无机化学 分子结构.pptx

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1、二二.离子键的特征离子键的特征 离子键的本质是静电作用力，只有电负性相离子键的本质是静电作用力，只有电负性相差较大差较大(一般一般1.7)1.7)的元素之间才能形成离子的元素之间才能形成离子键。键。离子键是极性键。离子键无方向性，无饱和性。第1页/共81页 （一）离子的电荷数 从离子键的形成过程可知，阳离子的电荷数就是相应原子失去的电子数；阴离子的电荷数就是相应原子得到的电子数。三.离子的电荷、半径和电子组态（二）离子半径 离子半径是根据离子晶体中阴、阳离子的核间距测出的，并假定阴、阳离子的平衡核间距为阴、阳离子的半径之和。第2页/共81页 离子半径具有如下规律：（1 1）同一元素的阴离子半径

2、大于原子半径，阳离子半径小于原子半径。同一元素的阳离子半径随电荷数增加而减小。（2 2）同一周期中电子层结构相同的阳离子的半径，随离子的电荷数的增加而减小；而阴离子的半径随离子的电荷数减小而增大。（3 3）同一主族元素的离子半径自上而下随核电荷数的增加而增大。（4 4）相邻主族左上方和右下方两元素的阳离子半径相近。第3页/共81页 （三）离子的电子组态 离子的电子层组态有以下几种：（1 1）2 2 电子组态：离子只有 2 2 个电子，外层电子组态为 1s1s2 2。（2 2）8 8 电子组态：离子的最外电子层有 8 8 个电子，外层电子组态为 n ns s2 2n np p6 6。（3 3）1

3、8 18 电子组态：离子的最外电子层有 18 18 个电子，外层电子组态为 n ns s2 2n np p6 6n nd d1010 。（4 4）18182 2 电子组态：离子的次外电子层有 18 18 个电子，最外电子层有 2 2 个电子，外层电子组态为 (n n1)s1)s2 2(n n1)p1)p6 6(n n1)d1)d1010n ns s2 2。（5 5）9 917 17 电子组态：离子的最外电子层有 917 917 个电子，外层电子组态为 n ns s2 2n np p6 6n nd d1919。第4页/共81页 （1 1）离子的半径:离子的半径越小，极化力就越强；（2 2）离子的

4、电荷数:阳离子的电荷数越多，极化力就越强；（3 3）离子的外层电子组态:当离子半径和电荷数相近时，极化力与离子的外层电子组态有关：1818、18182 2、2 2电子9 917 17 电子8 8 电子四、离子极化第5页/共81页 离子的变形性是指离子被带相反电荷离子极化而发生变形的能力。离子的变形性取决于离子的半径、电荷数和外层电子组态。（1 1）离子的半径：离子的半径越大，变形性就越大；（2 2）离子的电荷数：阴离子的电荷数越高，变形性就越大，而阳离子的电荷数越多，变形性就越小；（3 3）离子的外层电子组态：9 91717、18 18 和18182 2电子组态的阳离子的变形性比半径相近的 8

5、 8 电子组态的离子要大。第6页/共81页2.若两个电子自旋相同,则：轨道不能重叠；体系的能量因电子间的斥力作用而升高；不能形成共价键。一、经典共价键理论1.若两个电子自旋方向相反,则：轨道发生重叠；电子云在两原子核间的几率密度增大；体系能量降低；形成共价键。当两个H原子相互靠近时：第二节 共价键第7页/共81页二、共价键的特点二、共价键的特点共价键形成的条件:两个原子的成单电子的自旋 方向必须相反共价键的饱和性：原子形成共价键的数目取决于 原子的未成对电子数目共价键的方向性：原子轨道间的重叠只有符合最 大重叠方向,才能形成共价键第8页/共81页例如：HCl分子的形成第9页/共81页 键：键：

6、原子轨道沿键轴（核间连线）以原子轨道沿键轴（核间连线）以“头碰头头碰头”方式进行重叠，重叠部分沿键轴呈圆柱形对称方式进行重叠，重叠部分沿键轴呈圆柱形对称分布，形成分布，形成共价键。如共价键。如s-ss-s、s-ps-px x 和和p px x-p-px x 轨轨道重叠。道重叠。三、共价键的类型三、共价键的类型第10页/共81页第11页/共81页键：互相平行的互相平行的p py y或或p pz z轨道则以轨道则以“肩并肩肩并肩”方式进行重叠，重叠部分垂直于键轴并方式进行重叠，重叠部分垂直于键轴并呈镜面反对称。呈镜面反对称。第12页/共81页第13页/共81页例如：N2分子的形成，N：1s22s2

7、2pX12pY12pZ1第14页/共81页 键与键的区别1）键重叠程度大，键牢固，可单独存在；键电子云较松散，不稳定，只能与键共存。2）以共价键结合的两原子间只能有一个键，但可以有多个键单键:键双键:+叁键:+第15页/共81页（二）配位共价键如果共价键是由成键两原子中的一个单独提供电子对进入另一个原子的空轨道共用而成键，称为配位共价键，简称配位键（coordinationbond）。例如：在CO中C1s22s22pX12py12pz0O1s22s22px12py12pz2 形成配位键的两个必备条件：1.一个成键原子的价电子层有孤对电子；2.另一个成键原子的价电子层有空轨道.第16页/共81页

8、四、杂化轨道（一）理论要点1.在形成分子的过程中，同一原子中能量相近的原子轨道重新组合成新的原子轨道，这个过程称为轨道杂化，杂化后的原子轨道叫杂化轨道，杂化轨道比原来轨道具有更强的成键能力。2.有几个原子轨道参加杂化就可形成几个杂化轨道。3.杂化轨道在空间应取最大夹角分布，以使相互间的排斥能最小。4.不同的杂化方式导致杂化轨道的空间分布不同，由此决定了分子的空间几何构型不同。第17页/共81页（二）轨道杂化类型及实例1、sp杂化:由1个s轨道和1个p轨道组合成2个sp杂化轨道的过程称为sp杂化，夹角180o，形成直线型分子。第18页/共81页例题1：试说明BeCl2分子的空间构型。Be：2s2

9、2s12px12个sp杂化轨道第19页/共81页（2）sp2杂化由1个s轨道与2个p轨道组合成3个sp2杂化轨道的过程称为sp2杂化。夹角120o，形成正三角型构型的分子。例2试说明BF3分子的空间构型。B：2s22px12s12px12py1sp2杂化第20页/共81页第21页/共81页（3）sp3杂化轨道由1个s轨道和3个p轨道组合成4个sp3杂化轨道的过程称为sp3杂化。夹角109o28，形成正四面体构型的分子。例3试解释CH4分子的空间构型。C：2s22p22s12px12py12pZ1sp3杂化第22页/共81页第23页/共81页杂化类型杂化类型spsp2 sp3参与杂化的参与杂化的

10、轨道轨道s+ps+p+ps+p+p+p杂化轨道数杂化轨道数234夹角夹角180120 109028 空间构型空间构型直线直线正三角正三角正四面体正四面体实例实例BeCl2C2H2BF3C2H4CH4C2H6第24页/共81页C2H6的形成第25页/共81页C2H4的形成第26页/共81页C2H2的形成第27页/共81页C原子杂化类型的判断当C形成2个键时sp杂化当C形成3个键时sp2杂化当C形成4个键时sp3杂化第28页/共81页2.spd型杂化 能量相近的（n 1）d与ns、np轨道或ns、np与nd轨道组合成新的dsp或spd型杂化轨道的过程可统称为spd型杂化。杂化类型杂化类型 dspd

11、sp2 2 spsp3 3d d d d2 2spsp3 3 或或spsp3 3d d2 2 杂化轨道数杂化轨道数 4 45 56 6空间构型空间构型 正方形正方形 三角双锥三角双锥 正八面体正八面体 第29页/共81页原子轨道的杂化可分为等性和不等性杂化两类。例：CH4:C 以sp3杂化轨道与 H 成键，每个sp3杂化轨道含有相同的s和p成份 等性杂化 等性杂化：杂化后所形成的几个杂化轨道能量完全相同，称为等性杂化。（二）等性杂化与不等性杂化:当原来轨道的电子数相同时，则为等性杂化。第30页/共81页H2O分子：实验测得，V字形分子，键角10429 不等性杂化：杂化轨道中，所含有的参与杂化的

12、原子轨道的成份不等，至使杂化轨道的能量有所不同不等性杂化 原来轨道电子数不同时，多为不等性杂化。第31页/共81页H2O分子O原子成键前先进行了SP3不等性杂化，其中的两条杂化轨道由成对电子占据，其余两条P成分更多，共用电子对和孤对电子之间斥力较强，因此不是10928，而是10429。2s2p2对孤对电子杂化O原子：2s22p4第32页/共81页2s2p孤电子对占据的杂化轨道，不参与成键，电子云密集在中心原子周围，s轨道成分相对增大，其余3个杂化轨道p成分相对增大。N原子：2s22p3,有3个单电子，可形成3个共价键孤对电子杂化产生不等性杂化的原因：参与杂化的原子轨道中电子数目多于轨道数目，出

13、现孤电子对。第33页/共81页第34页/共81页第35页/共81页杂化轨道情况一览表中心原子外层电子构型杂化类型分子几何形状键角举例A,Bns2 sp等性直线形180BeCl2、HgCl2A ns2np1sp2等性平面三角形120BF3、BBr3A ns2np2sp3等性(正)四面体10928CCl4、SiHCl3A ns2np3sp3不等性三角锥形10928NH3、PH3A ns2np4sp3不等性V字形10928H2O、H2S第36页/共81页（一）键能:E解离能：在标准状态、298K时,将1mol理想气态分子AB解离成理想气态的A和B原子所需的能量。常用符号“D”来表示。双原子分子中：键

14、能（E）等于解离能（D）。多原子分子中：键能（E）与解离能（D）不同。四、共价键参数键参数:用于表征化学键性质的物理量,键能、键长、键角、键的极性.第37页/共81页注意：同种单键(或双键等)在不同的化合物中也有 差别。平均键平均键能能同一化学键在各种分子中的键能的平均值称为该键的平均键能。AB键能:单键 双键 双键叁键一般地,键长越短,键能越大。（二）键长实验表明：同一种键在不同分子中的键长几乎相等，某一单键的键长是他们的平均值，即平均键长。第39页/共81页分子中键和键之间的夹角称为键角（bond angle）利用键角和键长数据,可以表征分子的空间结构。从而解释分子的某些性质。NH3分子的

15、结构（三）键角例:H20键角为104.5 CO2键角为180 NH3键角为107第40页/共81页非极性键：由两个相同原子组成的化学键,它们的正负电荷重心完全重合。极性键：由两个不同原子组成的化学键,由于它们的电负性不同,它们的正负电荷重心不重合。ClClClCl非极性键ClHHCl极性键ClNa+NaCl离子键（四）键的极性第41页/共81页一、价层电子对互斥理论的基本要点（1 1）分子或离子的空间构型取决于中心原子的价层电子对数。中心原子的价层电子对是指键电子对和未参与成键的孤对电子。（2 2）中心原子的价层电子对之间尽可能远离，以使斥力最小，并由此决定了分子的空间构型。静电斥力最小的价层

16、电子对的排布方式 第三节 分子的形状与极性 价层电子对数价层电子对数 2 2 3 34 45 56 6电子对排布方式电子对排布方式直线形直线形 平面三角形平面三角形 四面体四面体 三角锥三角锥 八面体八面体第42页/共81页 价层电子对的计算：对于ABABm m型分子或离子，价层电子对数等于中心A A原子原有的价层电子对数加上B B原子按都生成共价单键提供的电子数（B B原子为氧族元素时不提供电子），若是负离子再加上负离子的电荷数，正离子则减去电荷数，然后除以2 2。价层电子对数（A A原子的价电子数B B原子都生成单键提供的电子数离子电荷数)/2)/2 （3）价层电子对之间的斥力与价层电子对

17、的类型有关，价层电子对之间静电斥力大小顺序为：孤对电子-孤对电子 孤对电子-成键电子对 成键电子对-成键电子对第43页/共81页在CH4中，C有4个电子，4个H提供4个电子，C的价层电子总数为8个，价层电子对为4对。C的价层电子对的排布为正四面体，由于价层电子对全部是成键电子对，因此CH4的空间构型为正四面体。（二）ClO3-的空间构型的空间构型 在ClO3-中，Cl有7个价电子，O不提供电子，再加上得到的1个电子，价层电子总数为8个，价层电子对为4对。Cl的价层电子对的排布为四面体，四面体的 3 个顶角被3个O占据，余下的一个顶角被孤对电子占据，因此ClO3-为三角锥形。（一）CH4的空间构

18、型第44页/共81页（三）（三）PCl5 的空间构型的空间构型 在 PClPCl5 5 中，P P有5 5个价电子，5 5个ClCl分别提供1 1个电子，中心原子共有5 5对价层电子对，价层电子对的空间排布方式为三角双锥，由于中心原子的价层电子对全部是成键电子对，因此PClPCl5 5 的空间构型为三角双锥形。利用价层电子对互斥理论，可以预测大多数主族元素的原子所形成的共价化合物分子或离子的空间构型。P183P183，表8-58-5第45页/共81页根据正负两种电荷在分子内部的分布情 况可把分子分为极性分子与非极性分子。+极性分子非极性分子 分子分子整体电中性局部正电荷部分(原子核)负电荷部分

19、(电子)=0 0二、分子的极性第46页/共81页+qqd偶极矩 q:正负电荷重心所带的电量 d:正负电荷重心之间的距离单位：Cm 方向：正电荷中心负电荷中心 偶极矩越大，分子的极性越强。永久偶极：极性分子由于正负电荷重心不重合，因而存在的固有的偶极叫永久偶极第47页/共81页 分子有无极性，要看整个分子的正、负电荷重心是否重合，重合的是非极性分子；不重合的是极性分子。分子间的作用力与分子的极性有关。键的极性与分子极性为不同概念第48页/共81页双原子分子双原子分子由极性键形成极性分子。由非极性键形成非极性分子。由键的极性就可以确定分子极性第49页/共81页对于空间构型对称(如直线形、平面三角形

20、、正四面体型等)的分子：多原子分子多原子分子分子极性不仅与键的极性有关，还与分子空间构型有关。由极性键形成非极性分子由极性键形成极性分子对于空间构型不对称(如四面体型、三角锥型、V字形等)的分子：第50页/共81页分子内存在极性键未必极性分子Eg：Eg：分子无极性分子有极性但极性分子中一般都存在极性键CClHHHCClClClCl第51页/共81页分子极性与键的极性：HClHCl极 性 键极 性 分 子2.1 3.03.610-13 cm直 线 形H2HH2.12.1非极性键0非极性分子 直 线 形CO2CO2.5 3.5极 性 键0非极性分子直 线 形SO2SO2.5 3.5极 性 键5.4

21、4 极 性 分 子V字形BF3BF2.0 4.0极 性 键0非极性分子 平面三角形NH3NH3.0 2.1极 性 键4.9极 性 分 子 三 角 锥 形CH4CH2.5 2.1极 性 键0非极性分子 正四面体形第52页/共81页第四节、分子间的作用力化学键是分子内部原子作用力，原子通过化学键结合成各种分子或晶体。而分子和分子之间存在一种比化学键弱的作用力，称分子间的作用力。分子作用力分为范德华力和氢键。Vanderwaals力又包括取向力、诱导力和色散力。第53页/共81页 分子的极化 因外电场的作用，使分子变形产生偶极或增大偶极矩的现象称为分子的极化。由此而产生的偶极称为诱导偶极。第54页/

22、共81页范德华（范德华（Van der waals）力）力 1 1取向力取向力：极性分子的固有偶极子之间异极相吸，同极相斥，使分子间发生定向排列。这种固有偶极子之间的静电引力称为取向力。显然，取向力发生在极性分子之间。+极性分子 极性分子异极相邻固有偶极间的作用力+第55页/共81页2.2.诱诱导导力力：极性分子的固有偶极可使非极性分子电子云变形，产生诱导偶极。固有偶极和诱导偶极之间的吸引力称为诱导力。诱导力既存在于极性分子与非极性分子之间，也存在于极性分子之间。诱导偶极+异极相邻极性分子非极性分子极性分子极性分子+诱导偶极同固有偶极间的作用力第56页/共81页3.色散力非极性分子瞬间偶极 瞬

23、间偶极：由于分子中电子运动和核振动而使分子在某一瞬间产生的偶极。由瞬间偶极相互吸引而产生的分子间作用力叫色散力。色散力存在于各种分子之间。第57页/共81页分子间力是永远存在于分子之间的一种吸引力；非极性分子之间只存在色散力；非极性分子与极性分子之间存在色散力和诱导力；极性分子之间存在色散力、诱导力和取向力；色散力存在于一切分子之间，是三种作用力中最主要的一种；分子间力没有饱和性和方向性(静电引力)；分子间力的强度远小于化学键；4.分子间力的特点第58页/共81页5.分子间力对物质性质的影响分子间力对物质的物理性质有影响。（1）对物质熔、沸点的影响一般而言：结构相似的同系列物质分子量越大，分子

24、变形性也越大，分子间力愈强，物质的熔点、沸点也就愈高。如：卤族元素单质第59页/共81页（2）对物质溶解度的影响一般规律：极性物质易溶于极性溶剂中，非极性物质易溶于非极性溶剂中“相似相溶”原理。溶解过程需克服的作用力：溶质分子之间的力；溶质分子与溶剂分子之间的力。以水为溶剂：HCl、HAc、C2H5OH、NaCl、HNO3易溶以苯为溶剂：I2、S8、大部分有机化合物易溶第60页/共81页1.氢键的产生 赤裸的氢核与含有孤对电子的电负性强的带负电的原子（N,F,O)充分靠近而产生吸引力，这种吸引力称为氢键。如HF中，H原子只有1个电子，与F原子形成强极性共价键后几乎成为一个“裸核”，而F原子半径

25、小、电负性大、有孤对电子。三、氢键第61页/共81页分子中必须具有一个电负性很大、半径很小的X原子与H原子形成共价键；分子中必须具有一个电负性很大、半径很小、带有孤对电子的Y原子。2.氢键的形成条件满足上面两个条件的X、Y原子：F、O、N等原子形成的氢键较强；Cl的电负性和N相同，但半径比N原子大，只能形成弱氢键。常见氢键强弱顺序：FHFOHOOHNNHNOHCl氢键的通式：XHY（X和Y可以是相同原子）第62页/共81页(1)氢键也属于一种分子之间的作用力，但通常所说的范德华力不包括氢键（因为氢键的存在不具有普遍性）；(2)氢键的强度与范德华力相当，远小于化学键的强度；(3)氢键具有饱和性和

26、方向性（类似于共价键）。若形成分子内氢键便不再形成分子间氢键。3.氢键的特点第63页/共81页氢键的形成对物质性质的影响 分子间氢键使物质的熔点增大、沸点增大、溶解度增大 分子内氢键使物质的熔点减少、沸点减小、溶解度减小第64页/共81页温度()分子量氢键对熔点、沸点的影响沸点熔点第65页/共81页氢键应用举例第66页/共81页第67页/共81页总 结强度强度特点特点van der Waals力力几到几十几到几十kJ mol-1 无方向性和饱和性的无方向性和饱和性的氢键氢键15到到40kJ mol-1有方向性和饱和性的有方向性和饱和性的 共价键共价键几十到几千几十到几千kJ mol-1 有方向

27、性和饱和性的有方向性和饱和性的 第68页/共81页物质内的作用力：共价化合物占已知化合物的90以上。第69页/共81页第五节 晶体结构（了解）晶体是由原子、离子或分子在空间按一定规律周期性地重复排列构成的固体。晶体的这种周期性排列的基本结构特征使它具有以下宏观特征：(1)晶体具有规则的几何外形。(2)晶体具有各向异性。(3)晶体具有固定的熔点。第70页/共81页第71页/共81页第72页/共81页第73页/共81页第74页/共81页晶格是一种几何概念，将许多点等距离排成一行，再将行等距离平行排列。将这些点连接起来得到平面格子。将此二维体系扩展到三维空间，得到的是空间格子就是晶格。组成晶体的微粒

28、（离子、分子、原子）在晶体内形成有规则的三维排列，称为晶体（或称为点阵）；晶格中质点占据的位置称为结点，晶体中最小的重复单位称为晶胞；晶胞不断重复就构成晶格。晶体分为离子晶体、分子晶体、原子晶体和金属晶体四大类。第75页/共81页一、离子晶体半径比半径比r+/r-配位数配位数配位体构型配位体构型晶体构型晶体构型0.1553正三角形正三角形-0.225-0.4144正四面体正四面体ZnS型型0.414-0.7326正八面体正八面体NaCl型型0.732-1.008正方体正方体CsCl型型1.0012-最密堆积最密堆积AB型晶体离子半径与晶体构型的关系CsCl、NaCl、ZnS是AB型晶体中常见的

29、三种类型，其晶体在空间的排布形式分别如图：第76页/共81页(a)CsCl型(b)NaCl型(c)ZnS型离子晶体结构示意图第77页/共81页二、原子晶体原子晶体是靠共价键力结合起来的晶体，或者说晶体的晶格结点上排列的微粒是中性原子，原子与原子间以牢固的共价键相互结合而构成的晶体。常见的原子晶体有金刚石、SiO2、单质硅、单质锗、SiC、A1N、B4C、GaAs等。金刚石原子晶体示意图第78页/共81页在原子晶体中不存在独立的简单分子，整个晶体构成一个巨大的分子。例如在金刚石晶体中，晶格结点上都是碳原子，每个碳原子以sp3杂化轨道结合。三、分子晶体分子晶体是由极性分子或非极性分子通过分子间作用

30、力或氢键聚集在一起形成的晶体。如固态的X2、CO2（干冰）、H2O（冰）等。图为CO2分子晶体示意图。第79页/共81页四、金属晶体五、各类晶体的结构与性质比较晶体类型晶体类型组成粒子组成粒子粒子作用力粒子作用力物理性质物理性质实例实例熔沸点熔沸点硬度硬度熔融导电熔融导电性性离子晶体离子晶体离子离子离子键离子键高高大大好好NaCl、MgO、BaO原子晶体原子晶体原子原子共价键共价键高高大大差差金刚石、金刚石、SiC分子晶体分子晶体极性分子极性分子分子间力分子间力（氢键）（氢键）低低小小差差HF、NH3、H2O非极性分子非极性分子更低，易升更低，易升华华小小差差H2、O2、CO2金属晶体金属晶体原子、离子原子、离子金属键金属键高或低高或低大或小大或小好好Cr、K、Fe、W各种类型晶体的内部结构和特性第80页/共81页感谢您的观看！第81页/共81页