《离子键价键理论》PPT课件.ppt
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1、物质结构物质结构物质结构物质结构原子结构原子结构分子结构和分子结构和化学键化学键晶体结构晶体结构离子键离子键共价键理共价键理论论金属键金属键价键理论(电子配价键理论(电子配对法对法VB)杂化轨道理论杂化轨道理论价层电子对互斥价层电子对互斥理论(理论(VSEPR)分子轨道理论分子轨道理论第四章第四章 化学键与分子结构化学键与分子结构一离子鍵理论一离子鍵理论二共价鍵理论二共价鍵理论 (1)路易斯价鍵理论路易斯价鍵理论 (2)电子配对法电子配对法 (3)杂化轨道理论杂化轨道理论 (4)价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论三金属鍵理论三金属鍵理论四四.分子间作用力和氢键分子间作用力和氢键一、离子键理论
2、一、离子键理论n n离子键离子键(ionic bond)理论是理论是1916年德国化年德国化学家柯塞尔学家柯塞尔()提出的,他认为原子在反提出的,他认为原子在反应中失去或得到电子以达到应中失去或得到电子以达到稀有气体的稀有气体的稳定结构稳定结构,由此形成的正离子,由此形成的正离子(positive ion)和负离子和负离子(negative ion)以以静电引力静电引力相互吸引在一起。相互吸引在一起。n n 离子键的形成:与元素的电负性差有关。1.离子键的离子键的离子键的离子键的本质本质本质本质就是就是就是就是正、负离子间的静电作用正、负离子间的静电作用正、负离子间的静电作用正、负离子间的静电
3、作用。2.既无方向性,既无方向性,也无饱和性也无饱和性由于离子键是正负离子通过静电引力作用相连由于离子键是正负离子通过静电引力作用相连接的,从而决定了离子键的特点是接的,从而决定了离子键的特点是既无方向既无方向性,性,也无饱和性也无饱和性。正负离子近似看作点电。正负离子近似看作点电荷,所以其作用不存在方向问题。没有饱和性荷,所以其作用不存在方向问题。没有饱和性是指在空间条件许可的情况下,每个离子可吸是指在空间条件许可的情况下,每个离子可吸引尽可能多的相反离子。引尽可能多的相反离子。NaCl晶体,其化学式仅表示晶体,其化学式仅表示Na离子与离子与Cl离子的离子的离子数目之比为离子数目之比为11,
4、并不是其分子式,整个,并不是其分子式,整个NaCl晶体就是一个大分子。晶体就是一个大分子。离子键的要点离子键的要点NaCl的晶胞结构的晶胞结构3.3.键的离子性与元素的电负性有关键的离子性与元素的电负性有关用两元素的用两元素的用两元素的用两元素的电负性差电负性差电负性差电负性差 x x判断键的性质判断键的性质判断键的性质判断键的性质 离子键的离子键的离子键的离子键的形成形成形成形成:与元素的电负性差有关。实验表明,:与元素的电负性差有关。实验表明,:与元素的电负性差有关。实验表明,:与元素的电负性差有关。实验表明,即使是电负性差值最大的氟与铯形成化合物,离子即使是电负性差值最大的氟与铯形成化合
5、物,离子即使是电负性差值最大的氟与铯形成化合物,离子即使是电负性差值最大的氟与铯形成化合物,离子性也只有性也只有性也只有性也只有92%92%,仍有,仍有,仍有,仍有8%8%的共价性。当两个原子的电的共价性。当两个原子的电的共价性。当两个原子的电的共价性。当两个原子的电负性差为时,单间具负性差为时,单间具负性差为时,单间具负性差为时,单间具50%50%的离子性,这是参考数据。的离子性,这是参考数据。的离子性,这是参考数据。的离子性,这是参考数据。如果两个原子的电负性大于。可判断它们之间形成如果两个原子的电负性大于。可判断它们之间形成如果两个原子的电负性大于。可判断它们之间形成如果两个原子的电负性
6、大于。可判断它们之间形成了离子键,是离子化合物,两个原子的电负性小于,了离子键,是离子化合物,两个原子的电负性小于,了离子键,是离子化合物,两个原子的电负性小于,了离子键,是离子化合物,两个原子的电负性小于,可判断它们形成共价键,形成共价化合物。可判断它们形成共价键,形成共价化合物。可判断它们形成共价键,形成共价化合物。可判断它们形成共价键,形成共价化合物。形成条件:两原子的电负性差值较大,电负性差值,形成条件:两原子的电负性差值较大,电负性差值,形成条件:两原子的电负性差值较大,电负性差值,形成条件:两原子的电负性差值较大,电负性差值,离子性大于离子性大于离子性大于离子性大于50%50%,形
7、成离子键。,形成离子键。,形成离子键。,形成离子键。离离子子半半径径:离离子子晶晶体体中中,正正负负离离子子之之间间吸吸引引和和排排斥斥保保持持平衡时的距离为正负离子半径之和平衡时的距离为正负离子半径之和A.同主族比较同主族比较B.电子层结构相同的离子比较电子层结构相同的离子比较离子键强弱判断:离子键强弱判断:NaBr NaIB.NaCl MgCl2 AlCl3 熔点比较熔点比较8010 C、7470 C、6600 C8010 C、7140 C、1940 C离子键的强度常用晶格能表示。离子键的强度常用晶格能表示。mol气体阳离子和气态阴离子结合生成气体阳离子和气态阴离子结合生成mol固固态离子
8、化合物所放出的能量称为态离子化合物所放出的能量称为晶格能晶格能离子电荷越大,离子半径越小,则晶格能越大离子电荷越大,离子半径越小,则晶格能越大,离子键越强离子键越强,离子化合物的熔沸点、硬度越高离子化合物的熔沸点、硬度越高晶格能()晶格能()二共价鍵理论二共价鍵理论 1 路易斯结构式(路易斯结构式(Lewis)认为分子中的原子都有形成稀有气体电子结构的趋势(8电子稳定构型,又称八隅律),求得本身的稳定。而达到这种结构,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。H2ONH3 例如例如 H +H =H H ClClHHLewis18751875年年年年1010月月月月25
9、25日日日日路路路路易易易易斯斯斯斯出出出出生生生生于于于于美美美美国国国国麻麻麻麻萨萨萨萨诸诸诸诸塞塞塞塞州州州州的的的的西西西西牛牛牛牛顿顿顿顿市市市市。他他他他从从从从小小小小聪聪聪聪明明明明过过过过人人人人,在在在在三三三三岁岁岁岁时时时时,父父父父母母母母就就就就开开开开始始始始在在在在家家家家里里里里让让让让他他他他接接接接受受受受教教教教育育育育。18931893年年年年进进进进入入入入著著著著名名名名的的的的哈哈哈哈佛佛佛佛大大大大学学学学学学学学习习习习,18961896年年年年获获获获理理理理学学学学士士士士学学学学位位位位,以以以以后后后后在在在在T TWW理理理理查查查
10、查兹兹兹兹指指指指导导导导下下下下继继继继续续续续研研研研究究究究化化化化学学学学,于于于于18991899年年年年2424岁岁岁岁时时时时获哲学博士学位。获哲学博士学位。获哲学博士学位。获哲学博士学位。路易斯结构式的写法:路易斯结构式的写法:画出分子或离子的骨架结构画出分子或离子的骨架结构 (选选择择合合理理的的、与与实实验验事事实实相相符符的的,一一般般氢氢原原子子、卤卤原原子子在末端在末端)在每两个成鍵原子之间画上短线在每两个成鍵原子之间画上短线(其数目等于成鍵数其数目等于成鍵数)计算成鍵数:成鍵数为成鍵电子数计算成鍵数:成鍵数为成鍵电子数ns的的12 ns=no-nv no:各原子按相
11、应周期稀有气体结构计算的最外层电子数之和:各原子按相应周期稀有气体结构计算的最外层电子数之和 nv:各原子的价电子数之和:各原子的价电子数之和 计算孤对电子数:孤电子对数为未参与成鍵电子数计算孤对电子数:孤电子对数为未参与成鍵电子数(nl)的的12 nl=nv ns 将孤对电子分配到各原子,使其周围电子数达到将孤对电子分配到各原子,使其周围电子数达到8个个 (H为为2),不足时,可画成重鍵,不足时,可画成重鍵(短线数目应等于成鍵数短线数目应等于成鍵数)画出画出H2O、CO2的路易斯结构式的路易斯结构式 例例COCl2(光气光气)的路易斯结构式的路易斯结构式 no=8+8+28=32 nv=4+
12、6+27=24 ns=no-nv=32-24=8 成鍵数成鍵数=8/2=4 nl=nv ns=24-8=16 孤电子对数孤电子对数=16/2=8 画出结构式:画出结构式:画出画出CO32-的路易斯结构式的路易斯结构式no=8+38=32 nv=4+362=24 ns=no-nv=32-24=8 成鍵数成鍵数=8/2=4 nl=nv ns=24-8=16 孤电子对数孤电子对数=16/2=8 画出结构式:画出结构式:形式电荷:形式电荷:原子满足八隅体时多余或缺少的电子数原子满足八隅体时多余或缺少的电子数 QF=nv ns nl 形式电荷为形式电荷为0时最稳定时最稳定 相邻原子的形式电荷为同号时,最
13、不稳定相邻原子的形式电荷为同号时,最不稳定 书写时形式电荷应尽可能地小书写时形式电荷应尽可能地小 例写出例写出CO的路易斯结构式,并标出形式电荷。的路易斯结构式,并标出形式电荷。解:解:no=8+8=16;nv=4+6=10 ns=no-nv=16-10=6 成鍵数成鍵数=ns2=3 未参与成鍵的电子数未参与成鍵的电子数 nl=nv ns=10-6=4 孤电子对数孤电子对数=42=2 画出结构式:画出结构式:C原子应有原子应有5个价电子,比实际有的个价电子,比实际有的4个价电子多个价电子多1个,个,形式电荷为形式电荷为-1;O原子应有原子应有5个价电子,比实际有的个价电子,比实际有的6个价电子
14、少个价电子少1个,个,形式电荷为形式电荷为+1 多电子结构:多电子结构:为达到稳定结构,成鍵原子价电子数比八隅体多为达到稳定结构,成鍵原子价电子数比八隅体多 如如:POCl3的的稳稳定定结结构构中中,P原原子子周周围围有有10个个价价电电子子,多于多于8 缺电子结构:缺电子结构:为达到稳定结构,成鍵原子价电子数比八隅体少为达到稳定结构,成鍵原子价电子数比八隅体少 如:如:BF3的稳定结构中,的稳定结构中,B原子周围只有原子周围只有6个价电子,个价电子,少于少于8 练习:练习:画画NO2-、NO2+路易斯结构式:路易斯结构式:路易斯价鍵理论的缺陷:路易斯价鍵理论的缺陷:路易斯结构式可表示分子中的
15、成鍵情况,但:路易斯结构式可表示分子中的成鍵情况,但:不能说明分子的空间几何构型;不能说明分子的空间几何构型;八隅规则例外较多;八隅规则例外较多;无法解释共价鍵的方向性;无法解释共价鍵的方向性;无法解释单电子、叁电子鍵等。无法解释单电子、叁电子鍵等。量子力学处理:对于量子力学处理:对于H2,如从电子云角度考,如从电子云角度考虑虑,可认为可认为 H 的的1s轨道在两核间重叠轨道在两核间重叠,使电子在两使电子在两核间出现的几率大核间出现的几率大,形成负电区形成负电区,两核吸引核间负两核吸引核间负电区电区,使使 H 结合在一起。如图结合在一起。如图:2 价键理论价键理论氢分子的形成当当具具有有自自旋
16、旋状状态态反反平平行行的的未未成成对对电电子子的的两两个个氢氢原原子子相相互互靠靠近近时时,它它们们之之间间产产生生了了强强烈烈的的吸吸引引作作用用,形形成成了了共共价价键键,从从而而形形成成了了稳稳定定的氢分子。的氢分子。量子力学从理论上解释了共价键形成原因:量子力学从理论上解释了共价键形成原因:当当核核外外电电子子自自旋旋平平行行的的两两个个氢氢原原子子靠靠近近时时,两两核核间间电电子子云云密密度度小小,系系统统能能量量E 始始终终高高于于两两个个孤孤立立氢氢原原子子的的能能量量之之和和Ea+Eb,称称为为推推斥斥态态,不不能能形形成成H2分子。分子。若若电电子子自自旋旋反反平平行行的的两
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