1、当电负性很小的金属原子与电负性很大的活泼非金属原子相遇时，活泼的金属原子会失去电子形成阳离子，活泼的非金属原子会得到电子形成阴离子，这种阴、阳离子间通过静电引力作用形成的化学键叫离子键。由离子键形成的化合物叫离子化合物。,第2章第二节 分子结构和分子间作用力,一、离子键,化学上把分子或晶体中直接相邻的原子（或离子）间的强烈相互作用称为化学键。 化学键分为离子键、共价键和金属键3种。,化学键：,NaCl的晶胞 CsCl的晶胞,离子键的特征： （1）离子键的本质是阴、阳离子间的静电引力； （2）离子键没有饱和性； （3）离子键没有方向性。,1916 年，美国科学家 Lewis 最早提出共价键理论。
2、共价键是由成键原子双方各自提供最外层单电子组成共用电子对所形成的，形成共价键后，成键原子达到稀有气体原子的最外层电子结构，因此比较稳定。,二、 共价键,Lewis,:,NH3,H2O,Lewis理论的贡献，在于提出了一种不同于离子键的新的键型，解释了 比较小的元素之间原子的成键 事实。,Lewis理论的局限： Lewis 没有说明这种键的实质，适应性不强 。 在解释 BCl3 、 PCl5 等原子未全部达到稀有气体结构的分子时，遇到困难。,怎么 解释？,1. 现代价键理论的要点,(1) 电子配对原理： 两个原子接近时，只有自旋相反的两个单电子可以互相配对，使原子核间电子云密度增大，系统的能量降
3、低，形成稳定的共价键。,(2) 最大重叠原理： 成键电子的原子轨道发生重叠时，总是按照重叠最多的方向进行，重叠越多，两核间电子的概率密度越大，这样形成的共价键越牢固。,1927年，由美国化学家海勒、伦敦应用量子力学的方法计算得出。,2. 共价键的特征,+,饱和性：两原子自旋相反的成单电子配对后，不能再和第三个原子的成单电子配对成键。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。未成对电子数原子的化合价 H2、F2：共价单键；O2：共价双键；N2：共价三键,(2) 方向性：除S-S轨道在空间任何方向都能达到最大重叠外，其他原子轨道的重叠必须沿一定方向可能达到最大程度的重叠，形成的
4、键最稳定。,3. 共价键的类型,键和键,键和键的特征比较,4. 键参数,经常用几个物理量简单地描述化学键的状况，这些物理量称为键参数，包括键能、键长、键角等。,（1） 键能 AB ( g ) A ( g ) + B ( g ) H = EAB,在101.325kPa和298.15K下，将1mol气态的AB分子变成气态的A、B原子时所需要的热量，键能是表示化学键强度的物理量。一般键能越大，键越稳定。键能大小顺序为：叁键 双键 单键,（2） 键长 分子中成键两原子核之间的距离叫键长。 单位为：pm。一般键长越小，键越强。,键长 / pm 键能/（kJ/mol）C C 154 345.6C C 13
5、3 602.0C C 120 835.1,化学键键长顺序：单键 双键 叁键 在不同化合物中，相同的键，键长和键能并不相等。 例如，CH3OH 和 C2H6 均有 C H 键，而它们的键长和键能不同。,（3） 键角 键角是分子中键与键之间的夹角，在多原子分子中才涉及键角。,C2H2,C2H4,键角是决定分子几何构型的重要因素。,CH4,109.5o,常用分子的键角和几何构型的关系,如果 H2O 分子中的 OH 键是由 H 原子的 1s 轨道与 O 原子中单电子占据的2p 轨道重叠形成的，那么HOH 的键角应为 90；但事实上, 键角为10445，远大于90。,三、杂化轨道理论,问题的提出：,为什
6、么？,成键时，原子中能量相近的原子轨道可以相互混合，重新组成新的原子轨道（杂化轨道）； 形成的杂化轨道的数目等于参加杂化的原子轨道数目； 杂化轨道形状不同于原纯原子轨道形状，轨道有更强的方向性和更强的成键能力； 杂化轨道互相排斥，各轨道之间尽可能取最大键角，形成排斥能最小的杂化轨道构型，由此决定了分子的空间几何构型。,1. 杂化轨道理论的要点,（1）SP杂化（如BeCl2分子、炔烃） （2）SP2杂化（如BCl3分子、烯烃） （3）SP3杂化（如 CH4分子、烷烃） （4）SP3不等性杂化（如NH3分子）,2 .杂化轨道的类型,2 条 sp杂化轨道间夹角180，呈直线形分布，分别与 2 个 C
7、l 的 3p 轨道成键，故分子为直线形。,BeCl2分子杂化轨道角度分布图,（1）sp杂化（以BeCl2分子为例）,重组,2s 2px 2py 2pz,2s 2px 2py 2pz,跃迁,基态,激发态,杂化态,（2）sp2杂化（以BCl3为例）,2s 2px 2py 2pz,基态,重组,sp2 sp2 sp2 2pz,2s 2px 2py 2pz,跃迁,激发态,杂化态,激发,以烯烃为例,2s 2px 2py 2pz,基态,2s 2px 2py 2pz,跃迁,重组,4个sp3轨道,激发态,杂化态,（3）sp3杂化（以CH4为例）,常见的杂化轨道,等性杂化,不等性 杂化,sp3,，,由相同原子组成
8、的双原子分子，分子中正、负电荷中心互相重合，这些分子都是非极性分子，如H2、O2、Cl2等。,（一）非极性分子正负电荷中心重合的分子。,由不同原子组成的多原子分子，分子的极性不仅与键的极性（电负性）有关，也与分子构型有关，若分子的空间构型对称，虽然分子由极性键组成，键的极性相互抵消，整个分子的正、负电荷中心重合，也是非极性分子。例如CO2、CH4。,四、分子的极性和分子间力,（二）极性分子正负电荷中心不重合的分子。,由不同原子组成的双原子分子，由于电负性不同，共用电子对偏向电负性较大的原子一方。两原子之间的化学键是极性键，这种分子就是极性分子，如HCl、HF、HBr、CO等。,对于不同原子组成
9、的多原子分子，化学键是极性键，当分子的空间构型不对称时，键的极性不能抵消，分子正、负电荷中心不重合，这样的分子是极性分子。如SO2、NH3、H2O、CH3Cl等分子都是极性分子。,（三）偶极矩（Dipole Moment）,若分子中正、负电荷中心所带的电量为q，正、负电荷中心距离（称偶极长）为l，分子的偶极矩用两者的乘积表示，即 ql,用偶极矩判断分子的空间构型：,0的分子为极性分子，越大，分子极性越大。 =0的分子为非极性分子。,一些常见分子的偶极矩,（四）分子的极化,分子的极化：由于外电场作用，使分子的正、负电荷中心相对位移，从而产生偶极或增大偶极的过程称为分子的极化。,非极性分子，在外电
10、场作用下，电子云与原子核发生相对位移，正、负电荷中心位移，从而产生偶极，这样形成的偶极称为诱导偶极。外电场消失时，诱导偶极也随之消失，分子恢复为原来的非极性分子。 极性分子本身具有固有偶极，若在外电场作用下，正、负电荷中心距离会增大，分子偶极矩增大，极性增加，产生诱导偶极。外电场消失时，诱导偶极会消失，但永久偶极不变。,三种偶极,永久偶极：极性分子本身所具有的偶极，又称固有 偶极； 诱导偶极：在外电场作用下或者在极性分子影响下产生的偶极； 瞬间偶极：某一瞬间，分子的正、负电荷中心发生不重合现象，这时所产生的偶极（原子核和电子都在不停地运动）。,（1）色散力由于各种分子均有瞬间偶极，故色散力存在
11、于极性分子和极性分子、极性分子和非极性分子及非极性分子和非极性分子之间 (即任何分子间）。,色散力的影响因素： 分子的变形性越大，色散力越大； 分子的相对分子质量越大，色散力越大； 分子间距离越大，色散力越小。,分子间的三种力,二、分子间力,（2）诱导力当极性分子与非极性分子相互靠近时，除了色散力的作用外，还存在着诱导力。极性分子作为电场，使非极性分子产生诱导偶极或使极性分子的偶极增大（也产生诱导偶极），这时诱导偶极与永久偶极之间产生诱导力。因此，诱导力存在于极性分子与非极性分子之间，也存在于极性分子与极性分子之间。极性分子和非极性分子之间的相互作用,（3）取向力由极性分子固有偶极的取向而产生
12、的力称为取向力，它仅存在于极性分子之间。,极性分子的相互作用,分子间力有以下特点： （1）分子间力较弱，一般小于40 kJ/mol，比化学键小10100 倍。但分子间力永远存在于分子或原子之间。 （2）分子间力的作用距离在数百皮米（pm），比化学键作用距离长，且无饱和性和方向性。 （3）分子间作用力对物质的熔点、沸点、溶解度、表面吸附等起作用。,固有偶极的取向,色散力、诱导力和取向力,极性分子之间,诱导偶极、固有偶极,色散力、诱导力,极性分子和非极性分子间,瞬时偶极,非极性分子之间,如何产生,分子间力名称,分子,色散力,研究氢化物的熔沸点变化规律发现：氢化物中NH3 、 H2O、HF具有反常的
13、性质（特别高的熔沸点）,五、氢键,进一步的研究表明，HF、H2O、NH3 分子间除了正常的分子间力外，还存在另外一种作用力，这就是氢键。,为什么？,当H原子和电负性大，原子半径小的X原子（如F、O、N）以极性共价键结合成HX共价键时，共用电子对强烈的偏向X原子， 使H原子几乎变为“裸露” 的氢核“质子”，这个氢核体积很小，且不带任何内层电子，不易被其他原子的电子云排斥，因此，可以吸引另一个电负性较大的Y原子（如F、O、N）中的孤对电子而形成氢键，表示方法： XHY,氢键的形成过程,（一）形成条件 含有氢原子的分子 氢必须与电负性很大的元素成键，通常是F、O、N三种元素的电子 。 与氢成键的原子
14、必须要有孤对电子，且半径很小。,本质 氢键基本上是静电性的,（二）氢键的强弱氢键的强度介于化学键和分子间作用力之间，其大小和 H 两侧的原子的电负性有关。F H F O HO N H NE /（ kJ/mol） 28.0 18.8 5.4,氢键：由于半径小又带正电性的氢原子充分靠近时所产生的吸引力,）,（三）氢键的特征：氢键具有方向性和饱和性,方向性 : Y与XH键成键时，Y的孤电子对的对称轴总是尽可能保持和XH键轴的方向一致，即使XHY在同一直线上，这样使Y的电子云密度最大限度地接近氢原子，X与Y的距离最远，两原子的电子云之间的排斥力最 小，形成的氢键最牢固，体系最稳定。,饱和性 : 因“裸
15、露”的氢原子非常小，实际上是镶嵌在Y的孤电子对的电子云中，如果与另一个Y结合，要受到电子云之间的排斥，不能再形成氢键，因而有饱和性。,邻硝基苯酚的分子内氢键 HF分子的分子间氢键,N,O,O,O,H,F,H,H,F,F,H,（四）氢键的种类分子内氢键和分子间氢键,分子内氢键,分子间氢键,分子极性下降，熔点、沸点下降,范德华力增加，熔点、沸点提高,氢键对于化合物性质的影响,分子间存在氢键时，大大地影响了分子间的结合力，故物质的熔点、沸点将升高。,HF HCl HBr HI 半径依次增大，色散力增加，沸点（bp） 依次增高， 但由于 HF 分子间有氢键，故 HF 的bp在这个序列中最高，破坏了从左到右 bp 升高的规律。 H2O、NH3 由于分子间氢键的存在，在同族氢化物中bp亦是最高。,蛋白质的-螺旋结构示意图,氢键存在于许多有机化合物中，如醇、酚、羧酸、胺、蛋白质等。蛋白质是由许多氨基酸分子通过肽键缩合而成，蛋白质长链由于存在许多氢键，使蛋白质分子呈现螺旋形构象。,复习指导,1核外电子运动的特殊性。 2核外电子运动状态的四个方面描述。 3. 核外电子排布的原理和洪特规则的特例。 4. 电子层结构和周期、族的划分以及元素的分区。 4共价键和价键理论。 5杂化轨道的四种类型。 6分子的极性、分子间作用力和氢键。,课后作业：P31综合练习题112,
