第3章-1离子键-近代化学导论课件.ppt

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1、高等教育出版社高等教育出版社 高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社第第3章章 化学键与分子结构化学键与分子结构高等教育出版社高等教育出版社 高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社第第3章章 化学键与分子结构化学键与分子结构2Na(s)+Cl2(g)2NaCl(s)颜色颜色颜色颜色 银灰色银灰色银灰色银灰色 黄绿色黄绿色黄绿色黄绿色 无色无色无色无色状态状态状态状态 固体固体固体固体 气体气体气体气体 晶状固体晶状固体晶状固体晶状固体 导电性导电性导电性导电性 极强极强极强极强 极弱极弱极弱极弱 极弱，熔融导电极弱，熔融导电极弱，熔融导电极弱，熔融导电 通电下通电下通电下通电下 无

2、变化无变化无变化无变化 无变化无变化无变化无变化 熔融下反应逆转熔融下反应逆转熔融下反应逆转熔融下反应逆转 高等教育出版社高等教育出版社 高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社第第3章章 化学键与分子结构化学键与分子结构典型强化学键典型强化学键 弱化学键弱化学键化化学学键键（次级键次级键 secondary bondsecondary bond）原子间较强的相互作用力；原子间较强的相互作用力；原子间较强的相互作用力；原子间较强的相互作用力；(40 kJmol40 kJmol-1-1)离子键、共价键、金属键离子键、共价键、金属键离子键、共价键、金属键离子键、共价键、金属键分子间较弱的相互作

3、用力；分子间较弱的相互作用力；分子间较弱的相互作用力；分子间较弱的相互作用力；(几至几十个千焦每摩尔几至几十个千焦每摩尔几至几十个千焦每摩尔几至几十个千焦每摩尔 )分子间力分子间力分子间力分子间力(范德华力范德华力范德华力范德华力)、氢键等、氢键等、氢键等、氢键等高等教育出版社高等教育出版社 高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社第第3章章 化学键与分子结构化学键与分子结构一、一、离子键理论离子键理论 二、二、共价键理论共价键理论 1.经典价键理论经典价键理论（路易斯理论）（路易斯理论）2.现代价键理论现代价键理论（电子配对法）（电子配对法）3.原子轨道杂化理论原子轨道杂化理论 4.价层

4、电子对互斥理论价层电子对互斥理论 5.分子轨道理论分子轨道理论 6.共价键参数与分子性质共价键参数与分子性质三、金属键理论三、金属键理论 四、分子间作用力和氢键四、分子间作用力和氢键 高等教育出版社高等教育出版社 高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社高等教育出版社高等教育出版社 高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社第第3章章 化学键与分子结构化学键与分子结构教学内容：教学内容：一、一、离子键理论离子键理论 1.离子键理论的基础离子键理论的基础 2.离子键的特点离子键的特点 3.离子的特征离子的特征 4.离子型晶体离子型晶体高等教育出版社高等教育出版社 高等教育电子音像出版社高等

5、教育电子音像出版社1.离子键理论的基础离子键理论的基础电离势电离势 I、电子亲和势电子亲和势 E 和和电负性电负性 元素的元素的是形成离子键理论的基础是形成离子键理论的基础 1916 1916年德国化学家科塞尔（年德国化学家科塞尔（年德国化学家科塞尔（年德国化学家科塞尔（KosselKossel）根据）根据）根据）根据稀有稀有稀有稀有气体气体气体气体具有稳定结构的事实，提出了离子键理论。具有稳定结构的事实，提出了离子键理论。具有稳定结构的事实，提出了离子键理论。具有稳定结构的事实，提出了离子键理论。Na+Cl NaCl高等教育出版社高等教育出版社 高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社2

6、.离子键的特点离子键的特点(1)本质是静电引力（库仑引力）本质是静电引力（库仑引力）正、负离子相互吸引正、负离子相互吸引(2)没有方向性和饱和性没有方向性和饱和性（库仑引力的性质所决定）（库仑引力的性质所决定）(3)键的极性与元素的电负性键的极性与元素的电负性有关有关高等教育出版社高等教育出版社 高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社高等教育出版社高等教育出版社 高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社3.离子的特征离子的特征（1）离子的电荷离子的电荷（2）离子的电子层构型离子的电子层构型（3）离子半径离子半径离子键离子键离子键离子键的强度的强度的强度的强度正、负正、负正、负正、负离

7、子的离子的离子的离子的性质性质性质性质离子型离子型离子型离子型化合物化合物化合物化合物的性质的性质的性质的性质取决于取决于取决于取决于取决于取决于取决于取决于高等教育出版社高等教育出版社 高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社（1）离子的电荷离子的电荷FeFe2+2+FeFe3+3+氧化性氧化性氧化性氧化性 还原性还原性还原性还原性 硫氰根硫氰根硫氰根硫氰根 SCN SCN 血红色化合物血红色化合物血红色化合物血红色化合物 不反应不反应不反应不反应 K K4 4Fe(CN)Fe(CN)6 6 (黄血盐黄血盐黄血盐黄血盐)普鲁士蓝沉淀普鲁士蓝沉淀普鲁士蓝沉淀普鲁士蓝沉淀 不反应不反应不反应

8、不反应 无水盐无水盐无水盐无水盐 FeClFeCl3 3棕黄色固体棕黄色固体棕黄色固体棕黄色固体 FeClFeCl2 2白色固体白色固体白色固体白色固体 含水盐含水盐含水盐含水盐 FeClFeCl3 3棕黄色固体棕黄色固体棕黄色固体棕黄色固体 FeClFeCl2 2浅蓝固体浅蓝固体浅蓝固体浅蓝固体 离子电荷上的差异是化合物性质差异的最直接因素离子电荷上的差异是化合物性质差异的最直接因素离子电荷上的差异是化合物性质差异的最直接因素离子电荷上的差异是化合物性质差异的最直接因素高等教育出版社高等教育出版社 高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社高等教育出版社高等教育出版社 高等教育电子音像出版

9、社高等教育电子音像出版社（2）离子的电子层构型离子的电子层构型NaNa：2s 2s2 22p2p6 63s3s1 1 CaCa：3s 3s2 23p3p6 64s4s2 2 NaNa+：2s 2s2 22p2p6 6 CaCa2+2+：3s 3s2 23p3p6 6 正离子正离子正离子情况比较复杂，有多种构型：正离子情况比较复杂，有多种构型：正离子情况比较复杂，有多种构型：正离子情况比较复杂，有多种构型：LiLi：1s 1s2 22s2s1 1 BeBe：1s 1s2 22s2s2 2 LiLi+：1s1s2 2 BeBe2+2+：1s1s2 2 2 2电子构型（电子构型（电子构型（电子构型（

10、1s1s2 2）：）：）：）：最外层为最外层为最外层为最外层为2 2个电子的离子个电子的离子个电子的离子个电子的离子 8 8电子构型（电子构型（电子构型（电子构型（n ns s2 2n np p6 6）：）：）：）：最外层为最外层为最外层为最外层为8 8个电子的离子个电子的离子个电子的离子个电子的离子 0 0电子构型：电子构型：电子构型：电子构型：最外层没有电子的离子最外层没有电子的离子最外层没有电子的离子最外层没有电子的离子 如如如如HH+高等教育出版社高等教育出版社 高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社高等教育出版社高等教育出版社 高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社（2）

11、离子的电子层构型离子的电子层构型正离子正离子PbPb：Xe 4f Xe 4f14 14 5d5d10106s6s2 26p6p2 2 PbPb2+2+：Kr 4dKr 4d10104f4f1414 5s5s2 25p5p6 65d5d10 10 6s6s2 2SnSn：Kr 4d Kr 4d10105s5s2 25p5p2 2 SnSn2+2+：Ar 3dAr 3d10 10 4s4s2 24p4p6 64d4d10 10 5s5s2 2 18+2 18+2电子构型电子构型电子构型电子构型(n-n-1)1)s s2 2(n-n-1)1)p p6 6(n-n-1)1)d d1010n ns s2

12、 2：次外次外次外次外层层层层 18 18个电子，最外层个电子，最外层个电子，最外层个电子，最外层2 2个电子的离子个电子的离子个电子的离子个电子的离子高等教育出版社高等教育出版社 高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社（2）离子的电子层构型离子的电子层构型正离子正离子FeFe：Ar 3d Ar 3d6 64s4s2 2FeFe2+2+：Ne Ne 3s3s2 23p3p6 63d3d6 6 最外层最外层最外层最外层1414个电子个电子个电子个电子CrCr：Ar 3d Ar 3d5 54s4s1 1CrCr3+3+：Ne Ne 3s3s2 23p3p6 63d3d3 3 最外层最外层最外

13、层最外层1111个电子个电子个电子个电子MnMn：Ar 3d Ar 3d5 54s4s2 2MnMn2+2+：Ne Ne 3s3s2 23p3p6 63d3d5 5 最外层最外层最外层最外层1313个电子个电子个电子个电子 917 917电子构型电子构型电子构型电子构型(n ns s2 2n np p6 6n nd d1919)：最外层电子数在最外层电子数在最外层电子数在最外层电子数在917917之间的不饱和电子结构的离子之间的不饱和电子结构的离子之间的不饱和电子结构的离子之间的不饱和电子结构的离子高等教育出版社高等教育出版社 高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社高等教育出版社高等教育

14、出版社 高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社（2）离子的电子层构型离子的电子层构型 例例例例如如如如：碱碱碱碱金金金金属属属属和和和和铜铜铜铜副副副副族族族族，最最最最外外外外层层层层都都都都只只只只有有有有1 1个个个个s s电电电电子子子子，都都都都能能能能形形形形成成成成+1+1价价价价正正正正离离离离子子子子，但但但但电电电电子子子子层层层层构构构构型型型型不不不不同同同同，它它它它们们们们化化化化合合合合物物物物的的的的性性性性质就有明显的差别（质就有明显的差别（质就有明显的差别（质就有明显的差别（氯化物氯化物氯化物氯化物）：）：）：）：离子离子离子离子电子层构型电子层构型电

15、子层构型电子层构型半径半径半径半径(pm)(pm)化合物性质化合物性质化合物性质化合物性质NaNa+2s2s2 22p2p6 6 9595NaClNaCl易溶于水易溶于水易溶于水易溶于水CuCu+3s3s2 23p3p6 63d3d10109696CuClCuCl难溶于水难溶于水难溶于水难溶于水KK+3s3s2 23p3p6 6133133KClKCl易溶于水易溶于水易溶于水易溶于水AgAg+4s4s2 24p4p6 64d4d1010126126AgClAgCl难溶于水难溶于水难溶于水难溶于水高等教育出版社高等教育出版社 高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社（3）离子半径离子半径 由

16、由由由于于于于原原原原子子子子核核核核外外外外电电电电子子子子不不不不是是是是沿沿沿沿着着着着固固固固定定定定的的的的轨轨轨轨道道道道运运运运动动动动，电电电电子子子子云云云云没没没没有有有有明明明明确确确确的的的的边边边边界界界界，因因因因此此此此原原原原子子子子或或或或离离离离子子子子的的的的半半半半径径径径无无无无法严格确定。法严格确定。法严格确定。法严格确定。当正、负离子间的吸引力和核外电子当正、负离子间的吸引力和核外电子当正、负离子间的吸引力和核外电子当正、负离子间的吸引力和核外电子与电子之间以及原子核与原子核之间的排与电子之间以及原子核与原子核之间的排与电子之间以及原子核与原子核之

17、间的排与电子之间以及原子核与原子核之间的排斥力达到平衡时，正、负离子之间保持着斥力达到平衡时，正、负离子之间保持着斥力达到平衡时，正、负离子之间保持着斥力达到平衡时，正、负离子之间保持着一定的平衡距离，这个距离叫一定的平衡距离，这个距离叫一定的平衡距离，这个距离叫一定的平衡距离，这个距离叫核间距核间距核间距核间距（nuclear separationnuclear separation），结晶学上以结晶学上以结晶学上以结晶学上以d d 来来来来表示。核间距可以用表示。核间距可以用表示。核间距可以用表示。核间距可以用X X 射线衍射的方法测射线衍射的方法测射线衍射的方法测射线衍射的方法测得，由此

18、可计算出离子或原子半径（作用得，由此可计算出离子或原子半径（作用得，由此可计算出离子或原子半径（作用得，由此可计算出离子或原子半径（作用范围）的大小。范围）的大小。范围）的大小。范围）的大小。正、负离子半径正、负离子半径正、负离子半径正、负离子半径与核间距的关系与核间距的关系与核间距的关系与核间距的关系 .d d =r r1 1+r r2 2.r r1 1r r2 2.高等教育出版社高等教育出版社 高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社（3）离子半径离子半径离子半径变化规律离子半径变化规律离子半径变化规律离子半径变化规律同族元素同族元素同族元素同族元素，自上而下，具有相同电荷数的离子的半

19、径，自上而下，具有相同电荷数的离子的半径，自上而下，具有相同电荷数的离子的半径，自上而下，具有相同电荷数的离子的半径依次增大。依次增大。依次增大。依次增大。LiLi+NaNa+KK+RbRb+CsCs+；F F ClCl BrBr I I 同一周期同一周期同一周期同一周期，自左向右，随正离子电荷数的依次增大，自左向右，随正离子电荷数的依次增大，自左向右，随正离子电荷数的依次增大，自左向右，随正离子电荷数的依次增大，离子半径依次减小。离子半径依次减小。离子半径依次减小。离子半径依次减小。NaNa+MgMg2+2+AlAl3+3+同一元素同一元素同一元素同一元素负离子半径大于原子半径，正离子半径小

20、于负离子半径大于原子半径，正离子半径小于负离子半径大于原子半径，正离子半径小于负离子半径大于原子半径，正离子半径小于原子半径，不同价态的正离子，半径原子半径，不同价态的正离子，半径原子半径，不同价态的正离子，半径原子半径，不同价态的正离子，半径随离子电荷升高而随离子电荷升高而随离子电荷升高而随离子电荷升高而减小。减小。减小。减小。Fe Fe(117pm117pm)FeFe2+2+(76pm76pm)FeFe3+3+(67pm67pm)F F(136pm136pm)F F(64pm64pm)高等教育出版社高等教育出版社 高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社（3）离子半径离子半径LiLi+

21、60pm60pm MgMg2+2+65pm65pm 负离子的半径一般较大，约为负离子的半径一般较大，约为负离子的半径一般较大，约为负离子的半径一般较大，约为130250pm130250pm，正离子半径一般较小，约为正离子半径一般较小，约为正离子半径一般较小，约为正离子半径一般较小，约为10170pm10170pm。周期表中处于相邻族的左上方和右下方斜对角线上的周期表中处于相邻族的左上方和右下方斜对角线上的周期表中处于相邻族的左上方和右下方斜对角线上的周期表中处于相邻族的左上方和右下方斜对角线上的 正离子半径近似相等。正离子半径近似相等。正离子半径近似相等。正离子半径近似相等。NaNa+95pm

22、95pmCaCa2+2+99pm99pm离子半径变化规律离子半径变化规律离子半径变化规律离子半径变化规律高等教育出版社高等教育出版社 高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社（3）离子半径离子半径 离子半径的大小对离子型化合物性质有显著的影响，离子半径的大小对离子型化合物性质有显著的影响，离子半径的大小对离子型化合物性质有显著的影响，离子半径的大小对离子型化合物性质有显著的影响，离子半径越小，离子间引力越大，因此离子型化合物的离子半径越小，离子间引力越大，因此离子型化合物的离子半径越小，离子间引力越大，因此离子型化合物的离子半径越小，离子间引力越大，因此离子型化合物的熔、沸点较高；熔、沸点

23、较高；熔、沸点较高；熔、沸点较高；离子型离子型离子型离子型化合物化合物化合物化合物 正离子半径正离子半径正离子半径正离子半径/pmpm 负离子半径负离子半径负离子半径负离子半径/pmpm熔点熔点熔点熔点/化学性质化学性质化学性质化学性质 NaFNaFLiFLiF NaNa+95 95LiLi+6060 F F 136 136F F 136 136 87087010401040 NaClNaClNaBrNaBrNaINaI NaNa+95 95ClCl 181 181BrBr 195 195I I 216 216 I I 的半径大，它的半径大，它的半径大，它的半径大，它的还原性强于的还原性强于的

24、还原性强于的还原性强于BrBr 和和和和ClCl 高等教育出版社高等教育出版社 高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社高等教育出版社高等教育出版社 高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社（1 1）几种简单的离子型晶体）几种简单的离子型晶体）几种简单的离子型晶体）几种简单的离子型晶体面心立方晶格，每个离子被面心立方晶格，每个离子被面心立方晶格，每个离子被面心立方晶格，每个离子被 6 6个相反电荷的离子包围着，个相反电荷的离子包围着，个相反电荷的离子包围着，个相反电荷的离子包围着，配配配配位数为位数为位数为位数为6 6。LiFLiF、CsFCsF、NaINaI等等等等 属于属于属于属于

25、NaClNaCl型。型。型。型。简单立方晶格，每个离子被简单立方晶格，每个离子被简单立方晶格，每个离子被简单立方晶格，每个离子被 8 8个相反电荷的离子包围着，个相反电荷的离子包围着，个相反电荷的离子包围着，个相反电荷的离子包围着，配配配配位数为位数为位数为位数为8 8。CsBrCsBr、CsICsI等晶体等晶体等晶体等晶体 属于属于属于属于CsClCsCl型。型。型。型。NaCl NaCl 型型型型CsCl CsCl 型型型型高等教育出版社高等教育出版社 高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社（1 1）几种简单的离子型晶体）几种简单的离子型晶体）几种简单的离子型晶体）几种简单的离子型晶

26、体面心立方晶格，面心立方晶格，面心立方晶格，面心立方晶格，S S2-2-按面心立方密按面心立方密按面心立方密按面心立方密堆积排布，堆积排布，堆积排布，堆积排布，ZnZn2+2+均匀地填充在一均匀地填充在一均匀地填充在一均匀地填充在一半四面体的空隙中，半四面体的空隙中，半四面体的空隙中，半四面体的空隙中，正、负离子正、负离子正、负离子正、负离子的配位数均为的配位数均为的配位数均为的配位数均为4 4，ZnOZnO、HgSHgS、CuClCuCl、BeOBeO等晶体属于等晶体属于等晶体属于等晶体属于ZnSZnS型。型。型。型。六方晶系，六方晶系，六方晶系，六方晶系，S S2-2-作六方最密堆积，作六

27、方最密堆积，作六方最密堆积，作六方最密堆积，ZnZn2+2+填充在一半四面体空隙之填充在一半四面体空隙之填充在一半四面体空隙之填充在一半四面体空隙之中，填隙时互相间隔开，使填中，填隙时互相间隔开，使填中，填隙时互相间隔开，使填中，填隙时互相间隔开，使填隙四面体不会出现共面连接或隙四面体不会出现共面连接或隙四面体不会出现共面连接或隙四面体不会出现共面连接或共边连接，共边连接，共边连接，共边连接，配位数为配位数为配位数为配位数为4 4。闪锌矿闪锌矿闪锌矿闪锌矿(立方立方立方立方ZnS)ZnS)纤锌矿纤锌矿纤锌矿纤锌矿(六方六方六方六方ZnS)ZnS)高等教育出版社高等教育出版社 高等教育电子音像出

28、版社高等教育电子音像出版社（1 1）几种简单的离子型晶体）几种简单的离子型晶体）几种简单的离子型晶体）几种简单的离子型晶体与闪锌矿结构类似。与闪锌矿结构类似。与闪锌矿结构类似。与闪锌矿结构类似。CaCa2+2+的配位的配位的配位的配位数为数为数为数为8 8，F F 的配位数为的配位数为的配位数为的配位数为4 4，正、，正、，正、，正、负离子数比为负离子数比为负离子数比为负离子数比为4:8=1:24:8=1:2，BaFBaF2 2，SrClSrCl2 2，ThOThO2 2等具有等具有等具有等具有CaFCaF2 2型结构。型结构。型结构。型结构。四方晶体，正离子四方晶体，正离子四方晶体，正离子四

29、方晶体，正离子TiTi4+4+的配位的配位的配位的配位数为数为数为数为6 6，负离子，负离子，负离子，负离子OO22 的配位数的配位数的配位数的配位数为为为为3 3。TiTi4+4+处于配位数为处于配位数为处于配位数为处于配位数为6 6的八的八的八的八面体中。面体中。面体中。面体中。CaFCaF2 2 型型型型(萤石萤石萤石萤石)金红石型金红石型金红石型金红石型 (TiO(TiO2 2)高等教育出版社高等教育出版社 高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社高等教育出版社高等教育出版社 高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社（2 2）离子型晶体的特点）离子型晶体的特点）离子型晶体的特点

30、）离子型晶体的特点离子型晶体的硬度虽大，但比较脆，延展性较差；离子型晶体的硬度虽大，但比较脆，延展性较差；离子型晶体的硬度虽大，但比较脆，延展性较差；离子型晶体的硬度虽大，但比较脆，延展性较差；当晶体受到冲击力时，各层离子位置发生错动（位错）当晶体受到冲击力时，各层离子位置发生错动（位错）当晶体受到冲击力时，各层离子位置发生错动（位错）当晶体受到冲击力时，各层离子位置发生错动（位错），使吸引力大大减弱而易破碎。，使吸引力大大减弱而易破碎。，使吸引力大大减弱而易破碎。，使吸引力大大减弱而易破碎。+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-位错位错高等教育出版社高等教育出版社 高等

31、教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社（2 2）离子型晶体的特点）离子型晶体的特点）离子型晶体的特点）离子型晶体的特点离子型晶体离子型晶体离子型晶体离子型晶体在熔融状态或在水溶液中都具有良好在熔融状态或在水溶液中都具有良好在熔融状态或在水溶液中都具有良好在熔融状态或在水溶液中都具有良好的导电性，但在固体状态，由于离子被限制在晶格的导电性，但在固体状态，由于离子被限制在晶格的导电性，但在固体状态，由于离子被限制在晶格的导电性，但在固体状态，由于离子被限制在晶格的一定位置上振动，所以固体状态不导电。的一定位置上振动，所以固体状态不导电。的一定位置上振动，所以固体状态不导电。的一定位置上振动，所以

32、固体状态不导电。离子型晶体离子型晶体离子型晶体离子型晶体中，不存在单个分子，整个晶体就是中，不存在单个分子，整个晶体就是中，不存在单个分子，整个晶体就是中，不存在单个分子，整个晶体就是一个巨型分子。一个巨型分子。一个巨型分子。一个巨型分子。严严严严格格格格说说说说NaClNaCl、CsClCsCl不不不不能能能能叫叫叫叫分分分分子子子子式式式式，只只只只能能能能叫叫叫叫化化化化学式或最简式。学式或最简式。学式或最简式。学式或最简式。高等教育出版社高等教育出版社 高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社高等教育出版社高等教育出版社 高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社（3 3）离子型晶体的晶格能）离子型晶体的晶格能）离子型晶体的晶格能）离子型晶体的晶格能玻恩玻恩玻恩玻恩-哈伯循环法计算哈伯循环法计算哈伯循环法计算哈伯循环法计算 NaCl NaCl 晶格能晶格能晶格能晶格能