第九章分子结构PPT讲稿.ppt

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1、第九章分子结构第1页，共136页，编辑于2022年，星期三 引入：引入：前面我们已经掌握了原子的结构。那么前面我们已经掌握了原子的结构。那么原子又是以怎样的方式形成分子，形成分子原子又是以怎样的方式形成分子，形成分子以后分子的空间构型与分子的性质有何关系以后分子的空间构型与分子的性质有何关系？这就是本章所要解决的问题。因为只有了？这就是本章所要解决的问题。因为只有了解了分子的结构才能了解分子的性质。解了分子的结构才能了解分子的性质。本章研究问题的思路：本章研究问题的思路：原子原子原子之间作用力即化学键。原子之间作用力即化学键。原子原子原子之间相对位置即空间构型。原子之间相对位置即空间构型。分子

2、的空间构型分子的空间构型物理性质、化学性质物理性质、化学性质之关系，即结构决定性质。之关系，即结构决定性质。第2页，共136页，编辑于2022年，星期三第3页，共136页，编辑于2022年，星期三从能量的角度看离子键的形成从能量的角度看离子键的形成 Na+与与Cl-之间强烈的静电作用力，这种作用力，之间强烈的静电作用力，这种作用力，既包含正、负离子间的引力，同时也有外层电子之既包含正、负离子间的引力，同时也有外层电子之间和原子核之间的排斥力。当引力和斥力达平衡时，间和原子核之间的排斥力。当引力和斥力达平衡时，正、负离子在平衡位置附近振动，体系能量最低，正、负离子在平衡位置附近振动，体系能量最低

3、，正负离子之间形成了化学键（离子键）。以正负离子之间形成了化学键（离子键）。以NaCl形形成的势能曲线为例说明成的势能曲线为例说明NaCl的形成。的形成。M+L-异号电荷静电吸引异号电荷静电吸引原子核及核外电子的排斥原子核及核外电子的排斥第4页，共136页，编辑于2022年，星期三第5页，共136页，编辑于2022年，星期三2.离子键的特点离子键的特点 （1）.本质是静电作用力。本质是静电作用力。正负离子之间的作用力可用库仑引力公式表示：正负离子之间的作用力可用库仑引力公式表示：R小小,q大大,f大大,离子键强。离子键强。即当离子电荷即当离子电荷高高,离子间距离离子间距离R小小,则则f大大,离

4、子键越强。离子键越强。（2）.离子键无方向性。离子键无方向性。因为离子电荷球型分布因为离子电荷球型分布,只要只要空间条件允许空间条件允许,可以在空间各可以在空间各个方向上吸引带相反电荷的离子，产生静电引力。个方向上吸引带相反电荷的离子，产生静电引力。第6页，共136页，编辑于2022年，星期三（3）.离子键没有饱和性离子键没有饱和性 每个离子可以同时同多个带相反电荷的离子产生相每个离子可以同时同多个带相反电荷的离子产生相互吸引互吸引,不论距离子远近不论距离子远近,作用都存在作用都存在,近处的强一些近处的强一些,远处远处的弱一些的弱一些,所以离子键没有饱和性。所以离子键没有饱和性。例例:不恰当的

5、例子不恰当的例子,麻团外面滚芝麻麻团外面滚芝麻,能滚多少芝麻能滚多少芝麻,看空间的看空间的条件即麻团的大小。条件即麻团的大小。（4）.键的离子性大小键的离子性大小 离子键形成的条件就是原子间电负性差离子键形成的条件就是原子间电负性差大大,一般一般 X大，键的离子性也越大大，键的离子性也越大.但即使是但即使是 F-+Cs+CsF.键的离子性也只有键的离子性也只有92%,即有即有8%的共价性的共价性,即即8%的原子轨道的重叠。的原子轨道的重叠。第7页，共136页，编辑于2022年，星期三电负性差电负性差 X=XB-XA 离子性离子性%0.2 1 1.6 47 1.8 55 3.2 92结论：结论：

6、1.X 大大 ，离子百分比，离子百分比大，大，离子性离子性大。大。2.X =1.7 离子性离子性%=50%（参考点）参考点）3.X 1.7 1.7 50%离子型离子型第8页，共136页，编辑于2022年，星期三 3.离子的特征离子的特征 离子型化合物性质离子型化合物性质离子键强度离子键强度正负离子性质有关，正负离子性质有关，研究离子特征。研究离子特征。（1）离子的电荷）离子的电荷 正离子电荷正离子电荷=失去电子的数目：失去电子的数目：多为多为+1,+2,+3,+4,更大的不存在。更大的不存在。IA IIA Fe Ti（过渡元素）（过渡元素）负离子的电荷负离子的电荷=获得电子的数目：获得电子的数

7、目：多为多为-1,-2,（-3,-4）多为含氧酸根或配离子）多为含氧酸根或配离子。O2-,S2-,PO43-等。等。离子电荷离子电荷高，静电引力高，静电引力大，离子键越强。大，离子键越强。第9页，共136页，编辑于2022年，星期三（2）离子的电子构型离子的电子构型 负离子：负离子：8e：如如Cl-,O2-,F-等。等。正离子：正离子：构型复杂构型复杂,种类较多种类较多,大致有以下大致有以下5种种 2e：ns2，最外层，最外层2e：Li+，Be2+。8e：ns2np6，最外层，最外层8e：Na+,Ca2+，Cl-，O2-等。等。18e：ns2np6nd10 最外层最外层18e：Ag+，Zn2+

8、，Cu2+，Hg2+等等.（18+2）e：ns2np6nd10（n+1）s2：次外层次外层18e；最外层为；最外层为2e：Sn2+，Pb2+，Ti+（P区的金属易形成）区的金属易形成）（9-17）e：ns2np6nd1-9，最外层电子在，最外层电子在818之间的之间的 不饱和构型离子：不饱和构型离子：Fe2+：24e：Ar 3s23p63d6：14e Cr3+：21e：Ar 3s23p63d3：11e第10页，共136页，编辑于2022年，星期三 离子的电子构型与离子间作用力有密切关系离子的电子构型与离子间作用力有密切关系 当离子电荷半径相同时当离子电荷半径相同时,离子构型与结合力的大小为：离

9、子构型与结合力的大小为：8e（917）e 18e or（18+2）e K+，Ag+电荷相同电荷相同,半径接近，但电子构型不同半径接近，但电子构型不同,所以性质所以性质差别大。差别大。（3）.离子半径：离子半径：离子半径是指正、负电子相互作用时离子半径是指正、负电子相互作用时,所表现出的所表现出的半径叫离子半径。半径叫离子半径。其实离子半径与原子半径无法严格界定，因为原其实离子半径与原子半径无法严格界定，因为原子核外的电子运动无固定的轨道。子核外的电子运动无固定的轨道。我们可以认为我们可以认为:当当A+B-AB型离子晶体时型离子晶体时,两离子两离子的核间距的核间距 ：d=rA+rB-第11页，共

10、136页，编辑于2022年，星期三 d 可以从可以从X射线衍射实验测定射线衍射实验测定,若已知其中的若已知其中的rA+，则则 ：rB-=d -rA+如何将如何将d分为分为r+和和r-很难很难,两离子并不完全接触。两离子并不完全接触。离子半径值：离子半径值：实验的测定值：实验的测定值：1826年年哥德希密特用光谱学实验测定哥德希密特用光谱学实验测定 rF-=133Pm，rO2-=132Pm 以以r F-，r O2-为基础为基础,测定其它测定其它AB型离型离子晶体的子晶体的d,求出其它离子半径。求出其它离子半径。例：测例：测d MgO=210Pm 所以所以 rMg2+=210132=78Pm d=

11、r+r-第12页，共136页，编辑于2022年，星期三 理论计算值：理论计算值：1927年年Pauling从有效核电荷和屏蔽常数从有效核电荷和屏蔽常数推算的一套离子半径推算的一套离子半径:r=Cn/Z-（Cn为与主量子数有关的常数，为与主量子数有关的常数，z-为有为有核电荷）。核电荷）。本书中在讨论问题时使用本书中在讨论问题时使用pauling 的离子半径。的离子半径。离子半径的改变规律：离子半径的改变规律：同一主族：自上而下，电荷相同的离子半径增大。同一主族：自上而下，电荷相同的离子半径增大。例：例：F-Cl-Br-Mg2+Al3+同一元素形成不同正电荷的离子同一元素形成不同正电荷的离子,高

12、价半径小于低价高价半径小于低价 半径：半径：例例:Fe3+9-17e 8e Ag+,Pb2+,Li+Fe2+,Ni2+,Cr3+Na+,Mg2+,Ca2+c.电子层相似、电荷相等时，电子层相似、电荷相等时，r越小极化作用越大越小极化作用越大 例：例：Mg2+Ba2+Al3+La3+F-Cl-d.复杂阴离子极化作用小，但电荷高的复杂阴离子也有一复杂阴离子极化作用小，但电荷高的复杂阴离子也有一定的极化作用，如：定的极化作用，如：SO42+.PO43+第125页，共136页，编辑于2022年，星期三（5）离子的变形性离子的变形性a：18e，9-17e 8e 例：例：Ag+K+，Hg2+Ca2+b.电

13、子层结构相同的离子：正电荷越高电子层结构相同的离子：正电荷越高,阳离子变形性越小阳离子变形性越小.例：例：O2-F-Ne Na+Mg2+Al3+Si4+c.电子层结构相同的离子电子层结构相同的离子,电子层越多变形性越大电子层越多变形性越大.例：例：Li+Na+K+Rb+Cs+F-Cl-Br-I-d.复杂阴离子变形性不大，中心原子氧化数越高变形性越小复杂阴离子变形性不大，中心原子氧化数越高变形性越小 例例ClO4-F-NO3-OH-CN-Cl-Br-O-H-O O-H-N N-H-N 第134页，共136页，编辑于2022年，星期三（6）氢键对化合物性质的影响：氢键对化合物性质的影响：分子间氢键

14、，使分子间产生了较强的结合力。分子间氢键，使分子间产生了较强的结合力。mp，bp显著增高。显著增高。分子间无氢键：分子间无氢键：则色散力则色散力 大大mp，bp高。高。分子间有氢键分子间有氢键,则则mp，bp较同组元素较同组元素 显著升高。显著升高。氢键的本性：氢键的本性：主要是静电作用，但又不是完全的静电作用（饱主要是静电作用，但又不是完全的静电作用（饱和性，方向性）和性，方向性）有人认为：共价键。但有人认为：共价键。但H与与X形成共价键，则不形成共价键，则不能再成键，因为能再成键，因为H只有一个只有一个e 有人认为：氢键是有方向性的分子间力。有人认为：氢键是有方向性的分子间力。因为因为键能与分子间力接近。键能与分子间力接近。第135页，共136页，编辑于2022年，星期三氢键对bp的影响第136页，共136页，编辑于2022年，星期三