化学键的基本类型离子键﹑共价键金属键.pptx

7.1 离子键7.1.1 离子键理论的基本要点 离子键的形成(以 NaCl 为例)第一步 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 原子的稳定结构，形成稳定原子的稳定结构，形成稳定离子。离子。第1页/共97页第二步 靠静电吸引，形成化学键。体系的势能与核间距之间的关系如图所示：r 为核间距V为体系的势能V0Vr0r0r第2页/共97页离子键由原子间发生电子的转移，形成正负离子，并通过静电作用而形成的化学键。一般在200kJ.mol-1，离子型化合物由离子键形成的化合物 碱金属和碱土金属（Be除外）的卤化物是典型的离子型化合物第3页/共97页(2)离子键没有方向性：正、负离子的电荷分布是球形的，其吸引力在各个方向是一致的(3)离子键没有饱和性：离子键的特征 (1)作用力的实质是静电引力：第4页/共97页NaCl型第5页/共97页第6页/共97页7.1.2 离子的特征1.离子半径 离子半径：根据测得的晶体中相邻正离子和负离子的核离子半径：根据测得的晶体中相邻正离子和负离子的核间距（间距（d）推算出来的：）推算出来的：假设：假设：d=r+r-，其中：其中：r+代表正离子半径，代表正离子半径，r-代表负离子半径。代表负离子半径。Pauling（鲍林）以（鲍林）以F-(136pm)和和O2-(140pm)离子半径数离子半径数据为基准，测得其它元素与它们形成的化合物的核间距，据为基准，测得其它元素与它们形成的化合物的核间距，推出了其它离子半径推出了其它离子半径(附录十一附录十一)。第7页/共97页将离子晶体中的离子看成是相将离子晶体中的离子看成是相切的球体，正负离子的核间距切的球体，正负离子的核间距 d 是是 r+和和 r 之和之和。dr+r-d 值可由晶体的值可由晶体的 X 射线衍射实射线衍射实验测定得到，验测定得到，例如例如 MgO d =205 pm rO2-=140pm,rMg2+=65pm第8页/共97页离子半径变化规律：离子半径变化规律：同族：从上而下递增 F-Cl-Br-I-136pm 181pm 195pm 216pm同周期：正离子半径随电荷增加而减小；同周期：正离子半径随电荷增加而减小；负离子半径随电荷增加而增大。负离子半径随电荷增加而增大。Na+Mg2+Al3+；N3-O2-F-95pm 65pm 50pm 171pm 140pm 136pm同一元素：负离子原子正离子同一元素：负离子原子正离子 Fe Fe2+Fe3+；S2-S 64pm 74pm 124pm 184pm 104pm第9页/共97页2.离子的电子构型离子的电子构型1、正离子电子层构型、正离子电子层构型 外层电子分布外层电子分布 实实 例例 2电子构型电子构型 1s2 Li+,Be2+，8电电子子构构型型 ns2np6 Na+,Mg2+,Al3+18电电子子构构型型 ns2np6nd10 Cu+,Zn2+,Ga3+(18+2)电电 子子 构构 型型 (n-1)s2(n-1)p6(n-1)d10ns2 In+,Sn2+,Sb3+(Sb3+:4s24p64d105s2)(9 17)电电子子构构型型 ns2np6nd19 Fe3+:3s23p63d5 Cr3+:3s23p63d32、负离子的电子构型均为、负离子的电子构型均为8电子构型电子构型。第10页/共97页7.1.3 离子晶体 由离子键形成的化合物叫由离子键形成的化合物叫离子型化合物离子型化合物。离子型化合物主要是以晶体状态出现，如氯化钠、氯化铯离子型化合物主要是以晶体状态出现，如氯化钠、氯化铯晶体，这些晶体的晶体，这些晶体的最小几何单元称为最小几何单元称为晶格晶格。在晶格在晶格结点上排列结点上排列的微粒的微粒称为称为质点。质点。而离子晶体中的而离子晶体中的质点是质点是正离子和负离子正离子和负离子。离子晶体中质点之间的离子晶体中质点之间的作用力作用力是是离子键离子键。如：如：NaCl晶体的质点为：晶体的质点为：Na+,Cl-。质点之间的作用力为：。质点之间的作用力为：Na+与与Cl-的离子键的离子键 FZ+.Z-/(r+r-)离子的电荷越高，晶体的熔点越高。离子的电荷越高，晶体的熔点越高。离子的半径越大，晶体的熔点越低离子的半径越大，晶体的熔点越低第11页/共97页Mohs:滑石1，石膏2；方解石3；萤石4；，；石英7；，；金刚石10。第12页/共97页 7.2 共价键美国化学家路易斯美国化学家路易斯(G N Lewis)提出了共价键提出了共价键(covalent bond)的电子理论：的电子理论：原子之间可以通过原子之间可以通过共用电子使每一个原子都达到稳定的稀有气体电共用电子使每一个原子都达到稳定的稀有气体电子结构，从而形成稳定的分子子结构，从而形成稳定的分子。这种原子通过共。这种原子通过共用电子对而形成的化学键称为用电子对而形成的化学键称为共价键共价键，7.2.1 价键理论（又称VB理论）第13页/共97页1氢分子的形成氢分子的形成 1927年英国物理学家海特勒年英国物理学家海特勒(W Heitler)和德国物理学和德国物理学家伦敦家伦敦(F London)成功地成功地用量子力学处理用量子力学处理H2分子的结构分子的结构。当具有自旋状态当具有自旋状态相反相反的的单电子单电子的两个氢原子相互靠近的两个氢原子相互靠近时，它们之间产生了强烈的吸引作用，形成了共价键时，它们之间产生了强烈的吸引作用，形成了共价键,从而从而形成了稳定的氢分子形成了稳定的氢分子H2。a:电子的自旋相同电子的自旋相同b:电子的自旋相反电子的自旋相反第14页/共97页2.价键理论基本要点（1）自旋相反的单电子原子相互靠近时，单电子可）自旋相反的单电子原子相互靠近时，单电子可以相互配对形成共价键。以相互配对形成共价键。若若AB两原子各有一未成对电子且自旋相反，则互相配两原子各有一未成对电子且自旋相反，则互相配对构成一个对构成一个共价单键共价单键，如：，如：HH单键，单键，Cl-Cl。若若A、B两原子各有两个或三个未成对电子，则在两个原两原子各有两个或三个未成对电子，则在两个原子间可以形成子间可以形成共价双键或共价三键共价双键或共价三键。如。如:N2分子中分子中NN以共价以共价三键结合，因为三键结合，因为N价电子构型为：价电子构型为：2s22p3，有，有3个未成对的个未成对的2p电子。电子。形成共价键的数目取决于原子所具有的未成对的电子数，形成共价键的数目取决于原子所具有的未成对的电子数，因此因此，共价键具有饱和性（共价键具有饱和性（共价键的特性共价键的特性）。第15页/共97页(2)成键的原子轨道重叠越多，形成的共价键越稳定成键的原子轨道重叠越多，形成的共价键越稳定，称为原子轨道的最大重叠原理。，称为原子轨道的最大重叠原理。成键电子的原子轨道重叠程度愈高，电子在两成键电子的原子轨道重叠程度愈高，电子在两核之间出现的概率密度也愈大，形成的共价键就核之间出现的概率密度也愈大，形成的共价键就越稳固。越稳固。因此，因此，共价键具有方向性共价键具有方向性（共价键的特性）（共价键的特性）。第16页/共97页共价键特征共价键特征 方向性方向性:为满足最大重叠原理，成键时原为满足最大重叠原理，成键时原 子轨道只能沿着轨道伸展的方向重叠。子轨道只能沿着轨道伸展的方向重叠。+-第17页/共97页7.2.2 共价键的类型 共价键有两种类型键和键。它们是按照共价键的方向性特点，按照电子云重叠方式的不同，可将共价键分为这两种类型。键 键（对于键轴呈圆柱形对称）（对于通过键轴的平面镜面反对称）第18页/共97页 以以“头碰头头碰头”方式重叠方式重叠型共价键（键）以“肩并肩肩并肩”方式重叠方式重叠型共价键（键）一般来讲：键的重叠程度不及键，键能：键键。活泼性：键键。普通键和键为定域键定域键，多个原子间构成的大键称为离域键离域键。重叠方式：第19页/共97页例例N2NNxyz:NN:价键结构式价键结构式NN分子结构式分子结构式化学键示意图化学键示意图电子：形成电子：形成键的电子键的电子电子：形成电子：形成键的电子键的电子第20页/共97页 7.3 共价分子的空间构型 以共价键形成的化合物有确定的分子式,也有一定的空间构型。但是，仅仅用价键理论判断共价分子的空间构型往往于实验事实并不完全符合。如：C原子，其价电子构型为2s22px1py1，按饱和性只能形成两个共价键；按方向性键角应为90，然而，事实上存在CH4，且键角109.5。为此，鲍林（L.Pauling）和斯莱特(J.C.Slater)于1931年提出了杂化轨道理论。第21页/共97页7.3.1 杂化轨道理论的基本要点 在原子相互作用形成分子的过程中，同一原子中能量相近的原子轨道(即波函数)可以相互叠加，重新组成同等数目、能量完全相等且成键能力更强的新的原子轨道，这些新的原子轨道称为杂化轨道。同一原子中能量相近的原子轨道组合成新的杂化轨道的过程称为杂化。第22页/共97页7.3.2 杂化轨道的类型（1）sp杂化 例如，实验测得：BeCl2是直线型共价分子（即：键角180），Be原子是中心原子。因此，Be原子应以两个能量相等成键方向相反的轨道与Cl原子成键，这两个轨道就是sp杂化轨道。以上是中心原子Be的杂化过程。每个sp杂化轨道都包含着1/2的s成分和1/2的p成分，两个杂化轨道的夹角为180，呈直线形分布。BeCl2的空间构型：直线型，ClBeCl ，键角180 第23页/共97页_ _+BeClCl第24页/共97页（2）sp2杂化 sp2杂化是一个ns原子轨道与两个np原子轨道的杂化，每个杂化轨道都含1/3的s成分和2/3的p成分，轨道夹角为120，轨道的伸展方向指向平面三角形的三个顶点。BF3为典型例子。中心原子硼原子的价电子构型为2s22p1，为了形成3个键，B的1个2s电子要先激发到2p的空轨道上去，然后经sp2杂化形成三个sp2杂化轨道。三个sp2杂化轨道能量相同，夹角120第25页/共97页120BFFF第26页/共97页BF3分子的空间构型：平面三角形 键角：120第27页/共97页（3）sp3杂化 sp3杂化是由一个ns原子轨道和三个np原子轨道参与杂化的过程，形成4个sp3杂化轨道。CH4中碳原子的杂化就属此种杂化。碳原子价电子构型为：2s22p2，C原子经历激发、杂化过程，形成了4个sp3杂化轨道。每一个sp3杂化轨道都含有1/4的s成分和3/4的p成分，轨道之间的夹角为109.5。第28页/共97页杂化类型杂化类型sp3杂化杂化个个s 轨道轨道+3个个p 轨道轨道杂化轨杂化轨道数目道数目杂化轨杂化轨道成分道成分轨道夹角轨道夹角 成键类型成键类型分子的空间分子的空间构型构型4s、p109.5 键键正四面体正四面体3414+_109.5第29页/共97页CH4分子的空间构型：正四面体 键角：109.5第30页/共97页第31页/共97页 氮原子的价电子层结构为2s22p3，在形成NH3分子时，氮的2s和2p轨道也进行sp3杂化。因为2s轨道上有一对孤电子对（已成对电子），由于含孤电子对的杂化轨道对成键轨道的斥力较大，使成键轨道受到挤压，成键后键角由109.5减小到107.3()。NH3分子的空间构型呈三角锥形。氨分子的空间结构图 第32页/共97页第33页/共97页第34页/共97页含孤电子对的杂化轨道对成键轨道的斥力较大，使成键轨道受到挤压，成键后键角较NH3分子更小，为104.5，分子空间构型：角形（折线形）。第35页/共97页7.4 7.4 用以判断共价分子几何形状的价层电子对用以判断共价分子几何形状的价层电子对互斥理论互斥理论 （VSEPR for judging theconfiguration of the covalence molecular）1940年由Sidgwich N.和 Powell H.提出的理论.它在预言多原子分子形状时取得的成功是令人惊奇的，但理论本身却不过是 Lewis 思路的简单延伸.分子或离子的空间构型与中心原子的 价层电子对数目有关VP =BP +LP价层价层 成键成键 孤对孤对价层电子对尽可能远离,以使斥力最小LP-LP LP-BP BP-BP 根据 VP 和 LP 的数目,可以推测出分子的空间构型（1）VSEPR(valence shell electron pair repulsion)基本要点基本要点第36页/共97页（2）分子形状的确定方法分子形状的确定方法 首先先确定中心原子A的价层电子对数VP原则原则:配体X:H和卤素每个原子各提供一个价电子,氧与硫不提供价 电子正离子“-”电荷数,负离子“+”电荷数例:VP()=(6+40+2)=4VP=1/2A的价电子数+X提供的价电子数 离子电荷数()负正另一种更为简便的方法另一种更为简便的方法 VP=BP+LP =与中心原子成键的原子数+（中心原子价电子数-配位原子未成对电子数之和)/2例：XeF2 2+(8-21)/2=5 XeF4 4+(8-41)/2=6 XeOF4 5+(8-12-4 1)/2=6 XeO2F2 4+(8-22-2 1)/2=5A的价电子数=主族序数第37页/共97页 确定电子对的空间排布方式Formula typeShared electron pairArrangement of B atoms relative to A atoms(ideal BAB bond angle)StructuresGeometry of covalent molecules with no unshared electron pairs on the central atom2Linear(180)BABAB2AB33Triangular planar(120)ABBBAB44Tetrahedral(10928)BABBBAB55Triangular bipyramidal*(BaABa,180)(BeABe,120)(BeABa,90BBBBBAAB66Octahedral(90,180)ABBBBBB第38页/共97页 确定孤对电子数和分子空间构型LP=0 分子的空间构型=电子对的空间构型BeH2BF3CH4PC15SF6VP=(2+2)=2 LP=0VP=(3+3)=3 LP=0VP=(4+4)=4 LP=0VP=(5+5)=5 LP=0VP=(6+6)=6 LP=0ExampleHBeH第39页/共97页LP0LP0分子的空间构型电子对的空间构型使价层电子对斥力最小第40页/共97页第41页/共97页 孤对电子优先代替平伏位置上的原子和相关键对电子第42页/共97页 第二对孤对电子优先代替第一对孤对电子反位的原子和相关键对电子第43页/共97页第44页/共97页21当分子中有当分子中有 键时键时,键应排键应排在相当于孤对电子的位置在相当于孤对电子的位置 ！键的极性和中心原子的电负性会使键角改变VP=(4+0+2)=3VP=(6+4)=5S=OFFFFC=OClClN:HHHN:FFF这两个问题你还是要注意的！这两个问题你还是要注意的！第45页/共97页Question Question 判断 OF2 分子的基本形状.写出路易斯结构式,并读出中心原子周围价电子对的总数:中心原子价层有 4 对电子.4 对价电子的理想排布方式为正四面体,但考虑到其中包括两个孤对,所以分子的实际几何形状为角形,相当于 AB2E2 型分子.F O F第46页/共97页Question Question 判断 XeF4 分子的基本形状.中心原子价层有 6 对电子.理想排布方式为正八面体,但考虑到其中包括两个孤对,所以分子的实际几何形状为平面四方形,相当于AB4E2 型分子.中心原子 Xe 的价电子数为 8，F 原子的未成对电子数为 1.可以算得中心原子价电子对的总数和孤对数分别为:(价层电子对总数)=4(84)/2=6 (孤电子对的数目)=(84)/2=2第47页/共97页7.5 分子轨道理论（分子轨道理论（molecular orbital theory）虽然价键理论抓住了形成共价键的主要因素，模型直观虽然价键理论抓住了形成共价键的主要因素，模型直观.但在但在解释有些分子的形成时仍然遇到了困难解释有些分子的形成时仍然遇到了困难.于是新的理论又诞生了！这里只作简单介绍于是新的理论又诞生了！这里只作简单介绍.O2有磁矩，为2.6210-23 Am2问题的提出 NO等含奇数电子的分子结构 预言“He2”、“Be2”、“Ne2”等的不存在 O3 中的 O-O 键长处于单键与双键之间 存在 和 物种 键长/pm 键能/kJmol-1 106 268 108 299第48页/共97页什么是分子轨道？什么是分子轨道？能量相近原理 最大重叠原理 对 称 性 匹 配成键三原则：成键三原则：决定成键的效率决定成键的效率决定是否能成键决定是否能成键 分子轨道(molecular orbital):描述分子中电子运动的波函数，指具有特定能量的某电子在相互键合的两个或多个原子核附近空间出现概率最大的区域，它是多电子、多中心的,电子属于整个分子.分子轨道是基于电子离域（delocalization）于整个分子的概念所提出的化学键理论,共价键的形成被归因于电子获得更大运动空间而导致的能量下降.分子轨道由原子轨道线性组合而成.例如:A+BAB（结构化学再讲！）第49页/共97页处理分子轨道的方法处理分子轨道的方法 1.尽先占据能量最低的轨道,低能级轨道填满后才进入 能级较高的轨道;2.每条分子轨道最多只能填入 2 个自旋相反的电子;3.分布到等价分子轨道时总是尽可能分占轨道.首先弄清分子轨道的数目和能级;再由原子算出可用来填充这些轨道的电子数;最后,按一定规则将电子填入分子轨道,像写原子的电子组态那样写出分子的电子组态.电子填入分子轨道时服从以下规则：电子填入分子轨道时服从以下规则：第50页/共97页7.5.1 H2 和“He2”中的分子轨道中的分子轨道 尽管分子轨道理论原则上不承认原子轨道的个性，但其处理方法往往以原子轨道作为出发点.例如,分子轨道的数目等于键合原子原子轨道数之和.两个H原子相互接近时,由两条 1s 轨道组合得到能级不同、在空间占据的区域亦不同的两条分子轨道.能级较低的一条叫成键分子轨道(bonding molecular orbital),能级较高的一条叫反键分子轨道(antibonding molecular orbital).Relative energy levels of orbitals in H H H2 reaction.第51页/共97页 两个 He 原子(电子组态为1s2)相互接近时发生类似的情况:两个1s 原子轨道组合得到一条 和一条 轨道.不同的是有 4 个电子而不是有 2个电子待分配;4 个电子恰好填满 和 轨道,分子的电子组态应为 .成键电子数与反键电子数相等,净结果是产生的吸引力与排斥力相抵消,即两个 He 原子间不形成共价键.分子轨道理论的这一判断与 He 在气态以单原子分子存在的事实相一致.1s1sIncreasing energyLi“Li2”LiRelative energy levels of orbitals in Li Li “Li2”reaction.第52页/共97页7.5.2 7.5.2 第第 2 2 周期元素双原子分子的分子轨道周期元素双原子分子的分子轨道 第 2 周期元素原子共 5 条原子轨道，1s 原子轨道是内层轨道，基本保持原子特征,组合为分子轨道时可不予考虑（有时叫做非键轨道）.另外由于 p 轨道参与组合,导致了 键(“肩并肓”重叠)形成的可能.Molecular orbitals from p atomic orbitals molecular orbitalatomic orbitalmolecular orbitalatomic orbital第53页/共97页Relative energy levels for atomic and molecular orbitals of second-period elements.for O2 and F2for B2,C2 and N2第54页/共97页 造成上面同是第二周期的元素但形成的同核双原子分子轨道却不同的现象.可由它们的 2p 和 2s 轨道的能量差得到解释.对 N,C,B 等原子来说，由于 2s 和 2p 原子轨道能级相差较小（一般 10 eV 左右），必须考虑 2s 和 2p 轨道之间的相互作用（也可称为杂化），以致造成能级高于能级的颠倒现象.Li Be B C N O F2p2s5101520302540350Relative energy levels of orbitals E=E(2p)E(2s)Li Be B C N O F E E/eV 1.85 2.73 4.60 5.3 5.8 14.9 20.4/eV 1.85 2.73 4.60 5.3 5.8 14.9 20.4 E/kJE/kJ molmol-1 -1 178 263 444 511 560 1438 1968178 263 444 511 560 1438 1968第55页/共97页7.5.3 7.5.3 第第 2 2 周期元素双原子分子的电子组态周期元素双原子分子的电子组态 形成分子轨道后，按填充原理（与原子轨道中电子的填充类似）形成分子轨道后，按填充原理（与原子轨道中电子的填充类似）填充电子就得到分子轨道排布式填充电子就得到分子轨道排布式.第2周期元素同核双原子分子包括Li2，Be2，B2，C2，N2，O2，F2和 Ne2 分子.它们的电子组态如下：Li2 Be2B2C2N2O2F2Ne21s21s21s21s21s21s21s21s21s21s21s21s21s21s21s21s2第56页/共97页写出 N2 和 O2 的分子轨道电子排布式并求算其键级.或键级 BO=(10-4)/2=3或,当然具有顺磁性当然具有顺磁性键级 BO=(8-4)/2=2:O O:显然，显然，O2 分子中还有两个分子中还有两个 键，即键，即Question Question 第57页/共97页 总之，这些例子表明总之，这些例子表明,分子轨道理论用来解释键能、键长、分子轨道理论用来解释键能、键长、分子的磁性以及用来判断原子间是否成键是多么成功分子的磁性以及用来判断原子间是否成键是多么成功 ！Some properties of diatomic molecules of first-and second-period elementsSpeciesTotal number of electronsBond orderBond length/pmBond dissociation energy/kJmol-1H2“He2”Li2“Be2”B2C2N2O2+O2O2-F2“Ne2”CONO2468101214151617182014154361112955939466414983981581 0756317426715912410911212113014111311510101232.521.51032.5第58页/共97页1.六方密堆积：hcp配位数：12空间占有率：74.05%第三层与第一层对齐，产生ABAB方式。7.6 金属键7.6.1金属晶格（等径球的紧密堆积结构）第59页/共97页2.面心立方密堆积：fcc配位数：12空间占有率:74.05%第三层与第一层有错位，以ABCABC方式排列。第60页/共97页3.体心立方堆积：bcc配位数：8空间占有率：68.02%第61页/共97页7.6.2 金属键 金属外层电子容易脱落，成为自由移动的电子。因此在金属晶体中存在金属原子、金属正离子和自由电子三种微粒。自由电子把金属原子和离子“粘和”在一起形成金属键。金属键的特点：没有方向性和饱和性。金属键的强度：与金属的原子半径r和价电子数n有关。r，金属键；n，金属键；如：Li Na K Rb Cs 熔点/K 453 370 336 312 301 熔点最高的金属W（5d46s2）；最低的金属Hg,Cs(6s1)硬度最大的金属Cr(3d54s1)；最小的金属（最软）Cs(6s1),第62页/共97页 可用升华热(又称原子化焓)衡量金属键的强度：M(s)M(g),H 有导电性（Ag最好）；有导热性 (Ag最好)；有延展性（Au箔可达10-4mm厚,Pt可达10-2mm厚）第63页/共97页 7.7 分子的极性和分子间作用力7.7.1 分子极性 正、负电荷中心不重合的分子为极性分子。正、负电荷中心重合的分子为非极性分子。事实上，分子极性的大小是通过实验测得的偶极矩()来量度的。=q d 式中：d表示分子中，正、负电荷中心的距离；q表示正、负电荷所带电量。偶极矩是个矢量，它的方向规定为从正电荷中心指向负电荷中心，单位：库仑米(Cm)，实验中常用德拜(D)来表示：1D=3.336 1030Cm 例如：(H2O)=6.171030 Cm=1.85 D第64页/共97页分子的偶极矩与键矩的关系：极性键构成的双原子分子：分子偶极矩=键矩多原子分子的偶极矩=键矩的矢量和，例如：(SiF4)=0，键矩互相抵消，(H2O)0，键矩未能抵消。第65页/共97页*根据偶极矩大小可以判断分子的极性 若0，则为极性分子；值愈大，分子的极性愈大。若=0，则为非极性分子。第66页/共97页分子的偶极矩(1030 Cm)第67页/共97页 小结：1、分子结构对称的，分子的偶极矩=0，是非极性分子。（1）相同原子组成的分子：H2,O2,N2 （2）不同原子组成的分子，但是分子空间结构对称：2、分子结构不对称的，分子的偶极矩0，是极性分子。CO，CHCl3，H2S，HCl,H2O,第68页/共97页非极性分子的瞬时偶极之间的相互作用 分子间具有吸引作用的根本原因：任何分子都有正、负电荷中心；任何分子都有变形的性能。由于瞬时偶极而产生的分子间相互作用。7.7.2 7.7.2 分子间的吸引作用1.色散作用(色散力)：非极性分子的大体情况色散力与分子极化率有关。大,色散力大。每一瞬间第69页/共97页2.诱导作用(诱导力)：决定诱导作用强弱的因素：极性分子的偶极矩：愈大，诱导力愈强。非极性分子的极化率（变形性）：愈大，诱导力愈强。由于诱导偶极与固有偶极的作用而产生的分子间相互作用。分子离得较远分子靠近时第70页/共97页 两个极性分子相互靠近时，分子发生转动，并按异极相邻状态取向，分子进一步相互靠近。3.取向作用(定向力)：两个固有偶极（极性分子）间存在的静电作用称为取向作用（定向力）。分子离得较远取向诱导第71页/共97页 分子间力是三种吸引力的总称，其大小一般为几 kJmol1，比化学键小 12 个数量级。分子间的吸引作用(1022 J)第72页/共97页分子间力的特点：不同情况下，分子间力的组成不同：1、非极性分子之间只有色散力；2、极性分子与非极性分子之间有：色散力、诱导力；3、极性分子之间有三种力：色散力、诱导力、定向力，并以色力为主（仅仅极性很大的H2O 分子例外）。分子间力作用的范围很小(一般是300500pm)。分子间作用力较弱，强度：化学键氢键分子间力分子间作用力既无方向性又无饱和性。第73页/共97页由分子组成的晶体叫分子晶体第74页/共97页色散作用分子间力 熔点 沸点水中溶解度HeNeArKrXe小大小大低高 它是决定物质的熔点、沸点、气化热、熔化热、溶解度等物理性质的重要因素。分子间力的意义：稍大小问：HF,HCl的熔点或沸点变化次序？低高第75页/共97页离子极化离子极化 (ionic polarization)若若一一个个分分子子的的正正电电荷荷中中心心和和它它的的负负电电荷荷中中心心重重合合时时，它它是是非非极极 性性分分子子.当当非非极极性性分分子子在在外外加加电电场场的的诱诱导导作作用用影影响响下下，正正、负负电电 荷荷中中心心发发生生相相对对位位移移而而成成为为极极性性分分子子，分分子子中中原原子子的的核核外外电电子子 受电场的作用，电子云发生变形，这种现象称为极化受电场的作用，电子云发生变形，这种现象称为极化.离离子子也也有有极极化化作作用用.离离子子本本身身带带有有电电荷荷，也也是是一一个个电电场场.因因 此此 它它对对周周围围的的其其他他离离子子产产生生极极化化作作用用，使使该该离离子子最最外外层层电电子子云云发发 生生变变形形.同同时时，离离子子自自身身也也受受其其他他离离子子电电场场的的作作用用，也也可可以以发发生生 极极化化，其其结结果果都都是是使使电电子子云云变变形形，并并使使正正离离子子和和负负离离子子之之间间产产 生了额外的吸引力生了额外的吸引力.通通常常正正离离子子带带有有多多余余的的正正电电荷荷（外外壳壳上上缺缺少少电电子子），一一般般半半径径 较较小小，它它对对相相邻邻的的负负离离子子会会发发生生诱诱导导作作用用，而而使使之之极极化化.负负 离离 子子的的半半径径一一般般较较大大，外外壳壳上上有有较较多多的的电电子子，易易于于被被诱诱导导，变变形形 性大性大.通常考虑离子间的相互作用时，一般考虑正离子的极化作通常考虑离子间的相互作用时，一般考虑正离子的极化作 用和负离子的变形性用和负离子的变形性.(1)极化和变形极化和变形第76页/共97页 极极化化作作用用的的强强弱弱.影影响响极极化化作作用用的的强强弱弱因因素素决决定定于于离离子子的的半半径径、电电荷荷和和电电子子构构型型.离离子子电电荷荷愈愈高高，半半径径愈愈小小，极极化化作作用用愈愈强强.正正 离离子子的的电电子子层层结结构构对对极极化化作作用用也也有有影影响响.其其作作用用的的次次序序是是：外外 层层具具有有 8 8个个电电子子时时，极极化化能能力力最最小小，外外层层具具有有 9 9-1 17 7个个电电子子，即即 不不饱饱和和电电子子层层时时，具具有有较较大大的的极极化化能能力力，外外层层具具有有 1 18 8，1 18 8+2 2或或 2 2个电子时，极化能力最强个电子时，极化能力最强.(2)极化作用和变形性极化作用和变形性 变变形形性性的的大大小小.离离子子的的半半径径愈愈大大，变变形形性性愈愈大大.变变形形性性也也与与电电子子 构构型型有有关关，外外层层具具有有 9 9-1 17 7个个电电子子的的离离子子变变形形性性比比稀稀有有气气体体构构型型 的要大得多的要大得多.附附加加极极化化作作用用.通通常常考考虑虑离离子子间间相相互互作作用用时时，一一般般考考虑虑正正离离子子的的 极极化化作作用用和和负负离离子子的的变变形形性性.但但正正离离子子也也有有被被极极化化的的可可能能，当当负负离离 子子被被极极化化后后，在在一一定定程程度度上上增增强强了了负负离离子子对对正正离离子子的的极极化化作作用用，结结果果使使正正离离子子变变形形而而被被极极化化，正正离离子子被被极极化化后后，又又增增加加了了它它对对负负 离子的极化作用离子的极化作用.这种加强的极化作用称为附加极化这种加强的极化作用称为附加极化.第77页/共97页(3)离子极化对化合物性质的影响离子极化对化合物性质的影响 随着离子极化的增强，离子间的核间距缩短，会引起化学键型的变化，键的性质可能从离子键逐步过渡到共价键.即经过一系列中 间 状 态 的 极 化 键，最 后 可 转 变 为 极 化 很 小 的 共 价 键.离子相互极化的增强离子相互极化的增强键的极性增大键的极性增大理想离子键理想离子键（无极化）（无极化）基本上是离子键基本上是离子键（轻微极化）（轻微极化）过渡键型过渡键型（较强极化）（较强极化）基本上是共价键基本上是共价键（强烈极化）（强烈极化）第78页/共97页离子极化作用致使键性质的转变将会影响到化合物的性质离子极化作用致使键性质的转变将会影响到化合物的性质!熔熔点点和和沸沸点点降降低低 例例如如，在在BeCl2，MgCl2，CaCl2等等化化合合物物中中，Be2离离子子半半径径最最小小，又又是是2 2电电子子构构型型，因因此此Be2有有很很大大的的极极化化能能力力，使使Cl发发生生比比较较显显著著的的变变形形，Be2和和 Cl之之间间的的键键有有较较显显著著的的共共价价性性。因因此此BeClBeCl2 2具具有有较较低低的的熔熔、沸沸点点。BeCl2、MgCl2、CaCl2的熔点依次为的熔点依次为410410、714、782。溶溶解解度度降降低低 离离子子极极化化使使离离子子键键逐逐步步向向共共价价键键过过渡渡，根根据据相相似似相相溶溶的的原原理理，离离子子极极化化的的结结果果必必然然导导致致化化合合物物在在水水中中的的低低 化合物的颜色化合物的颜色 在一般情况下，如果组成化合物的两种离在一般情况下，如果组成化合物的两种离子都是无色的，这化合物也无色，如子都是无色的，这化合物也无色，如NaCl、KNO3；如果其中一种；如果其中一种离子无色，则另一种离子的颜色就是该化合物的颜色，如离子无色，则另一种离子的颜色就是该化合物的颜色，如 K2CrO4 呈黄色呈黄色.第79页/共97页较强的极化作用也会影响离子化合物晶型的转变较强的极化作用也会影响离子化合物晶型的转变Compound AgF AgCl AgBr AgIr+/r-0.85 0.63 0.57 0.51 Crystalline type NaCl NaCl NaCl ZnSCoordination number 6:6 6:6 6:6 4:4Compound CuF CuCl CuBr CuIr+/r-0.72 0.53 0.49 0.44 Crystalline type ZnS ZnS ZnS ZnSCoordination number 4:4 4:4 4:4 4:4第80页/共97页用离子极化观点解释.为什么下列各物质溶解度依次减小，颜色逐渐加深？AgF（白色）AgCl（白色）AgBr（淡黄色）AgI（黄色）为什么Na2S易溶于水，ZnSZnS难溶于水？Question Question 第81页/共97页 7.9 氢键氢键第82页/共97页 HF HCl HBr HI沸点/0C 85.0 66.7 35.419.9 色散作用 弱 强沸点 低 高HF为何反常的高？原因分子之间存在氢键。HF 分子中，共用电子对强烈偏向电负性大的 F 原子一侧，使H 原子成为几乎没有电子云的原子核，因其半径小，电荷密度大，它可与另一个 HF 分子中 F 原子的孤对电子产生静电吸引力而形成氢键。第83页/共97页形成氢键的条件是：1、分子中含有H原子,并且它与电负性很大的原子 X以共价键相连；2、有另一个电负性很大且具有孤对电子的原子 Y（或X）；一般在XHX(Y)中，把“”称作氢键。氢键的特点：具有饱和性（一个H只可以形成一个氢键）具有方向性（即XH Y尽可能保持180）例如：氟化氢HF分子中的氢键 键长特殊：FH F 270pm 键能小 E(FH F)28kJmol1第84页/共97页氢键的形成氢键的形成同种同种分子间的氢键分子间的氢键如如 F F H H H H F F F 163pm140255pm不同种分子间的氢键不同种分子间的氢键 H HHN HO H或或 H HHNH OH通式：通式：XHY第85页/共97页易形成氢键的元素X或Y可以是：F、O、N氢键的强弱与这些元素的电负性大小、原子半径大小有关。氢键的强弱顺序为：FHF OHO NHN OHO OHCl OHS 化学键氢键分子间力第86页/共97页氢键的强度氢键的强度可用氢键键能表示可用氢键键能表示通式：通式：XHY即每拆开即每拆开1mol H Y键所需的能量键所需的能量氢键键能氢键键能一般一般 42kJ mol 1，远小于正常远小于正常共价键键能，与分子间力差不多。共价键键能，与分子间力差不多。如如H2O 氢键键能