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1、第1页/共114页 1）掌握化学键参数和分子的性质。2）掌握离子键的本质和特征。3）熟练运用价键理论讨论共价键的本质、特征、类型。及解释共价分子的几何构型。教学目的：第2页/共114页 4）掌握分子轨道理论的基本要点。5）熟练运用价层电子对 互斥理论推断分子构型。6）了解金属键理论。7）掌握分子间作用力，氢键。第3页/共114页 共价键 离子键 金属键理论 VSEPR推断分子构型。重点与难点重点与难点：第4页/共114页授课内容：授课内容：2、1 化学键参数 2、2 离子键 2、3 共价键理论 2、4 金属键理论 2、5 分子间作用力、氢键第5页/共114页第6页/共114页 2-1-1 化学
2、键参数化学键：分子或晶体中相邻原子或离子间的强烈的相互作用力。分为离子键、共价键、金属键。第7页/共114页 键能：bond energy 在标准状态下（101.3KPaP100KPa,298K）将1mol理想气体分子AB拆开为理想气体，A 原子和B原子时所需的能量为AB的 解离能。D（AB）单位：KJ /mol第8页/共114页 AB(g)A(g)+B(g)D(AB)Cl2(g)2Cl(g)E(ClCl)=D(ClCl)=247kJ/mol双原子分子：离解能 =键能第9页/共114页多原子分子：NH3（g）NH2（g）+H（g）D1=435.1kJmol-1 NH2（g）NH（g）+H（g）
3、D2=397.5kJ mol-1 NH（g）N（g）+H（g）D3=338.9kJ mol-1 E(N-H)=1/2(D1+D2+D3)=390.5 KJ mol-1 NHHH第10页/共114页同样的键在不同的分子中键能也是有差别的.键能 ：是平均值 E（c c）E（c c）E（c-c）意义：键能是表征化学键强度的重要参数。键能越大，键的强度越大，键也越牢固，分子越稳定。第11页/共114页 2.键长 bond lengh 定义：分子中化学键相连的两个核之间的平衡距离.键长越短、键强越大.3.键角 bond angle 分子中键与键的夹角 反映了分子中空间构型第12页/共114页4.键的极性
4、：非极性键：当两个原子以化学键结合 之后，正电荷重心与负电 荷重心完全重合，则两原 子间就形成了非极性键。H2、Cl 2、O 2 X=0第13页/共114页极性键：正电荷重心与负电荷重心不 完全重合，则两原子间就形 成了极性键。HCl H2O NH3 X越大，键的极性越大 X0第14页/共114页2-1-2 分子的性质1.分子的极性：d-q+q偶极子第15页/共114页 偶极距 ：u =q-d 单位：库仑 *米 （C m）1D =3.3 10-30 c.m D:德拜 矢量，既有大小，又有方向 从正电重心转移到负电重心.第16页/共114页 非极性分子 u =0 极性分子 u 0 双原子分子:(
5、非极性键).相同原子组成的双原子 分子.u=0 是非极性分子 H2 、O2 、Cl2第17页/共114页不同原子组成的双原子分子.u0 是极性分子.HCl HF多原子分子:相同原子组成S8 P4 u=0而03 u0构型有关相同原子组成分子构型若完全对称 u=0 CH4 BF3 CO2分子构型若不完全对称 u0 H2O CHBr3 NH3第18页/共114页多原子分子:相同原子组成S8 P4 u=0而03 u0构型有关不同原子组成分子构型若完全对称 u=0 CH4 BF3 CO2分子构型若不完全对称 u0 H2O CHBr3 NH3第19页/共114页2.分子的磁性.根据物质在磁场中的表现 可分
6、三类 抗磁性物质:在磁场中,诱导产生一个逆 磁场方向的磁距，对外磁场有微 弱的抗力，使磁场强度有所减少.第20页/共114页 顺磁性物质:在磁场中,能产生顺磁场方向的磁 距 而被微弱的磁化.使总的磁场强度有 所增加.铁磁性物质:在磁场中表现出很强的磁性，使 磁场强度显著增大，在外磁场撤除后，磁性不致消失。第21页/共114页影响因素：内部结构 分子中成单电子数有关。um =n（n+2）1/2 n=0，u=0 B.M 玻尔磁子第22页/共114页第23页/共114页 离子键：原子得失电子后形成正负离 子.正负离子间靠静电引力结合 而形成的化学键.1916年，德、W.Kossel 柯赛尔 第24页
7、/共114页 2-2-1 离子键理论基本要点1.离子键的形成.Na(s)+Cl2(g)Na+Cl-(s)活波金属原子和活波的非金属原子靠近时,金属原子易失去电子变成正离子 非金属原子易得到电子变成负离子.正负离子通过静电引力结合在一起形成 离子型离子键.第25页/共114页 X 1.7 没有 100%离子键性 CaF 92%离 8%共2.离子键的本质静电引力V0d0吸引加排斥第26页/共114页3.离子键的特征.没有方向性 没有饱和性.(空间位阻）NaCl(6)CsCl(8)2-2-2 离子键的强度晶格能第27页/共114页 晶格能 Lattice energy 相互远离的气态正负离子结合成1
8、mol离子晶体时所释放的能量.Na+(g)+Cl-(g)NaCl(s)Hm=-786KJ/mol UNaCl =786KJ/mol NaCl(s)Na+(g)+Cl-(g)Hm =+786KJ/mol 第28页/共114页数据可以计算波恩哈伯循环 Na(s)+1/2 Cl2 (g)NaCl(s)Na(g)Cl(g)Na+(g)+Cl-fHm=H1+H2+H3+H4+H5 fHNaCl H5=-Cl H4 H3 H2 H1第29页/共114页H 4 Cl2 (g)的电子亲和能 E=349 KJ/mol H 4 =-E=-349 KJ/mol-U=fHm -H1-H2-H3-H4U=-fHm +H
9、1+H2+H3+H4 =+411+108 +121 +496 -349 =787 KJ/mol第30页/共114页fHm NaCl 生成焓 -411 KJ/mol H1 Na+(s)升华热 S=108KJ/mol H2 1/2 Cl2 (g)离子化能 D=121 KJ/mol H3 Na 的电离能 H3=I=469 KJ/mol第31页/共114页 影响U大小的因素 离子的：Z (电荷).r 电子构型 a.电荷越高,U越大、离子键越 强、熔沸点越高.b.r 越小，U越大、离子键越 强、熔沸点越高.具有8e-、2e-构型是稳定的电子构 型，形成的离子键越强，U越大 第32页/共114页第33页/
10、共114页 1916 年，美国化学家 路易斯，共用电子对 分子中原子均具有 8e 稀有气体的稳定构型.原子通过共用电子对形成化学键.八隅体规则.第34页/共114页 用两个圆点或一条短线代表一对电子.H C HH O HH N HHHHN NN N第35页/共114页Lewis缺陷:未能揭示共价键本质特点.八隅体规则不适合某些分子.BF3 PCl5 难以解释某些分子的特征.O2 是顺磁性 第36页/共114页1927.德国化学家海特勒.WHeitler 伦敦 F.London量子力学理论应用到分子结构，后经泡林Pauling 等人发展.现代价键理论(一)VB共价 键 本质 Valence Bo
11、nd Theory第37页/共114页一.成键原理1.成键原子相互靠近时,各自提供自旋相反的成单电子耦合配对形成共价键.共价键可以是 单键.双键.叁键.2.只有合成单电子的原子轨道相互重叠，才能形成共价键。第38页/共114页【原子轨道重叠成键须满足三条原则：】能量近似 对称性匹配，原子轨道同号叠 加，异号相减.满足最大重叠，原子轨道重叠越 多，两个原子核间电子云密度越 大，体系越稳定.第39页/共114页 二、共价键的本质 H2 基态R458 kJ/molR0 R0=74 pmH2E排斥态结合能 De 与键能相近 436 KJ/mol第40页/共114页排斥态B2A第41页/共114页共价键
12、也属于电性引力,只不过是成键原子的原子核对电子云重叠部分的吸引.三、共价键的特点1.共价键具有饱和性 每个原子成键的总数或与其以单键 相连的原子数目是一定的.第42页/共114页H：1S 一个共价键B、C、N：2S 2P 最多 4 个共价键 BF4-CH4 NH4+没有 CF6-N 5Cl :3 P 5 一个单电子 Cl2而不是 Cl3第43页/共114页 3.共价键的方向性.（满足最大重叠）2Px 1s 正确 错误+-+-第44页/共114页 四、共价键的类型原子轨道重叠方式不同，可形成不同类型的共价键。S S 轨道 H H H2第45页/共114页 Px-S Px-Px F F 键 头碰头
13、 S-S 圆柱形对称 Px-S 键能大 PX-Px 稳定性高电子云重叠形成的第46页/共114页Pz-Pz Py-PylPz-Pz Py-Pyl键 肩并肩 P-P ：镜面对称，键能 大，稳定性低.第47页/共114页 d-P 单键 双键 +三键 +B:1S2 2S2 2P1 BF3 三个 2S 2P2第48页/共114页 电子对接受体 电子对给予体 配位键 CH2 不稳定 CH 4 稳定 FNFBHHFFNFFHFBNHH HHH第49页/共114页2-3-2 杂化轨道理论 一.基本要点 1931，pauling 提出 CH 4 为例 杂化：即为轨道重新组合（重组）能量相近的轨道才能杂化。杂化
14、前后，轨道数目不变，杂化后成键能力更强，形成分子更加稳定，杂化轨道在空间伸展满足相互的排斥力最小使形成的分子能量最低。第50页/共114页 二。杂化轨道的类型及对分子空间 构型的解释 1.）SP 杂化 BeCl2 Be :1S2 2S2 2P0 激发 1S2 2S1 2P1 杂化 +Cl 2个Sp S:1/2 P:1/2+-第51页/共114页 180 180SpSpCl Be-Cl+-+-电子云重叠第52页/共114页 2 ）SP2 BCl3 B :2S2 2P1SP2：1/3 s 2/3 p第53页/共114页ClBClCl120由电子云重叠形成的+第54页/共114页 3.SP3 CH
15、4 C:2S2 2P2 2S1 2P3 SP3:1/4 S 3/4 PHHHCH109度28分第55页/共114页 4.SP3d PCl5 SP3dClClClPClCl第56页/共114页 5.SP3d2 SF6SFFFFFF第57页/共114页6.等性杂化 不等性杂化等性杂化：若参与杂化 的原子轨道成 分相等，则轨道 的能量相等。不等性杂化：成分不相等，能量不相等。第58页/共114页H2O O:NH3N:HHO第59页/共114页若配体不同，键角不同，也算不等性杂化。CH4 NH3 H2O Sp3 Sp3 Sp3HHCHHHHNOHHH第60页/共114页三。不足 要推知一个分子杂化类型
16、是很困 的，即先有事实后有理论分析。2-3-3 价层电子对互斥 理论 VSEPR 第61页/共114页1940 西奇威克 鲍威尔 1957 吉莱斯比 尼霍姆 提出发展第62页/共114页一.基本要点 分子或离子的空间构型是由该 分子中心原子的价电子对数以及电子对之间的相互排斥作用而决定的.中心原子周围的 价电子对应尽可能彼此相互远离，使电子对之间的静电斥力最小，体系能量最低.第63页/共114页 1.ABn A:中心原子 B：配位原子 n：是B 的数目 ABn构型与分子的价层电子对有关.分子的构型总是采取电子对 相互排斥力作用最小的结构.2.为了减少价电子对之间的斥力，电子对间尽可能互相远离.
17、价电子层看成一个球面。第64页/共114页AA第65页/共114页3.价电子对数=中心原子的价电子数+n 个B 所提供的电子数*1/2 B:X 提供一个 H 提供一个 O 不提供举例：CO2 BeCl2 NH4+CH4 NH3 H2O PCl5 PH3 BF4-NO2第66页/共114页价电子对=成键电子对+孤电子数 H2O：4=2+2 A X2 E2 型 排斥力大小比较：HOH第67页/共114页1）夹角越小，排斥力越大2）孤-孤 孤-成 成-成3）叁键 双键 单键4）Xw-Xw Xs-Xw Xs-Xs 电负性小5）中心原子处于全满价层键合电子之间的斥力大于处于中心原子半满价层键合电子之间的
18、斥力。第68页/共114页二.判断分子构型的一般步骤 SF4 求价层电子对数（6+4）/2=5 孤对电子对=5 4=1 确定价层电子对构型画出可能有的电子构型.S第69页/共114页FFSFFFFFSF(a)(b)找出最小角 90 度孤-孤 0 0 孤-成 3 2第70页/共114页最小的即为稳定构型：变形四面体 BrF3 (7+3)/2 =5 XeF2 XeF4 ClF5 2 对 AB2 B-A-B 3 对 AB3 AB2E （V 型）BBBAABB第71页/共114页4对 AB4 2-3-4 分子轨道理论 1932 前后，美国 和 F.Hunel第72页/共114页一、Mo 基本要点 1.
19、分子中电子不是属于某个特定的原子，电子不在某个原子轨道运动而是在分子轨道中运动。用来描述.同样用 2表示分子中某个电子在空间某处出现的几率密度。第73页/共114页 2.分子轨道是由分子中原子的原子轨道线性组合而成，组合形成的分子轨道数目与组合前的原子轨道数目相等.两个原子轨道 +A B 组合后两个分子轨道 和 *=CA A +CB B *=CA A -CB B第74页/共114页分子轨道是多中心的，原子轨道只有一个中心.原子轨道：S P d f分子轨道：3.原子轨道线性组合成分子轨道 分子轨道中 能量高于原来的原子轨道 称：反键分子 *能量低于原来的原子轨道 称：成键分子 第75页/共114
20、页 s*非键分子轨道s1s1sss*第76页/共114页+-+s+-+-Px2p*2p+s+-+-+-PxPxpx*px第77页/共114页-+-PyPy+Py*Py第78页/共114页二.原子轨道的组合原则 1.能量相近原则 E 15eV 2.对称性匹配原则 对称性相同 对称性匹配 S-S S-Px Px-Px Py-Py Pz-Pz 对称性不匹配 S-Py S-Pz Px-Py Px-Pz Py-Pz第79页/共114页最大重叠原则:”头碰头”重叠 最大三.分子轨道能级图 MO1s1s*2s2s*2px2pz2py2pz*2py*2px*1s1s2s2sAOAO F 2 O 2第80页/共
21、114页1s1s*2s2s*2px2pz 2py2pz*2py*2px*1s1s2s2sAOAO N2MO2s与2p能量差小时第81页/共114页BO=（成键电子对 反键电子对）键级 键级是分子结构重要常数，键级越大，则键长越短，键能越大，化学键越强，分子越稳定.四.分子轨道中电子的排布 原则：包里不相容原理 能量最低原理 洪特规则2第82页/共114页 H2 (1s)2 BO=1 He2 (1s)2(1s*)2 =0 Li2 K K(2s)2 =1 Be2 K K(2s)2(2s*)2 B2 K K(2s)2(2s*)2 (2py)1(2pz)1 C2 K K(2s)2(2s*)2 (2py
22、)2(2pz)2 第83页/共114页 N2 K K(2s)2(2s*)2 (2py)2(2pz)2(2px)2 BO=3 N2+N2-BO=2.5 2.5O2 K K(2s)2(2s*)2(2px)2 (2py)2(2pz)2(2py*)1 (2pz*)1 第84页/共114页 O2+O2 O2 -CO:K K(2s)2(2s*)2(2py)(2pz)2(2px)2 SOF4:(6+4)/2=5 对 SP3d FSFOFFSFFFF O正确错误第85页/共114页 XeOF4 (8+4)/2=6 SP3d2FFFXeFO第86页/共114页第87页/共114页2-4-1 自由电子理论 112
23、 元素 金属元素 90 种一.基本要点 金属原子金属：金属离子 自由电子+第88页/共114页沉浸在电子的“海洋”中自由电子的电子云就像“气团”充满整个金属晶体中，自由电子的存在减少了金属离子之间的斥力，自由电子就像可以流动的胶水一样，将金属原子、金属离子“黏结”在一起，“连结”作用。金属键：是多个原子共用多个自由 电子.第89页/共114页二.金属特性的解释 1.金属光泽：自由电子吸收可见光之后，又把所有的可见光释放出来，金属不透明，有光泽.2.电阻：阻碍了自由电子的运动，均有一定的电阻 T 增大、电阻大.第90页/共114页 3.导电性：碰撞将传递热量。4.延展性：一位置的金属键被破坏，另
24、一位随之生成.5.硬度、密度、熔沸点的差异 r 价层轨道、电子数差异大缺点：不能解释导体、半导体、绝缘 体.第91页/共114页2-4-2 能带理论一.基本观点1.金属原子的所有电子归属于整个 金属晶体.2.所有原子价轨道线性组合成一系 列分子轨道，一半是成键轨道，一 半是反键轨道，价电子的能量基本 相同，各价层轨道能量差小，能量 相近的分子轨道形成一条能带.第92页/共114页3.不同电子层的原子轨道（AO）形成不同的分子轨道（MO）能带，充满电子的能带 称：满带 未充满电子的能带 称：导带 两者之间的空白区 称：禁带 第93页/共114页 Li 1S2 2S1 Li2 Lin 1s1s*2
25、s2s*导带禁带满带第94页/共114页 Be 1S2 2S1 2p0Ben 2S 与 2p 能量接近，原子间的相互作用.2S 与 2p 能带发生部分重叠它们之间没有禁带，2S电子跃迁到2p相当于导体2P 空带2S 满带第95页/共114页Mg 与 Be 相似，所以均为电的良导体.二.能带理论对金属特性的解释 1.金属光泽：电子可以吸收可见光跃迁至 高能量，金属不透明，处于高能 态能量又回到低能态轨道，释放出 光能，大多数金属银白色.第96页/共114页2.导电性、导热性 导带中相邻轨道间能量差小，导带中的电子只要接受微小的热 能或电性引力，就会在导带中自 由运动.3.延展性 能带中电子是离域
26、的，一处能带被破坏，另一处能带随之形成。第97页/共114页 4.导体、半导体、绝缘体的区别：导体：conductor Li Be 半导体：禁带 E 5 eV insac第98页/共114页2-5-1 分子间作用力 1873，荷兰物理学家 Vander walls实际气体，在低温、高压下能聚集成液体甚至固体，说明分子之间存在一类比化学键低的作用力。分子间作用力 2-5 分子间作用力和氢键第99页/共114页一.取向力 极极 同电相斥、异电相吸.+-+-+-+-+-+-诱导偶极永久偶极固有偶极第100页/共114页本质：静电引力 与极性成正比.-+-+-+-+瞬时偶极-+第101页/共114页二
27、.诱导力诱导偶极：极非极 极极非极性分子的电子云会发生变形，正负电荷的饿重心发生偏移.分子越大，变形性越大，越易产生诱导偶极，分子极性越大，与T 无关.第102页/共114页三.色散力瞬时偶极：分子在运动中，某一瞬间 发生正负电荷重心的偏移 而产生偶极。分子的变形性越大，瞬时偶极越易产生.色散力越大，极极 极非 非非第103页/共114页四.范德华力的特点 1.作用能量小 只有2 20 KJ/mol 化学键 100600 KJ/mol 2.没有方向性、饱和性 3.短程引力、几百 pm 4.三种力分配上以色散力为主，分子体积越大、分子间作用力越大，熔沸点越高，无饱和性，无方向性.第104页/共1
28、14页 2-5-2 氢 键 HF HCl HBr HI HF 20 HI 25 H2O H2S H2Se H2Te H2O 100 H2Te -13 HF 、H2O沸点异常高存在超出范德华力之外的相互作用力 称为：氢键第105页/共114页一.形成条件 1）含 H 原子的分子中，与 H 相连的原子必须电负性大、半径小，使 H 原子几乎成为 “裸体”质子.F、O、N2）必须有一个含孤对电子对原子，体积小.第106页/共114页二.特点1）具有饱和性、方向性HOHHOHHFFH第107页/共114页相距尽可能远，相互排斥力越小，稳定.每个 H 只能形成一个氢键.2）强弱 与 非氢原子的电负性、原子半径、所带电荷有关.FHF O H O O H N N H N 第108页/共114页3)氢键的大小介于分子间力与化学键之间，可看作是具有方向性、饱和性 的分子间作用力.三.氢键的类型 1.分子间HOC HH OOCO H第109页/共114页2.分子内 邻羟基苯甲醛 熔点45 易溶于水 114 OHCOHOHCHOOHONO第110页/共114页四.氢键对化合物性质的影响1.熔沸点升高2.溶质与溶剂形成氢键 S 大3.改变 H2O 4 最大 H2O 冰 氢键第111页/共114页第112页/共114页第113页/共114页感谢您的观看。第114页/共114页