化学键和分子结构PPT.ppt

关关于化于化学键与学键与分子分子结构结构PPT第一张，PPT共二十二页，创作于2022年6月分子是保持物质性质的最小单位。分子是保持物质性质的最小单位。分子的性质除取决于分子的化学组成外分子的性质除取决于分子的化学组成外,还还 取决于分子的结构取决于分子的结构原子间的化学键及分原子间的化学键及分 子的空间构型。子的空间构型。分子或晶体中相邻原子之间的强烈作用力分子或晶体中相邻原子之间的强烈作用力 叫做化学键。叫做化学键。化学键主要有离子键、共价键和金属键三化学键主要有离子键、共价键和金属键三 种基本类型。种基本类型。分子之间存在着分子间力。它们对物质的分子之间存在着分子间力。它们对物质的 性质都有较大影响。性质都有较大影响。第二张，PPT共二十二页，创作于2022年6月 Pauling L在在The Nature of The Chemical Bond中中提提出出了了用用得得最最广广泛泛的的化化学学键键定定义义：如如果果两两个个原原子子（或或原原子子团团）之之间间的的作作用用力力强强得得足足以以形形成成足足够够稳稳定定的的、可可被被化化学学家家看看作作独独立立分分子子物种的聚集体，它们之间就存在化学键。物种的聚集体，它们之间就存在化学键。简单地说：简单地说：化学键是指分子或晶体内部原子之间的强相互作用力。化学键是指分子或晶体内部原子之间的强相互作用力。不同的外在性质反映了不同的内部结构不同的外在性质反映了不同的内部结构各自内部的结合力不同各自内部的结合力不同第三张，PPT共二十二页，创作于2022年6月已明确了的化学键类型已明确了的化学键类型化化学学键键共共价价键键金金属属键键离子配键离子配键离子偶极配键离子偶极配键离子键离子键 电价配键电价配键配配键键双原双原子共子共价键价键多原多原子共子共价键价键电子对键电子对键（单、双、（单、双、叁键）叁键）单电子键单电子键三电子键三电子键共轭共轭 键键多中心键多中心键极极 性性 键键 共价配键共价配键非极性键非极性键电电价价键键第四张，PPT共二十二页，创作于2022年6月化学键理论总体框架化学键理论总体框架图图路易斯理论路易斯理论现代共价键现代共价键 理理 论论（量子力学）（量子力学）（1927年）年）价键理论价键理论（VB 法）法）价层电子对价层电子对 互斥理论互斥理论轨道杂化理论轨道杂化理论分子轨道理论分子轨道理论现代价键现代价键 理理 论论离子键理论离子键理论共价键共价键 理理 论论化化学学键键理理论论（X）（?）第五张，PPT共二十二页，创作于2022年6月348.7348.76.1 离子键与离子晶体离子键与离子晶体（Ionic bond theory）（1）离子键理论要点）离子键理论要点形成条件：形成条件：X=XA XB 1.7形成化学键形成化学键-786.5 kJmol-1 6.1.1 离子键的形成离子键的形成1913 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第六张，PPT共二十二页，创作于2022年6月 极性增大极性增大非极性共价键非极性共价键 极性共价键极性共价键 离子键离子键 化合物中不存在百分之百的离子键，即使是化合物中不存在百分之百的离子键，即使是 NaF 的化的化学键，其中也有共价键的成分。即除离子间靠静电相互学键，其中也有共价键的成分。即除离子间靠静电相互吸引外，尚有共用电子对的作用。吸引外，尚有共用电子对的作用。X 1.7，实际上是指离子键的成分大于，实际上是指离子键的成分大于 50%。第七张，PPT共二十二页，创作于2022年6月（2）晶格能晶格能(lattice energy)意义意义 衡量离子键的强度。衡量离子键的强度。定义定义 气态阳离子与气态阴离子结合成气态阳离子与气态阴离子结合成1mol 固体离子化合物固体离子化合物时所放出的能量，以符号时所放出的能量，以符号U 表示。单位：表示。单位：KJmol-1M+(g)+X-(g)MX(S)影响因素影响因素 晶格能的大小与元素的电离能、电子亲合能、离子化合晶格能的大小与元素的电离能、电子亲合能、离子化合物的摩尔生成焓等有关。物的摩尔生成焓等有关。第八张，PPT共二十二页，创作于2022年6月 晶格能可以通过各种方法计算得到（本课程晶格能可以通过各种方法计算得到（本课程不要求），最常用的有以下几种方法：不要求），最常用的有以下几种方法：玻恩玻恩-哈勃循环哈勃循环 玻恩玻恩-兰达公式兰达公式 水合能循环法水合能循环法键能键能：（：（以以 NaCl 为例为例）1 mol 气态气态 NaCl，离解成气态原子时，所吸收的能量，离解成气态原子时，所吸收的能量，用用 Ei 表示。表示。NaCl(g)=Na(g)+Cl(g)H =Ei 键能键能 Ei 越大，表示离子键越强。越大，表示离子键越强。键能和晶格能，均能表示离子键的强度，但晶格能比较常用。键能和晶格能，均能表示离子键的强度，但晶格能比较常用。第九张，PPT共二十二页，创作于2022年6月 本质是静电引力本质是静电引力 没有方向性和饱和性没有方向性和饱和性 NaClCsCl6.1.2 离子键的特点离子键的特点第十张，PPT共二十二页，创作于2022年6月 离子键无方向性和饱和性离子键无方向性和饱和性与任何方向的电性不同的离子相吸引，所以无方向性；与任何方向的电性不同的离子相吸引，所以无方向性；且只要是正负离子之间，则彼此吸引，即无饱和性。且只要是正负离子之间，则彼此吸引，即无饱和性。学习了共价键以后，会加深对这个问题的理解。学习了共价键以后，会加深对这个问题的理解。第十一张，PPT共二十二页，创作于2022年6月1.离子电荷离子电荷 (charge)6.1.3 离子键的特征离子键的特征离子键离子键的强度的强度正、负离正、负离子的性质子的性质离子化合离子化合物的性质物的性质取决于取决于取决于取决于 正离子通常只由金属原子形成，其电荷等于中性原子正离子通常只由金属原子形成，其电荷等于中性原子 失去电子数目。失去电子数目。负离子通常只由非金属原子组成，其电荷等于中性原负离子通常只由非金属原子组成，其电荷等于中性原 子获得电子的数目子获得电子的数目;出现在离子晶体中的负离子还可以出现在离子晶体中的负离子还可以 是多原子离子。是多原子离子。离子所带电荷是影响离子键强度的重要因素，当离子离子所带电荷是影响离子键强度的重要因素，当离子 半径相近时，离子电荷越高，对带相反电荷离子的吸半径相近时，离子电荷越高，对带相反电荷离子的吸 引力越强，离子键的强度就越大，形成离子型化合物引力越强，离子键的强度就越大，形成离子型化合物 的熔点也越高。的熔点也越高。第十二张，PPT共二十二页，创作于2022年6月2.离子的电子构型离子的电子构型(electronic configuration)分类构型通式阳离子无电子型H+2电子型(n-1)s2Li+,Be2+8电子型(n-1)s2(n-1)p6Na+,Ca2+917电子型(n-1)s2(n-1)p6(n-1)d1-9Cu2+18电子型(n-1)s2(n-1)p6(n-1)d10Cu+,Zn2+18+2电子型(n-1)s2(n-1)p6(n-1)d10ns2Sn2+,Pb2+第十三张，PPT共二十二页，创作于2022年6月3.离子半径离子半径(radius)严格讲，离子半径无法确定严格讲，离子半径无法确定（电子云无明确边界）（电子云无明确边界）核间距（核间距（nuclear separation）的一半的一半 离子半径对离子的强度有较大的影响，一般说来，离子半径对离子的强度有较大的影响，一般说来，当离子所带电荷相同时，离子的半径越小，阴、阳离子当离子所带电荷相同时，离子的半径越小，阴、阳离子之间的吸引力就越大，离子键的强度也越大。之间的吸引力就越大，离子键的强度也越大。Na+Cl-2r第十四张，PPT共二十二页，创作于2022年6月 （1）同一种元素同一种元素的阴离子半径大于原子半径而阳离子的阴离子半径大于原子半径而阳离子 半径小于原子半径，且正电荷越多，半径越小。半径小于原子半径，且正电荷越多，半径越小。如：如：（2）同一周期同一周期电子层结构相同的阳离子的半径，随离子电子层结构相同的阳离子的半径，随离子 电荷增加而减小；而阴离子的半径随离子电荷增加而增大。电荷增加而减小；而阴离子的半径随离子电荷增加而增大。如如:（3）同一主族元素同一主族元素的电荷相同的离子的半径，随电子层的电荷相同的离子的半径，随电子层 数增加而增大。数增加而增大。如如:Mg2+第十五张，PPT共二十二页，创作于2022年6月6.2 共价键的价键理论共价键的价键理论 Concept of the covalent bond theory1916 年，美国科学家年，美国科学家 Lewis 提出共价键理论。提出共价键理论。认为分子中的原子都有形成稀有气体电认为分子中的原子都有形成稀有气体电子结构的趋势，求得本身的稳定。子结构的趋势，求得本身的稳定。而达到这而达到这种结构，可以不通过电子转移形成离子和离种结构，可以不通过电子转移形成离子和离子键来完成，而是通过共用电子对来实现。子键来完成，而是通过共用电子对来实现。分子的稳定性是因为共享电子对服从分子的稳定性是因为共享电子对服从“八隅律八隅律”(octet rule)。第十六张，PPT共二十二页，创作于2022年6月第十七张，PPT共二十二页，创作于2022年6月Lewis 的贡献：提出了一种不同于离子键的新的键型，的贡献：提出了一种不同于离子键的新的键型，解释解释了了 X 比较小的元素之间原子的成键事实。比较小的元素之间原子的成键事实。共价键共价键：原子间通过共用电子对而形成的化学键：原子间通过共用电子对而形成的化学键共用电子对共用电子对共价键共价键共价单键共价单键single covalent bond共价双键共价双键double covalent bond共价叁价共价叁价triple covalent bond第十八张，PPT共二十二页，创作于2022年6月Lewis 没有说明共价键的实质，所以适应性不强没有说明共价键的实质，所以适应性不强。在解释在解释 BCl3，PCl5，SF6 等等其中的原子其中的原子未未全部全部达到稀达到稀有有 气体结构的分子时，遇到困难。气体结构的分子时，遇到困难。第十九张，PPT共二十二页，创作于2022年6月 1927年，年，Heitler 和和 London 用量子力学处理用量子力学处理H2分子分子的形成的形成，得到氢分子形成过程中能量与核间距之间的关得到氢分子形成过程中能量与核间距之间的关系曲线，系曲线，解决了两个氢原子之间化学键的本质问题。解决了两个氢原子之间化学键的本质问题。提出提出价键理论价键理论(Valence Bond Theory，VB 法法)1931年，年，Pauling 等人等人 进一步发展了进一步发展了VB 法提出法提出轨道杂轨道杂化理论化理论，合理解释了分子的空间构型。，合理解释了分子的空间构型。进而使共价键理论从经典的进而使共价键理论从经典的 Lewis 理论发展到今天的理论发展到今天的现现代共价键理论代共价键理论。第二十张，PPT共二十二页，创作于2022年6月6.2.1 共价键的形成和特点共价键的形成和特点 如果两个氢原子的电子自如果两个氢原子的电子自旋方式相同旋方式相同，随着核间距的减随着核间距的减小，系统能量逐渐升高。小，系统能量逐渐升高。如果两个氢原如果两个氢原 子的电子自子的电子自旋方式相反。当它们相互接近旋方式相反。当它们相互接近时，随着核间距减小，系统能时，随着核间距减小，系统能量逐渐降低，当核间距减小到量逐渐降低，当核间距减小到平衡距离时，平衡距离时，能量降低到最低能量降低到最低值；值；ba第二十一张，PPT共二十二页，创作于2022年6月感感谢谢大大家家观观看看第二十二张，PPT共二十二页，创作于2022年6月