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第 9 章 分子光谱和分子结构 - 195 - 第九章 分子光谱和分子结构 前面我们从原子光谱、原子磁性了解了原子的结构，但在生产实践和生活中 接触的物体极少是孤立的原子，往往是由原子结合而成的分子或分子集团，它是 物质结构的一个重要层次．本章将简要介绍分子光谱和分子结构． §9.1 分子光谱和分子能级 一、分子与化学键 分子由原子组成，原子通过它们间的相互作用而结合在一起．而分子中相邻 原子间存在的各种不同形式的相互作用称为化学键．化学键的力是电性质的，它 只与原子的外层电子有关，与原子的内层电子关系较少．这是因为各元素的物理、 化学性质的周期性由最外层电子的运动决定；而且较重元素的标识 X 射线不因该 元素所在化合物而不同．内层电子在分子中和孤立原子中几乎一样，但价电子则 大不相同．原子价电子间不同的结合会形成不同的化学键，常见的二类化学键是 离子键和共价键，一般还有金属键和 Van der Waals 键．　 1.离子键 当电离能很小的金属原子(如碱金属和碱土金属原子价电子易脱落)和电子亲 合能很大的非金属原子(如卤族原子和氧族非金属原子容易吸往电子)非常接近 时，前者失去价电子而成为正离子，后者获得前者失去的电子而成为负离子，正 负离子由于 Coulomb 力相互吸引结合成分子；但当二离子由于运动惯性而过分接 近时，它们的外层电子相互排斥的力变得显著，表现为离子间的互斥力．当引力 和斥力相等时，就形成稳定的分子．这种化学键称为离子键． 如 NaCl 分子是由 Na+ - 离子与 Cl 离子组成的离子键分子．Na 是碱金属元素， 具有较小的电离能 5.14eV，电离过程为 + - Na + 5.14eV →Na + e Cl 是卤族元素，Cl 原子最外层在 3p 上有 5 个电子，再得到一个就构成稳定的闭 - 196 - 第 9 章 分子光谱和分子结构 - 合壳层，所以吸收一个电子形成 Cl 离子是放能过程，这个能量称为亲合能，Cl- 的亲合能为 3.72eV，此过程为 - - Cl + e →Cl + 3.72eV 上述两过程共增能 5.14eV－3.72eV ＝1.42eV．虽然 Na 、Cl 原子形成 Na+ - 、Cl 离 子后能量增加了，但当它们相互接近时，由于正负离子的电荷将引起 Coulomb 吸 + - 引位能，因此Na 、Cl 离子体系能量有可能小于 Na 、Cl 原子体系的能量． 图 9-1 中的两条曲线分别表示离子和原子体系的位能变化．选Na 原子和 Cl 原子相距无穷远时的位能为零点能，横坐标表示两离子或原子间距离，可以看到 当距离小于某一数值后，离子间的位能将小于原子间的位能． + - Na 、Cl 离子体系的位 能曲线有一极 小值，这是由 于距离小到一 定值后，两带 正电原子核的 Coulomb 斥力 位 能 迅 速 增 加，距离越小， 此 能 量 越 大．位能曲线 图9-1 NaCl 分子的位能曲线 最低点对应的 距离以 r 表示，称平衡距离．如 NaCl 分子的 r =2.51Å ，其位能为-3.58eV ．作用 0 0 力方向总是指向位