离子半径比规则的推导课件

化学键理论概述化学键理论概述化学键理论概述本章内容：本章内容：本章内容：本章内容：7-1 离子键离子键7-2 共价键共价键7-3 金属键金属键化学键化学键7-4 分子间作用力和氢键分子间作用力和氢键（强烈相互作用力）（强烈相互作用力）（弱的相互作用力）（弱的相互作用力）本章内容：7-1 离子键7-2 共价键7-3 金属键化学键77-1 离子键理论离子键理论7-1-1 离子键的形成离子键的形成Na e Na+Cl +e Cl（以（以 NaCl 为例为例）1.活泼金属原子（活泼金属原子（Na）和和活泼非金属原子（活泼非金属原子（Cl）在一定条件下相遇在一定条件下相遇,则则Na失去电子失去电子生成正离子生成正离子,Cl得到电子得到电子生成负离子生成负离子,7-1 离子键理论7-1-1 离子键的形成Na e 2.正负离子之间因静电引力，相互靠近正负离子之间因静电引力，相互靠近.随着正负离子间的距离随着正负离子间的距离r不同不同,体系的稳定性不同体系的稳定性不同.当当 r r0，随着，随着 r 减小，势能减小，势能 V 减小，体系趋于稳定。减小，体系趋于稳定。r r03.把化合物中正负离子间由于强烈静电引力把化合物中正负离子间由于强烈静电引力4.而形成的化学键称为离子键而形成的化学键称为离子键.4.离子键形成条件：离子键形成条件：一般来说一般来说,两元素的两元素的电负性差比较大电负性差比较大才形成离子键才形成离子键.X 1.7，发生电子转移，形成离子键；，发生电子转移，形成离子键；X 1.7，形成离子键，形成离子键(指离子键的成分大于指离子键的成分大于 50%)把化合物中正负离子间由于强烈静电引力4.离子键形成条件：X 7-1-2 离子键的主要特征离子键的主要特征:1.本质是静电引力本质是静电引力.q1,q2 为正负离子所带电量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。2 离子键无方向性和饱和性离子键无方向性和饱和性 无方向性是静电引力在各个方向都存在；无方向性是静电引力在各个方向都存在；3.离子键无饱和性离子键无饱和性 无饱和性是无饱和性是指正负离子之间，只要空间允许指正负离子之间，只要空间允许,尽可能多地吸引异号离子。尽可能多地吸引异号离子。如如:NaCl晶体晶体,配位数为配位数为6;CsCl晶体晶体,配位数为配位数为8;7-1-2 离子键的主要特征:1.本质是静电引力.q(1)无确定的分子量无确定的分子量 NaCl 晶体是个大分子，晶体中无单独的晶体是个大分子，晶体中无单独的 NaCl 分子存在。分子存在。NaCl 是化学式，因而是化学式，因而 58.5 可以认为是式量，不是分子量可以认为是式量，不是分子量。(3)熔点沸点较高熔点沸点较高 NaCl MgO m.p.（）801 2800 b.p.（）1413 3600 (2)导电性导电性 水溶液或熔融态导电，是通过离子的定向迁移完成的，水溶液或熔融态导电，是通过离子的定向迁移完成的，而不是通过电子流动导电而不是通过电子流动导电。2.离子晶体的特性离子晶体的特性(1)无确定的分子量 (3)熔点沸点较高 +位错位错+如如 CaCO3 可可 用于雕刻，而不可用于锻造，即不具有延展性用于雕刻，而不可用于锻造，即不具有延展性。F (4)硬度高硬度高,延展性差延展性差 硬度高：离子键强度大；硬度高：离子键强度大；无延展性无延展性：但受到外力冲击时，易发生位错，但受到外力冲击时，易发生位错，离子键失去作用，离子键失去作用，离子晶体离子晶体导致破碎导致破碎,。+位错+3.几种简单的离子晶体几种简单的离子晶体下图是一个下图是一个 NaCl 的晶胞的晶胞 配位数：配位数：最近层的异号离子有最近层的异号离子有 6 个，则配位数为个，则配位数为 6。顶点顶点 (1/8)8 =1 面中心面中心 (1/2)6 =3棱上棱上:(1/4)12 =3体中心体中心:1晶胞类型判断晶胞类型判断:NaCl 的晶胞为面心立方晶胞的晶胞为面心立方晶胞须观察同一种点（如须观察同一种点（如:空心圆空心圆Cl）ClNa+3.几种简单的离子晶体下图是一个 NaCl 的晶胞 配 下图是一个下图是一个 CsCl 的晶胞的晶胞因为：空心圆只存在于立方体顶点的因为：空心圆只存在于立方体顶点的 8 个位置上。个位置上。(1/8)8=1 晶胞类型判断晶胞类型判断:CsCl 的晶胞为的晶胞为简单立方晶简单立方晶胞胞，也叫做立方素格。也叫做立方素格。必须只观察同一种点（如空心圆）。必须只观察同一种点（如空心圆）。配位数：配位数：最近层的异号离子有最近层的异号离子有 8 个，则配位数为个，则配位数为 8。Cl-Cs+1 1=1 下图是一个 CsCl 的晶胞因为：空心圆只存 下图所示为下图所示为 ZnS 晶胞。晶胞。可以看作可以看作S2-成紧密堆积，成紧密堆积，Zn2+填充在四面体空隙。填充在四面体空隙。ZnS立方晶胞立方晶胞结构：结构：ZnS 晶胞为晶胞为面心立方晶胞面心立方晶胞。配位数为配位数为 4。（立方晶胞和六方晶胞）（立方晶胞和六方晶胞）11234 下图所示为 ZnS 晶胞。可以看作S2-判断晶胞类型：判断晶胞类型：须观察所有实心圆点须观察所有实心圆点，除了立方体顶点的除了立方体顶点的 8 个个 K 外，体心位置有外，体心位置有 1 个个 K。所以称为体心立方晶胞。所以称为体心立方晶胞。问：金属钾的晶胞属于什么问：金属钾的晶胞属于什么晶胞晶胞?注：有关离子晶体结构的详细知识，见注：有关离子晶体结构的详细知识，见结构化学结构化学。属于立方体心晶胞，属于立方体心晶胞，金属钾的晶胞金属钾的晶胞判断晶胞类型：须观察所有实心圆点，问：金属钾的晶胞属于什 7-1-5 离子晶体离子晶体1.晶体的基本概念晶体的基本概念2.离子晶体的特性离子晶体的特性3.几种简单的离子晶体几种简单的离子晶体4.离子半径比与配位数和晶体结构之间的关系离子半径比与配位数和晶体结构之间的关系 7-1-5 离子晶体1.晶体的基本概念2.离子晶体的4.离子半径比与配位数和晶体结构之间的关系离子半径比与配位数和晶体结构之间的关系问：问：NaCl 六配位，六配位，CsCl 八配位，八配位，ZnS 四配位。四配位。均为立方晶系均为立方晶系 AB 型晶体，为何配位数不同型晶体，为何配位数不同?答：由离子答：由离子正负离子半径比正负离子半径比(r+/r-)决定的决定的。半径比半径比(r+/r-)配位数配位数 实例实例 0.225 0.414 4 配位配位 ZnS 式晶体结构式晶体结构 0.414 0.732 6 配位配位 NaCl 式晶体结构式晶体结构 0.732 1.000 8 配位配位 CsCl 式晶体结构式晶体结构离子半径比规则：离子半径比规则：离子半径比规则的推导：比较复杂，省略。离子半径比规则的推导：比较复杂，省略。4.离子半径比与配位数和晶体结构之间的关系问：NaCl 使用离子半径比规则的注意事项使用离子半径比规则的注意事项：见见P173页。页。1.讨论中离子半径比规则时，将离子视为刚性球体，讨论中离子半径比规则时，将离子视为刚性球体，因此：有时推导出的结果与实际晶体类型有出入。因此：有时推导出的结果与实际晶体类型有出入。此时，以实际测得的结果为准。此时，以实际测得的结果为准。2.当当半径比半径比(r+/r-)接近极限值时，两种结构可能同时存在。接近极限值时，两种结构可能同时存在。3.离子构型还与其它外界条件有关。如温度。离子构型还与其它外界条件有关。如温度。4.离子半径比规则只适用于离子晶体，不适用分子晶体。离子半径比规则只适用于离子晶体，不适用分子晶体。对于对于 离子极化作用强的化合物，晶体的构型就会偏离离子极化作用强的化合物，晶体的构型就会偏离 离子半径比规则。此时，以实际测得的结果为准。离子半径比规则。此时，以实际测得的结果为准。使用离子半径比规则的注意事项：见P173页。1.讨论中离子7.2 共价键理论共价键理论 离子键理论很好说明离子化合物的形成和特性离子键理论很好说明离子化合物的形成和特性,但不能说明但不能说明相同原子是如何形成分子的相同原子是如何形成分子的(如如H2,N2).也不能说明也不能说明电负性接近的元素原子如何形成分子电负性接近的元素原子如何形成分子的的.为了描述这类分子形成的本质和特性为了描述这类分子形成的本质和特性,提出了提出了共价键理论共价键理论.路易斯经典共价键理论路易斯经典共价键理论(7-2-1)现代共价键现代共价键 理理 论论分子轨道理论分子轨道理论(7-2-5)共价键共价键 理理 论论 价键理论；价键理论；7-2-2杂化轨道理论；杂化轨道理论；7-2-3价层电子对互斥理论；价层电子对互斥理论；7-2-47.2 共价键理论 离子键理论很好说明离子化合物7.2 共价键理论共价键理论7-2-1 路易斯经典共价键理论路易斯经典共价键理论7-2-2 现代价键理论现代价键理论7-2-3 杂化轨道理论；杂化轨道理论；7-2-4 价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论7-2-5 分子轨道理论分子轨道理论7.2 共价键理论7-2-1 路易斯经典共价键理论77-2-1 价键理论价键理论 1.经典共价键理论经典共价键理论:（1916 年美国科学家年美国科学家 Lewis 提出）提出）共价键共价键:原子可以通过共用电子对而形成的化学键原子可以通过共用电子对而形成的化学键.,例例1 H +H =H H认为分子中的原子可以通过共用电子对认为分子中的原子可以通过共用电子对,从而使每个原子都达到稳定的稀有气体电子结构从而使每个原子都达到稳定的稀有气体电子结构.习惯称为习惯称为“八隅体规则八隅体规则”。共价键的形成条件共价键的形成条件:当化合物中元素当化合物中元素 X 孤孤电子对电子对-成键成键电子对电子对 成键成键电子对电子对-成键成键电子对电子对3、当分子中有双键、叁键时，价层电子对互斥理论仍适用，如 C确定中心原子的价层电子对数确定中心原子的价层电子对数价层电子对数价层电子对数=（中心原子价电子数（中心原子价电子数+配位原子提供的电子数配位原子提供的电子数-离子电荷数）离子电荷数）/2 H、X(卤素卤素)作作为配位原子为配位原子时，提供一个电子；时，提供一个电子；O、S作作为配位原子为配位原子时，不提供电子；时，不提供电子；O、S作作为中心原子为中心原子时，仍然提供时，仍然提供6个价电子个价电子 中心原子一般是主族非金属元素中心原子一般是主族非金属元素,提供的价电子数等于族数提供的价电子数等于族数;若有单电子，视为一个电子对。（如若有单电子，视为一个电子对。（如NO2）注意注意：确定中心原子的价层电子对数价层电子对数 H、X(卤素)作三、应用举例三、应用举例例：试用例：试用 VSEPR 理论判断下列分子的几何结构理论判断下列分子的几何结构:CO2、BF3、NH3、CH4、PF5、SF6、ClF3BF332NH34CO2分子或离子分子或离子 电子对数电子对数 电子对构型电子对构型 分子构型图分子构型图三、应用举例例：试用 VSEPR 理论判断下列分子的几何结构ClF35分子或离子分子或离子 电子对数电子对数 电子对构型图电子对构型图 分子构型图分子构型图绘出绘出ClFClF3 3分子可能的分子分子可能的分子构型构型:确定稳定结构的步骤是确定稳定结构的步骤是：？找出找出最稳定最稳定构型构型ClF35分子或离子 电子对数 电子对构型图(2)确定斥力最小、最稳定结构。确定斥力最小、最稳定结构。先先找出找出电子对之间电子对之间最小的夹角最小的夹角分析分析(本题是本题是90),再再比较图中比较图中各种排斥作用各种排斥作用的种类和数目。的种类和数目。90孤孤电子对电子对-孤孤电子对的排斥作用数目电子对的排斥作用数目(a)(b)(c)01090孤孤电子对电子对-成键成键电子对的排斥作用数目电子对的排斥作用数目6490成键成键电子对电子对-成键成键的电子对排斥作用数目的电子对排斥作用数目ClFClF3 3分子分子构型构型就是就是(c)(c)，即，即T T型型(2)确定斥力最小、最稳定结构。90孤电子对-孤电子对的排7.2 共价键理论共价键理论7-2-1 路易斯经典共价键理论路易斯经典共价键理论7-2-2 现代价键理论现代价键理论7-2-4 杂化轨道理论；杂化轨道理论；7-2-3 价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论7-2-5 分子轨道理论分子轨道理论7.2 共价键理论7-2-1 路易斯经典共价键理论7 分子轨道理论在化学键理论中的位置分子轨道理论在化学键理论中的位置化学键化学键 理理 论论路易斯经典共价键理论路易斯经典共价键理论现代共价键现代共价键 理理 论论 价键理论；价键理论；杂化轨道理论；杂化轨道理论；价层电子对互斥理论；价层电子对互斥理论；分子轨道理论分子轨道理论离子键理论离子键理论共价键共价键 理理 论论金属键理论金属键理论 分子轨道理论在化学键理论中的位置化学键路易斯经典共价一一.分子轨道理论要点：分子轨道理论要点：7-2-5 分子轨道理论分子轨道理论二、分子轨道的类型二、分子轨道的类型三三.分子轨道能级图分子轨道能级图四四.分子轨道理论应用分子轨道理论应用一.分子轨道理论要点：7-2-5 分子轨道理论二、一一.分子轨道理论要点：分子轨道理论要点：1.分子是一个整体，分子中的电子不再属于某个特定的原子，分子是一个整体，分子中的电子不再属于某个特定的原子，而是在分子轨道中运动而是在分子轨道中运动。2.分子轨道由原子轨道线性组合得到分子轨道由原子轨道线性组合得到.例如：例如：H 2 中中,两个两个 H 的原子轨道组合成的原子轨道组合成两个两个分子轨道。分子轨道。+E成键成键反键反键 AO AOMO*一.分子轨道理论要点：1.分子是一个整体，分子中的电子3.原子轨道组合成分子轨道，必须遵循三原则（原子轨道组合成分子轨道，必须遵循三原则（P185)。1）对称性匹配原则）对称性匹配原则2）能量相近原则能量相近原则3）轨道最大重叠原则轨道最大重叠原则4.分子轨道形成后，再填充电子分子轨道形成后，再填充电子.同样遵循能量最低原理；保里不相容原理和洪特规则。同样遵循能量最低原理；保里不相容原理和洪特规则。一一.分子轨道理论要点：分子轨道理论要点：3.原子轨道组合成分子轨道，必须遵循三原则（P185)。1二、分子轨道的类型二、分子轨道的类型S-S轨道组合轨道组合:1s 1sAOAO MO *1s 1s+*1s 1s 轨道特征：绕键轴对称，无节面轨道特征：绕键轴对称，无节面二、分子轨道的类型S-S轨道组合:1s 1sAOAO MO*px_+能量px px_+_+_+_+_+_+px+_-PxPxAOAO MO *2pX 2pX当原子沿当原子沿 x 轴接近时，轴接近时，px 与与 px 头对头组合成头对头组合成 和和*。px 与与 px轨道组合轨道组合:轨道特征：绕键轴对称，无节面轨道特征：绕键轴对称，无节面*px_+能量px px_+_+_+_+_+_+_+_+npZ npZ_+_能量*npz npz-AOAO MO *2py 2py2Py2Py py和和py，pz 和和pz分别肩并肩组合成分子轨道分别肩并肩组合成分子轨道 和*py 和和py轨道组合轨道组合;pz 和和pz轨道组合轨道组合:轨道特征：绕键轴反对称，有一个节面轨道特征：绕键轴反对称，有一个节面_+_+_+_+npZ npZ_三三.分子轨道能级图分子轨道能级图同核双原子分子的同核双原子分子的分子轨道能级图分为分子轨道能级图分为 A 图和图和 B 图两种。图两种。A 图图分子轨道式分子轨道式(适用于适用于 O2，F2 分子分子):B图图分子轨道式分子轨道式(适用于适用于 B2，C2，N2 等分子等分子)。三.分子轨道能级图同核双原子分子的分子轨道能级图分为 A2p2p2s 2s 2s*2s 1s*1s MO 1s 1sAOAOA 图图(O2)*2*2*2 2 2 2 B 图图(N2)1s1s 1s*1s2s 2s 2s*2sAO2p2p MO AO*2*2*2 2 2 22p2p2s 2s 2s*2s 1s*1s MO 1四四.分子轨道理论应用分子轨道理论应用（一）推测分子的存在和阐明分子的结构（一）推测分子的存在和阐明分子的结构 键级越大，分子越稳定，键级越大，分子越稳定，键级为键级为零零,分子不存在。分子不存在。问：问：He2 分子分子 和和 He2+离子是否存在？离子是否存在？键级键级 =(成键电子数成键电子数 反键电子数反键电子数)/2四.分子轨道理论应用（一）推测分子的存在和阐明分子的结构（二）预言分子的磁性（二）预言分子的磁性顺磁性：顺磁性：凡凡单电子单电子的分子，在外加磁场中的分子，在外加磁场中 必须顺着磁场方向排列。分子的这种性质叫顺磁性。必须顺着磁场方向排列。分子的这种性质叫顺磁性。具有具有单电子单电子的物质的物质顺磁性物质顺磁性物质反磁性：反磁性：无单电子无单电子的分子，在磁场中与磁场方向相反排列，的分子，在磁场中与磁场方向相反排列，无单电子的物质无单电子的物质反磁性物质反磁性物质。物质的磁性主要来源于电子的自旋。物质的磁性主要来源于电子的自旋。（二）预言分子的磁性顺磁性：反磁性：物质的磁性主要来源于电子第第7章章 化学键理论概述化学键理论概述本章内容：本章内容：本章内容：本章内容：7-1 离子键离子键7-2 共价键共价键7-3 金属键金属键化学键化学键7-4 分子间作用力和氢键分子间作用力和氢键第7章 化学键理论概述本章内容：7-1 离子键7-2 共价键7.3 金属键理论金属键理论7-3-3 7-3-3 金属晶体的密堆积结构金属晶体的密堆积结构7-3-1 金属键的金属键的改性共价键理论改性共价键理论7-3-2 金属键金属键能带理论能带理论理论理论7.3 金属键理论7-3-3 金属晶体的密堆积结构7-37.3 金属键理论金属键理论在在100多种元素中，金属元素占了多种元素中，金属元素占了4/5，除汞外，其余金属都呈固体，称之为除汞外，其余金属都呈固体，称之为金属晶体金属晶体。金属晶体有许多共性，金属晶体有许多共性，如金属光泽，导电如金属光泽，导电性性、导热性，、导热性，延展性等。延展性等。金属晶体的共性是由金属晶体的内部结构决定的。金属晶体的共性是由金属晶体的内部结构决定的。7.3 金属键理论在100多种元素中，金属元素占了4/5金属晶体的内部结构：金属晶体的内部结构：金属晶体是由金属原子（或金属离子）紧密堆积而成的。金属晶体是由金属原子（或金属离子）紧密堆积而成的。自由电子自由电子+金属离子金属离子金属原子金属原子+金属键：金属键：金属晶体中金属离子和自由电子之间的强烈相互作用。金属晶体中金属离子和自由电子之间的强烈相互作用。金属键理论：金属键理论：改性共价键理论改性共价键理论和和能带理论能带理论。金属晶体的内部结构：金属晶体是由金属原子（或金属离子）紧密堆7-3-1 金属键的金属键的改性共价键理论改性共价键理论改性共价键理论：改性共价键理论：一般共价键一般共价键中中2个原子共用个原子共用2个电子形成的二中心二电子共价键。个电子形成的二中心二电子共价键。而金属晶体中而金属晶体中多个原子多个原子共用共用许多个电子许多个电子形成的形成的特殊共价键。特殊共价键。金属键的金属键的特征特征：不具有方向性和饱和性。不具有方向性和饱和性。用用改性共价键理论来解释改性共价键理论来解释金属晶体有许多共性金属晶体有许多共性（见（见P190）：1.金属光泽金属光泽2.导电性导电性3.导热性导热性4.金属有很好的延展性金属有很好的延展性7-3-1 金属键的改性共价键理论改性共价键理论：金属键的7-3-2 金属键金属键能带理论能带理论理论：理论：1 理论要点理论要点（1）电子是离域的。）电子是离域的。所有电子属于金属晶体，不再属于哪个原子；所有电子属于金属晶体，不再属于哪个原子；（2）组成金属能带）组成金属能带 (Energy Band)3s3s 3s 3s*也可写成：也可写成：3s3s 3s 3s*因此金属能带理论属于因此金属能带理论属于分子轨道理论分子轨道理论类型。类型。Na2 分子分子的价的价轨道轨道7-3-2 金属键能带理论理论：1 理论要点（1）电子是 3n 个个 2pn 个个 2sn 个个 1s（3）满带）满带 导带和空带导带和空带以以 Li 为例为例，1s2 2s1 2p0组成的组成的1s能带能带充满电子充满电子，称为称为满带满带。组成的组成的2s能带能带中中电子电子半半充充满满，称为称为导带导带。组成的组成的2p 能带中能带中无电子无电子，称为称为空带空带。禁带：禁带：从从满带顶满带顶到到导带底导带底(或或空带底空带底)的能量间隔很大的能量间隔很大，电子跃迁困难。电子跃迁困难。这个这个能能量间隔量间隔称为称为禁带禁带。禁带禁带 3n 个 2pn 个 2sn 个 1s（3）满带 导带(4)能带重叠能带重叠3n 个个 2pn 个个 2s 可见：可见：相邻近的能带，有时可以相邻近的能带，有时可以部分部分重叠。重叠。Be 的的 2s 能带和能带和 2p 能带能带虽然：虽然：Be 的的 2s 能带是满带能带是满带，但：但：通过通过能带的能带的重叠重叠使使 2S电子电子可以跃迁可以跃迁到到 2p 空带空带中去。中去。(4)能带重叠3n 个 2pn 个 2s 可见：2.用用能带理论理论能带理论理论解释解释金属的物理性质金属的物理性质绝缘体绝缘体：没有导带没有导带，且满带和空带之间的禁带且满带和空带之间的禁带 E 5 eV，电子难以跃迁电子难以跃迁，则为绝缘体则为绝缘体。如：金刚石如：金刚石导体：导体：在外电场作用下，导带中的电子能成低能级在外电场作用下，导带中的电子能成低能级 跃迁到高能级，这是金属具导电性的原因。跃迁到高能级，这是金属具导电性的原因。如：如：Na，Be,Mg等。等。半导体半导体：没有导带没有导带，若禁带的若禁带的 E 3 eV，在外界能量激发下在外界能量激发下，电子可以穿越禁带进入空带电子可以穿越禁带进入空带，产生导电效果产生导电效果，则为半导体。则为半导体。如：如：Si，Ge;1导电性导电性2.用能带理论理论解释金属的物理性质绝缘体：没有导带，且 3.延展性延展性2.金属光泽金属光泽 电子在能带中跃迁，能量变化的覆盖范围相当广泛。电子在能带中跃迁，能量变化的覆盖范围相当广泛。放出各种波长的光，故大多数金属呈银白色。放出各种波长的光，故大多数金属呈银白色。受外力时，金属能带不被破坏。受外力时，金属能带不被破坏。4.金属能带理论中金属能带理论中成键的实质成键的实质是，电子填充在低能量的能是，电子填充在低能量的能级中，使晶体的能量低于金属原子单独存在时的能量。级中，使晶体的能量低于金属原子单独存在时的能量。n 个个 1s 金属能带理论属于分子轨道理论类型。金属能带理论属于分子轨道理论类型。3.延展性2.金属光泽 电子在能7-3-3 7-3-3 金属晶体的密堆积结构金属晶体的密堆积结构金属晶体中离子是以紧密堆积的形式存在的金属晶体中离子是以紧密堆积的形式存在的。最密的堆积方式有三种：最密的堆积方式有三种：面心立方密堆积：面心立方密堆积：配位数为配位数为12，空间利用率为，空间利用率为74%；六方密堆积六方密堆积：配位数为：配位数为12，空间利用率为，空间利用率为74%；体心立方密堆积体心立方密堆积：配位数为：配位数为8，空间利用率为，空间利用率为68%；7-3-3 金属晶体的密堆积结构金属晶体中离子是以紧密堆积的第第7章章 化学键理论概述化学键理论概述本章内容：本章内容：本章内容：本章内容：7-1 离子键离子键7-2 共价键共价键7-3 金属键金属键化学键化学键7-4 分子间作用力和氢键分子间作用力和氢键第7章 化学键理论概述本章内容：7-1 离子键7-2 共价键7.4.1 分子的极性分子的极性若分子的正电重心和负电重心若分子的正电重心和负电重心重合重合，则为非极性分子；，则为非极性分子；若分子的正电重心和负电重心若分子的正电重心和负电重心不重合不重合，则为，则为极性分子极性分子，1.分子极性的判断分子极性的判断:(1)双原子分子极性：双原子分子极性：两个两个相同相同原子组成的分子，正负电荷中心重合，原子组成的分子，正负电荷中心重合，非极性分子非极性分子。两个两个不不相同相同原子组成的分子，正负电荷中心不重合，原子组成的分子，正负电荷中心不重合，极性分子极性分子。双原子分子的极性双原子分子的极性 取决于键的极性。取决于键的极性。7.4.1 分子的极性若分子的正电重心和负电重心重合，则为多原子分子的极性：多原子分子的极性：键的极性键的极性分子的几何构型分子的几何构型若若分子的几何构型分子的几何构型完全对称完全对称，则，则是是非非极性分子极性分子；若若分子的几何构型分子的几何构型不完全对称不完全对称，则是，则是极性分子极性分子；分子分子H2SBF3CH4CHCl3键的极性键的极性极性极性极性极性非极性非极性极性极性几何构型几何构型V形形正三角形正三角形正四面体正四面体四面体四面体分子极性分子极性极性极性非极性非极性非极性非极性极性极性多原子分子的极性：键的极性若分子的几何构型完全对称，则是非 非极性分子非极性分子在电场作用下，电子云与原子核发生相对位移，在电场作用下，电子云与原子核发生相对位移，分子发生变形，正、负电荷中心由重合变成不重合，分子发生变形，正、负电荷中心由重合变成不重合，从而产生偶极，从而产生偶极，变成极性分子。变成极性分子。诱导偶极诱导偶极:分子分子在电场的影响下产生的偶极在电场的影响下产生的偶极.3 诱导偶极，固有偶极，诱导偶极，固有偶极，瞬间偶极瞬间偶极注：注：非极性分子非极性分子和和极性分子极性分子，在外电场作用下都会产生在外电场作用下都会产生诱导偶极。诱导偶极。诱导偶极的产生诱导偶极的产生 非极性分子在电场作用下，电子云与原子核发生相对位移 极性分子在外电场作用下，也可产生极性分子在外电场作用下，也可产生诱导偶极。诱导偶极。电场强度成正比，电场强度成正比，分子的变形性成正比分子的变形性成正比 分子的变形性分子的变形性:即分子的正负电重心的可分程度，即分子的正负电重心的可分程度，分子体积越大，电子越多，变形性越大。分子体积越大，电子越多，变形性越大。诱导偶极诱导偶极()的大小的大小 极性分子在外电场作用下，也可产生诱导偶极。电固有偶极固有偶极极性分子由于正、负电荷中心不重合，极性分子由于正、负电荷中心不重合，始终存在着正、负两极，这种偶极叫做始终存在着正、负两极，这种偶极叫做固有偶极固有偶极。瞬间偶极：瞬间偶极：非极性分子正负电荷中心重合，分子没有极性。非极性分子正负电荷中心重合，分子没有极性。但电子在高速运动，原子核也在不停地振动，但电子在高速运动，原子核也在不停地振动，使原子核与电子云之间发生瞬时的相对位移。使原子核与电子云之间发生瞬时的相对位移。正、负电荷中心暂时不重合，产生正、负电荷中心暂时不重合，产生瞬时偶极瞬时偶极。注：这种注：这种瞬时偶极瞬时偶极尽管存在时间极短，但总在不停地重复，尽管存在时间极短，但总在不停地重复，因此：因此：瞬时偶极总是存在的瞬时偶极总是存在的。固有偶极极性分子由于正、负电荷中心不重合，瞬间偶极：7.4.2 分子间作用力（范德华力）分子间作用力（范德华力）取向力取向力诱导力诱导力色散力色散力范德华力范德华力7.4.2 分子间作用力（范德华力）取向力诱导力色散力范1.取向力取向力极性极性分子离得较远分子离得较远分子靠近时分子靠近时产生的前提：极性分子与极性分子间产生的前提：极性分子与极性分子间固有偶极之间固有偶极之间的静电吸引力称为的静电吸引力称为取向力。取向力。1.取向力极性分子离得较远分子靠近时产生的前提：极性分子与极2.诱导力固有偶极固有偶极和和诱导偶极诱导偶极间的作用力间的作用力称为诱导力称为诱导力。分子离得较远分子离得较远分子靠近时分子靠近时产生的前提产生的前提：极性分子与非极性分子之间；极性分子与非极性分子之间；极性分子与极性分子之间；极性分子与极性分子之间；2.诱导力固有偶极和诱导偶极间的作用力称为诱导力。分子离得较瞬时偶极瞬时偶极与诱导偶极与诱导偶极之间的相互作用之间的相互作用任何分子都存在任何分子都存在瞬时偶极瞬时偶极，瞬时偶极会诱导相邻分子产生瞬时偶极会诱导相邻分子产生诱导偶极诱导偶极，这种这种瞬时偶极瞬时偶极与与诱导偶极诱导偶极间相互作用力。间相互作用力。3.色散力色散力一般而言，分子体积越大，分子变形性越大一般而言，分子体积越大，分子变形性越大,色散力越大。色散力越大。非极性分子非极性分子某一瞬间某一瞬间色散力产生的前提：色散力产生的前提：存在于一切分子之间。存在于一切分子之间。瞬时偶极瞬时偶极尽管尽管存在时间极短存在时间极短，但总在，但总在不停重复着不停重复着，因此因此色散力始终存在色散力始终存在。瞬时偶极与诱导偶极任何分子都存在瞬时偶极，3.色散力一般而分子间作用力分子间作用力分子分子分子间力种类分子间力种类非极性分子非极性分子-非极性分子非极性分子色散力色散力非极性分子非极性分子-极性分子极性分子色散力、诱导力色散力、诱导力极性分子极性分子-极性分子极性分子色散力、诱导力、取向力色散力、诱导力、取向力分子间作用力分子分子间力种类非极性分子-非极性分子色散力非极分子间力的特点分子间力的特点是一种电性作用力。是一种电性作用力。作用距离短：作用范围仅为几百皮米作用距离短：作用范围仅为几百皮米(pm)。作用能小：作用能小：一般为几到几十千焦每摩尔。一般为几到几十千焦每摩尔。比键能小比键能小 12个数量级。个数量级。无饱和性和方向性。无饱和性和方向性。对大多数分子来说，以色散力为主。对大多数分子来说，以色散力为主。极性很大且存在氢键的分子极性很大且存在氢键的分子(如如H2O、NH3等等)，取向力为主，取向力为主.分子间力的特点是一种电性作用力。作用距离短：作用范围仅为几百分子量分子量色散力色散力沸点熔点沸点熔点HeNeAr Kr Xe小大小大小大低高 决定共价型物质的熔、沸点、气化热、熔化热、决定共价型物质的熔、沸点、气化热、熔化热、蒸气压、溶解度及表面张力等物理性质的重要因素。蒸气压、溶解度及表面张力等物理性质的重要因素。分子间力的意义：分子间力的意义：变形性变形性分子量色散力沸点熔点HeNeArKrXe小大小大小大低高 7.4.37.4.37.4.37.4.3 氢键氢键氢键氢键同主族氢化物熔、沸点随相对分子质量的增大而升高，同主族氢化物熔、沸点随相对分子质量的增大而升高，但但NH3、H2O、HF特殊。特殊。7.4.3 氢键同主族氢化物熔、沸点随相对分子质量的增大而 键长特殊：FH F 270pm 键能小 E(FH F)28kJmol1 具有饱和性和方向性。氢键的特点：氢键氢键（X-H.Y）的形成有两个两个条件：的形成有两个两个条件：1 存在存在X-H 2.在在H在附近有在附近有Y元素元素.注：注：X,Y都为都为电负性大电负性大、半径、半径小的原子小的原子(F，O，N )键长特殊：FH F 270pm氢键的特点：分子间氢键：分子间氢键：HF、H2O、NH3 有有分子间氢键分子间氢键外，外，在有机羧酸在有机羧酸、醇、酚、胺、氨基酸和蛋白质中醇、酚、胺、氨基酸和蛋白质中 也有氢键的存在。也有氢键的存在。HCOOHHOOHC例如：甲酸靠氢键形成二聚体。例如：甲酸靠氢键形成二聚体。分子间氢键：HCOOHHOOHC例如：甲酸靠氢键形成二聚体。分子内的氢键分子内的氢键如如H O O N O硝酸硝酸O O N H O邻硝基苯酚邻硝基苯酚分子内氢键由于受环状结构的限制，分子内氢键由于受环状结构的限制，XHY往往不在同一直线上。往往不在同一直线上。分子内的氢键如H O硝酸O 氢键形成对物质性质的影响氢键形成对物质性质的影响熔、沸点熔、沸点分子间的氢键分子间的氢键存在使熔、沸点升高。存在使熔、沸点升高。如如 HF、H2O、NH3 分子内的氢键分子内的氢键存在使熔、沸点降低。存在使熔、沸点降低。没有分子内氢键没有分子内氢键，就就形成形成分子分子间间氢键氢键熔熔,沸点沸点:高高 113 114 有有分子内氢键分子内氢键 熔熔,沸点沸点 低低 m.p.:44 45 氢键形成对物质性质的影响熔、沸点分子间的氢键存在使熔、沸点升溶解度溶解度在极性溶剂中，若溶质和溶剂间存在氢键在极性溶剂中，若溶质和溶剂间存在氢键,则会使溶质的溶解度增大。则会使溶质的溶解度增大。如如 HF、NH3 在在H2O的溶解度较大。的溶解度较大。粘度增大粘度增大如甘油、磷酸、浓硫酸均因分子间如甘油、磷酸、浓硫酸均因分子间氢键的存在，为粘稠状液体。氢键的存在，为粘稠状液体。密度增大密度增大：液体分子间的氢键存在，：液体分子间的氢键存在，使分子发生缔合现象，密度增大。使分子发生缔合现象，密度增大。溶解度在极性溶剂中，若溶质和溶剂间存在氢键,如 HF、NH离子极化现象离子极化现象 离子在离子在外外电场中电场中，电子云发生变形。，电子云发生变形。离子极化现象 在离子化合物中，离子是带电体，正负离子靠近时，在离子化合物中，离子是带电体，正负离子靠近时，离子化合物中，离子产生的电场，可以使得周围的离子化合物中，离子产生的电场，可以使得周围的异号离子发生变形，这一现象称为异号离子发生变形，这一现象称为离子极化现象离子极化现象。离子的极化力离子的极化力：离子产生电场离子产生电场 的强弱。的强弱。离子极化离子极化的强弱的强弱取决于取决于离子的极化能力离子的极化能力和和离子的变形性离子的变形性离子的变形性离子的变形性：离子的电子云形状发生改变的难易。离子的电子云形状发生改变的难易。故故离子有二重性离子有二重性：变形性和极化能力。：变形性和极化能力。在离子化合物中，离子是带电体，正负离子靠近时，3.离子极化离子极化对化合物结构及性质对化合物结构及性质的影响的影响（P213）3.化合物由化合物由离子晶体向分子晶体过渡离子晶体向分子晶体过渡，导致导致物质的熔物质的熔,沸沸点降低点降低.极化极化作用的结果作用的结果:2.离子键向共价键过渡离子键向共价键过渡，使化合物极性减小，使化合物极性减小,在水中的溶解性降低在水中的溶解性降低。1.使得电子云相互渗透重叠，核间距缩小，使得电子云相互渗透重叠，核间距缩小，离子键向共价键过渡离子键向共价键过渡;4.使化合物的颜色加深使化合物的颜色加深。离子极化在很多方面影响物质性质，离子极化在很多方面影响物质性质，是离子键理论的重要补充。是离子键理论的重要补充。习题：24，25 3.离子极化对化合物结构及性质的影响（P213）4.附加极化附加极化（又称为（又称为相互极化相互极化）（）（P212)一般情况下，一般情况下，正离子正离子半径小，电场强，变形小，半径小，电场强，变形小，只考虑只考虑正离子正离子的的极化极化作用作用负负离子离子半径大，电场弱，变形大，半径大，电场弱，变形大，只考虑负只考虑负离子离子的变形性的变形性。在某些特殊情况下在某些特殊情况下（如：（如：正离子变形性正离子变形性较大）较大），就需要考虑就需要考虑正、负正、负离子的离子的相互相互极化极化.附加极化：附加极化：当正离子当正离子变形性变形性较大较大，受到负离子极化后，受到负离子极化后，发生变形，产生诱导偶极，从而又加强负离子的极化力。发生变形，产生诱导偶极，从而又加强负离子的极化力。这种加强了的极化作用称为这种加强了的极化作用称为附加极化附加极化。考虑考虑相互极化相互极化的两个前提条件的两个前提条件：1.一般极化作用解释不了事实；一般极化作用解释不了事实；2.正离子变形性正离子变形性较大较大如如 (18+2)e、18 e 构型构型，4.附加极化（又称为相互极化）（P212)5 反极化作用反极化作用 NO3 的结构的结构NO3 中心中心的的 N(V)，极化作用很强，使氧的电子云变形极化作用很强，使氧的电子云变形。N(V)对对O 的的极化极化H+对对O 的的极化极化称为称为反极化反极化即即与与 N(V)的的极化极化作用作用相反相反5 反极化作用 NO3 的结构NO2024年年5月月19日日892023年8月3日89Thank you!