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1、第四章第四章 化学键与分子结构化学键与分子结构n4.1 离子键理论离子键理论n4.2 共价键理论共价键理论n4.3 金属键理论金属键理论无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 4.1 离子键理论离子键理论无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物一、离子键的形成 Na + :Cl Na+:Cl: 无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也
2、感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物二、离子键及其特点n定义：定义：正负离子间的静电吸引力叫做离子键正负离子间的静电吸引力叫做离子键。n特点：特点：离子键既没有方向性也没有饱和性。离子键既没有方向性也没有饱和性。NaCl 晶体晶体无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物三、离子键强度与晶格能离子键强度与晶格能n晶晶格能：格能：表示相互远离的气态正离子和负离子表示相互远离的气态正离子和负离子结合成结合成 1 mol 离子晶体时所释放的能量，或离子晶体时所释放的能量，或1 mol
3、离子晶体解离成自由气态离子时所吸收的离子晶体解离成自由气态离子时所吸收的能量。如：能量。如：Ca2+ (g) + 2Cl- (g) CaCl2 (s) H = U = 2260.kJ/moln离子键强度离子键强度：用用晶晶格能表示格能表示无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物Born-Lande 公式公式 U = -Ve Z1Z2/r 其中：其中： Ve 为正负离子间吸引力和排斥力达平为正负离子间吸引力和排斥力达平衡时，体系的位能；衡时，体系的位能；Z1、Z2 分别为正负离子的分别为正负离
4、子的电荷数；电荷数； r为正负离子间距。为正负离子间距。 Born-Haber 循环计算循环计算U无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物四、离子化合物的类型nZnS型型nNaCl型型nCsCl型型无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物五、离子化合物的性质离子化合物的性质 n高熔点高熔点 High melting pointsn高沸点高沸点 High boiling pointsn易脆性
5、易脆性 Brittlenessn溶解性溶解性 Some are soluble, some not.无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 4.2 共价键理论共价键理论共享电子对共享电子对 无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物4.2.1 价键理论价键理论n共价键的本质共价键的本质是由于原子是由于原子相互接近时轨道重叠（即相互接近时轨道重叠（即波函数叠加），原子间通波函数叠加），原子间
6、通过共用自旋相反的电子对过共用自旋相反的电子对使能量降低而成键。使能量降低而成键。n共价键的主要特点共价键的主要特点是具有是具有饱和性和方向性。饱和性和方向性。一、共价键的本质和特点无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物二、共价键的键型 键键( 成键轨道）头碰头成键轨道）头碰头原子核连线为对称轴原子核连线为对称轴 键键，肩并肩肩并肩穿过原子核连线有一节面穿过原子核连线有一节面无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测
7、没有错：表里边有一个活的生物共价键形成实例共价键形成实例HF的生成的生成无机化学N2的生成的生成 键键 键键无机化学无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物4.2.2 杂化轨道理论杂化轨道理论 同一原子中，不同原子轨道的线性组合，改变原子轨道的同一原子中，不同原子轨道的线性组合，改变原子轨道的分布方向，有利于成键，但原子轨道的数目不变分布方向，有利于成键，但原子轨道的数目不变无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没
8、有错：表里边有一个活的生物4.2.2 杂化轨道理论杂化轨道理论实验测得实验测得 CCl4、 CH4等的立体构型为正四面体等的立体构型为正四面体（tetrahedral） 在同一个原子中能量相近的不同类型（在同一个原子中能量相近的不同类型（s, p, d, ）的几个原子轨道波函数可以相互叠加而组成同等数目的的几个原子轨道波函数可以相互叠加而组成同等数目的能量能量完全相同的能量能量完全相同的杂化轨道杂化轨道。无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 杂化轨道的主要类型杂化轨道的主要类型 sp 直
9、线型直线型 键角键角180 CO2, C2H2sp2 平面三角形平面三角形 键角键角120 BF3, NO3-, C6H6 ,C2H4sp3 正四面体形正四面体形 键角键角109 28 CH4, H2O, NH3dsp2 平面四方形平面四方形 键角键角90 Ni(CN)42-dsp3(sp3d) 三角双锥三角双锥 120 和和90 PCl5d2sp3(sp3d2) 正八面体正八面体 90 SF6无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 sp sp杂化轨道杂化轨道激激发发杂杂化化无机化学我吓了
10、一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 sp2杂化杂化乙烯乙烯无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 sp3杂化杂化无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物4.2.3 价层电子互斥理论价层电子互斥理论CH4 NH3 H2O PF3 ClF3PFFFNHHHOHHCHHHHClFFF分子构型和电子构
11、型的区别分子构型和电子构型的区别原则：尽可能使电子对之间的排斥作用最小原则：尽可能使电子对之间的排斥作用最小高键级高键级低键级低键级孤对孤对孤对孤对 孤对键对孤对键对 键对键对键对键对无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物价层电子对互斥理论可以定性判断和预见分子的几何构型价层电子对互斥理论可以定性判断和预见分子的几何构型n分子的共价键中的分子的共价键中的价电子对价电子对以及以及孤对电子孤对电子由于相互排斥由于相互排斥作用而趋向尽可能彼此远离，分子尽可能采取对称的结作用而趋向尽可能彼此远离，
12、分子尽可能采取对称的结构。构。n若一个中心原子和几个配位原子形成分子时，分子的几若一个中心原子和几个配位原子形成分子时，分子的几何构型取决于中心原子周围地价电子数目。价电子包括何构型取决于中心原子周围地价电子数目。价电子包括价层轨道中价层轨道中成键电子对成键电子对(bp)和孤电子对和孤电子对(lp).n不同价电子对间排斥作用的顺序为：不同价电子对间排斥作用的顺序为： lplp lpbp bpbpn分子中的多重键按单键处理。分子中的多重键按单键处理。 价层电子对数确定方法：价层电子对数确定方法：价层电子对数价层电子对数 (中心原子价电子总数中心原子价电子总数配位原子提供电子数配位原子提供电子数
13、离子电荷数离子电荷数)配位原子提供电子数：配位原子提供电子数：H, Cl, 1; O, S, 0; N, -1.无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物价电子对数目与分子构型价电子对数目与分子构型23456无机化学分子构型：正四面体分子构型：正四面体甲烷甲烷ClO4分子构型：正四面体分子构型：正四面体含氧原子的情况：净结果含氧原子的情况：净结果是是O原子不提供价电子。原子不提供价电子。无机化学氨氨分子构型：角锥型分子构型：角锥型水水分子构型：角型分子构型：角型电子构型与分子构型不一致电子构型
14、与分子构型不一致无机化学BF3分子构型：平面三角分子构型：平面三角PF6-分子构型：正八面体分子构型：正八面体无机化学ClF3分子构型：分子构型：T字型字型三种构型三种构型 选择选择电子构型与分子构型不一致电子构型与分子构型不一致电子数为电子数为5 时，孤对总是尽时，孤对总是尽先处于三角双锥的腰部位置先处于三角双锥的腰部位置无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物价层电子互斥理论的局限性价层电子互斥理论的局限性不能说明成键原理和键的相对稳定性不能说明成键原理和键的相对稳定性无机化学我吓了一跳
15、，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物4.2.4 分子轨道理论分子轨道理论n原子中某个电子运动的波函数，用原子中某个电子运动的波函数，用 表示，表示，分子轨道可由原子轨道线性组合而成。分子轨道可由原子轨道线性组合而成。无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物一、分子轨道理论的要点n原原子轨道组成分子轨道时，轨道数不变。分子子轨道组成分子轨道时，轨道数不变。分子轨道的能量可以高于、低于和等于原子轨道，轨道的
16、能量可以高于、低于和等于原子轨道，分别称为反键轨道、成键轨道和非键轨道。分别称为反键轨道、成键轨道和非键轨道。n原原子轨道组成分子轨道时，必须满足原子轨道子轨道组成分子轨道时，必须满足原子轨道的能量相近、轨道最大重叠和对称性匹配。的能量相近、轨道最大重叠和对称性匹配。n分子轨道中的电子排布和原子轨道中电子排布分子轨道中的电子排布和原子轨道中电子排布的规则相似，即遵循的规则相似，即遵循Pauli原理，能量最低原理原理，能量最低原理及及Hund 规则。规则。无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生
17、物 成键轨道和反键轨道成键轨道和反键轨道 成键轨道成键轨道(bonding)反键轨道反键轨道(antibonding)无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物二、分子轨道图二、分子轨道图( (a) a) 和分子轨道能级图和分子轨道能级图( (b)b) 成键轨道中，两原子之间的电子云密度增加；成键轨道中，两原子之间的电子云密度增加； 而反键轨道中，两原子之间的电子云密度降低。而反键轨道中，两原子之间的电子云密度降低。( (a)a)( (b)b)无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为
18、什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物H2的分子轨道能级图的分子轨道能级图(a) 氢原子轨道氢原子轨道 (b) 氢分子轨道氢分子轨道无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物H2 与与 He2 的比较的比较无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物三、简单双原子分子轨道能级三、简单双原子分子轨道能级 1s *1s 2s *2s 2p 2p
19、y 2pz *2py *2pz *2pxO2的分子轨道的分子轨道无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物氧的顺磁性氧的顺磁性无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物N2的分子轨道能级图的分子轨道能级图n氮气为什么稳定？氮气为什么稳定？与与O2的分子轨道的分子轨道能级图比较有何能级图比较有何不同，不同，why?无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里
20、呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物HF的分子轨道能级图的分子轨道能级图非键非键反键反键成键成键无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物4.2.4 键参数键参数n键级键级 键级越大，键越牢固，分子越稳定键级越大，键越牢固，分子越稳定n键能键能 键能越大，键越牢固，分子越稳定键能越大，键越牢固，分子越稳定n键长键长 键长越短，键越牢固，分子越稳定键长越短，键越牢固，分子越稳定n键角键角 反映分了空间结构反映分了空间结构n键的极性键的极性 成键原子的电负性差越大，键的极
21、性越大成键原子的电负性差越大，键的极性越大无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物4.3 金属键理论金属键理论n金属离子沉浸在自金属离子沉浸在自由电子的海洋中由电子的海洋中+一、金属的改性共价键理论一、金属的改性共价键理论无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物二、金属键的能带理论二、金属键的能带理论空轨道空轨道满轨道满轨道2n2n12 ,2SLi12 , SnLiS2*2SLi金属的分子
22、轨道图金属的分子轨道图Li2的分子轨道图的分子轨道图无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物金属导体的能带模型金属导体的能带模型12 , SnLi空空满满导带导带满带满带能量间隔能量间隔11 , SnLi无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物固体的能带结构固体的能带结构导体导体半导体半导体绝缘体绝缘体导带导带禁带禁带满带满带Eg g 5eVEg g3eV无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶
23、和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物4.4 分子间作用力分子间作用力n分子的极性分子的极性n分子间作用力分子间作用力 (Intermolecular Forces)n氢键氢键 (Hydrogen无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物4.4.1 分子的极性分子的极性极性键极性键 (Polar bonds)HCl无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我
24、的猜测没有错：表里边有一个活的生物偶极矩偶极矩 (Dipole Moment, ) q d d ：正、负电荷重心间距（偶极长）正、负电荷重心间距（偶极长）q ：电量电量单位：单位： 德拜（德拜（Debye，D） 1D3.336 10-30 Cm（库仑库仑米）米）表示表示：（）（） （）（）（矢量）（矢量）无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物键的极性和分子极性（一）键的极性和分子极性（一）CCl4，非极性；非极性； CHCl3, 极性。极性。无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，
25、为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物键的极性和分子极性（二）键的极性和分子极性（二）H2OCO2CO2，非极性；非极性； H2O, 极性。极性。无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物4.4.2 分子间作用力分子间作用力类型类型(kJ/mol)作用力大小作用力大小分子类型分子类型取向力取向力03极性分子极性分子诱导力诱导力01极性分子与非极性分子之间极性分子与非极性分子之间色散力色散力825所有类型分子所有类型分子氢键氢键530N,
26、 O, F; the link is a shared H atom化学键能约为：化学键能约为：100600 (kJ/mol)无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物取向力取向力极性分子的永久部分电荷之间的吸引作用。极性分子的永久部分电荷之间的吸引作用。无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物色散力的形成色散力的形成瞬时偶极瞬时偶极无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它
27、放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物色散力大小与分子的形态色散力大小与分子的形态1）分子量愈大，色散力愈大；）分子量愈大，色散力愈大；2）相同组成时，线性分子的色散力较大。如：）相同组成时，线性分子的色散力较大。如：正戊烷，正戊烷，bp=36.1 C. 而而(CH3)4C, bp=9.5 C. 无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物4.4.3 氢键（氢键（Hydrogen BondingHydrogen Bonding）O, N, F等电负性强的等电负性强的 原子原子之间通过之间通过H原子连接而成；原子连接而成；氢键是最强的分子间力。氢键是最强的分子间力。无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物氢键与沸点氢键与沸点无机化学我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物冰的结构冰的结构无机化学