair repulsion theory),2018/4/4,1、ABn型分子或离子的几何构型，主要由A原子的价层电子对的相互排斥作用决定，分子或离子的几何构型总是采用电子对相互排斥最小的那种结构。 2、 ABn型分子或离子的几何构型，决定于中心原子A的价层电子对的数目和类型(BP和LP)。,一 价层电子对互斥理论的基本要点,2018/4/4,P17
9、0 表6.5,2018/4/4,2018/4/4,2018/4/4,2018/4/4,2018/4/4,2018/4/4,2018/4/4,2018/4/4,分子构型小结,P73表6.7,2018/4/4,2018/4/4, 6-5 分子间力和氢键 6-5-1 分子的极性和变形性 6-5-2 分子间力：色散力、诱导力、取向力 6-5-3 氢键,2018/4/4,极性分子：正、负电荷重心不相重合的分子。非极性分子：正、负电荷重心相重合的分子。1、双原子分子H2、Cl2、O2分子中存在非极性键，为非极性分子。HF、 HCl、HBr、HI分子中存在极性键，为极性分子。2、多原子分子分子由非极性键构成
10、，整个分子是非极性的。分子由极性键构成，分子的极性则由空间构型决定。,6-5-1 分子的极性和变形性,2018/4/4,一、分子的极性,例如：CO2 O=C是极性键 O=C=O分子呈现对称构型，整个分子为非极性分子。,例如：CCl4 C-Cl 是极性键，分子的空间构型为正四面体，为对称构型。分子为非极性分子。而CHCl3是极性分子。,2018/4/4,偶极矩：等于正、负电荷间的距离（d）与正电荷重心或负电荷重心上的电量（ q）的乘积。 =qd 是矢量，方向由正到负，单位：Cm 越大，分子极性越强=0 分子是非极性分子HFHCl HBr HI,2018/4/4,2、分子的变形性和变形极化分子的变
11、形性-分子外形发生变形的性质。分子的变形极化-分子发生变形产生两个极的过程。,2018/4/4,6-5-2 分子间力：色散力、诱导力、取向力 1、色散力 瞬时偶极和色散力 瞬时偶极-分子正负电荷重心瞬间不重合产生的偶极。(原子核不断振动、电子不断运动) 色散力-瞬时偶极之间的作用力。 异极相邻状态，不断消失和出现,2018/4/4,2018/4/4,2、诱导力,诱导偶极-非极性分子受极性分子电场的作用而产生的两个极。诱导力-诱导偶极和极性分子的固有偶极之间的作用力。 诱导力存在的范围 只要有固有偶极就会产生诱导偶极。 诱导力存在于：极性 - 非极性分子间如H2O-CH4 极性 - 极性分子间如
12、H2O-NH3,诱导偶极和诱导力,2018/4/4,3、取向力 固有偶极和取向力 固有偶极-极性分子原来就存在的两个极。 取向力-由于固有偶极的取向而产生的作用力。,对于极性分子2：偶极=固有偶极+诱导偶极,2018/4/4,取向力存在范围 只存在于极性分子之间 如 H2O-NH3 C2H5OH-H2O HF-H2O 总之：取向力只存在于极性-极性分子之间；诱导力存在于极性-极性分子和极性-非极性分子之间；色散力存在于所有分子之间。 对于大多数分子来说(除极性很大者)，色散力是主要的。 分子间力特点： 电性作用力范围小作用能一般几十千焦 无方向性和饱和性。,2018/4/4,4、分子间力对物质
13、物理性质的影响 化学键是决定物质化学性质的主要因素。 物理性质：熔沸点、汽化热、熔化热、溶解度、粘度、硬度等。常提到的是熔沸点： 如 He Ne Ar Kr Xe F2 Cl2 Br2 I2 分子量增大，熔沸点升高,2018/4/4,H2O H2S H2Se H2TeH2O的分子量最小，推测H2O沸点应为-100C出现反常的还有NH3 HF 1、氢键及形成条件 H和X形成的第一条键为共价键， H和Y形成的第二条键叫氢键。,6-5-3氢键,概念：由电负性极强的元素（O、N、F）相结合的氢原子，和另一分子中电负性极强的原子间所产生的引力的作用。分为分子内氢键和分子间氢键。,2018/4/4,氢键形
14、成的条件：X、Y均电负性大、半径小，且Y要有孤对电子。 N O F Cl 电负性： 3.0 3.5 4.0 3.0 F、O、N符合 r/pm 71 60 67 99 形成氢键的条件 2、为什么要X、Y电负性大、半径小，Y还要有孤对电子？ 3、氢键的特征：有方向性，有饱和性。,2018/4/4,分子间氢键 如 H2O-NH3 NH3-NH3 H2O-H2O 分子内氢键 如 邻硝基苯酚、间硝基苯酚 氢键强度42kJmol-1以下。可认为是一种有方向性的分子间力。,4、氢键的种类,2018/4/4,对熔沸点的影响 分子间氢键使熔沸点升高，如 HF H2O NH3 分子内氢键使熔沸点降低，如HNO3沸
15、点只有86C 对溶解度的影响 如 HF NH3在水中溶解度大,5、氢键对物质物理性质的影响,2018/4/4,2018/4/4,7-6离子极化7-6-1离子的电子构型7-6-2离子的极化和变形性7-6-3离子极化对物质结构和性质的影响,2018/4/4,7-6-1离子的电子构型 1、原子的价电子构型(复习) 主族 Na Mg Al Si P S Cl Sn 失电子时先失np，后失ns,副族 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn 失电子时先失ns，后失(n-1)d,3s1 3s2 3s2 3p1 3s2 3p2 3s2 3p3 3s2 3p4 3s2 3p5 5s25p2,3
16、d14s2 3d24s2 3d34s2 3d54s1 3d54s23d64s2 3d74s2 3d84s2 3d104s1 3d104s2,2018/4/4,2、阳离子的电子构型,阳离子的电子构型,举例,元素所属区和族,2018/4/4,如 Pb 核外电子分别式（六A） Xe 4f145d106s26p2 Pb2+ (18+2)e, 电子构型, 失去6p2后， 5s25p65d106s2为 18+2,2018/4/4,7-6-2离子的极化和变形性1、基本概念 离子极化-离子在电场中发生变形而产生诱导偶极的过程。,2018/4/4,离子极化现象普遍存在于离子晶体中(为什么？) 离子的变形性-离子
17、在外电场(或异号离子)作用下，其外层电子与核发生相对位移而发生变形的性质。 离子的极化力-离子使异号电荷的离子极化而变形的能力。 阳离子和阴离子都有极化力和变形性两个方面，但阳离子极化力大，阴离子变形性大(为什么？)。一般情况下，考虑阳离子的极化力，阴离子的变形性。,2018/4/4,2018/4/4,2018/4/4,4、离子的附加极化 对于18e (18+2)e (917)e构型的阳离子，极化力大，变形性也大，考虑极化时，还要考虑附加极化。 示意如下：,2018/4/4,附加极化-加强的极化作用称为附加极化。总极化作用=原有极化作用+附加极化作用。,2018/4/4,7-6-3离子极化对物质结构和性质的影响 1、键型从离子键向共价键的过渡(如上图所示) 如 AgF AgCl AgBr AgI 离子键 过渡键型 共价键,2018/4/4,2018/4/4,3、离子极化对化合物颜色的影响,2018/4/4,
