化学键与分子结构讲解.ppt

专题二 化学键与分子结构 §1 离子键理论 1916 年德国科学家 Kossel 科塞尔 提出离子键理论。 一 离子键的形成 1 形成过程 以 NaCl 为例 。 第一步 电子转移形成离子： Na － e —— Na+ ， Cl + e —— Cl － 第二步 靠静电吸引， 形成化学键 。 相应的电子构型变化： 2s 2 2p 6 3s 1 —— 2s 2 2p 6 ， 3s 2 3p 5 —— 3s 2 3p 6 形成 Ne 和 Ar 的稀有气体原子的结构，形成稳定离子。 横坐标 核间距 r ；纵坐标 体系的势能 V。 纵坐标的零点 当 r 无穷大时，即两核之间无限远时的势能。 下面来考察 Na+ 和 Cl － 彼此接近的过程中，势能 V 的变化。 体系的势能与核间距之间的关系如图所示： V 0 Vr0 r0 r 图中可见： r r0 ，当 r 减小时，正负离子靠静电相互吸引，势能 V 减小，体系趋于稳定。 r r0 ，V 有极小值，此时体系最稳定，表明形成离子键。 2 离子键的形成条件 1°元素的电负性差比较大 ?X 1.7，发生电子转移，形成离子键； ?X 1.7，不发生电子转移，形成共价键。 但离子键和共价键之间，并非可以截然区分的。可将离子键视为极性共价键的一个极端，而另一极端则为非极性共价键。 因此，离子相互吸引，保持一定距离时，体系最稳定。这就意味着形成了离子键。 r0 和键长有关，而 V 和键能有关。 V 0 V r r0 ，当 r 减小时，V 急剧上升。因为 Na+ 和 Cl－ 彼此再接近时，电子云 之间的斥力急剧增加，导致势能骤然上升。 极性增大 非极性共价键 极性共价键 离子键 化合物中不存在百分之百的离子键，即使是 NaF 的化学键，其中也有共价键的成分。即除离子间靠静电相互吸引外，尚有共用电子对的作用。 ?X 1.7 ，实际上是指离子键的成分大于 50 %。 2° 易形成稳定离子 Na + 2s 2 2p 6，Cl－ 3s 2 3p 6 ，达到稀有气体式稳定结构。 Ag + 4d10 ， Zn 2 + 3d10 ， d 轨道全充满的稳定结构。 只转移少数的电子，就达到稳定结构。 而 C 和 Si 原子的电子结构为 s 2 p 2 ，要失去或得到 4 e，才能形成稳定离子，比较困难。所以一般不形成离子键。如 3°形成离子键时释放能量多 Na s + 1/2 Cl 2 g NaCl s ? H －410.9 kJ·mol－1 在形成离子键时，以放热的形式，释放较多的能量。 CCl 4 、SiF4 等，均为共价化合物 。 二 离子键的特征 1 作用力的实质是静电引力 q1 ，q2 分别为正负离子所带电量 ， r 为正负离子的核间距离。 2 离子键无方向性和饱和性 与任何方向的电性不同的离子相吸引，所以无方向性； 且只要是正负离子之间，则彼此吸引，即无饱和性。 学习了共价键以后，会加深对这个问题的理解。 三 离子键的强度 1 键能和晶格能 键能 （ 以 NaCl 为例 ） 1 mol 气态 NaCl 分子，离解成气体原子时，所吸收的能量，用 Ei 表示。 NaCl g Na g + Cl g ?H Ei 键能 Ei 越大，表示离子键越强。 晶格能 气态的正负离子，结合成 1 mol NaCl 晶体时，放出的能量，用 U 表示。 Na + g + Cl－ g NaCl s ?H －U 晶格能 U 越大，则形成离子键得到离子晶体时放出的能量越多，离子键越强。 键能和晶格能，均能表示离子键的强度，而且大小关系一致。晶格能比较常用。 2 玻恩 －哈伯循环 Born － Haber Circulation Born 和 Haber 设计了一个热力学循环过程，从已知的热力学数据出发，计算晶格能。具体如下： Na g ?H 1 Na + g ?H 3 Na s + 1/2 Cl2 g NaCl s ?H 6 ?H 1 S 108.8 kJ·mol－1 ， Na s 的升华热 S ； ?H 2 1/2 D 119.7 kJ·mol－1 ， Cl 2 g 的离解能 D 的一半； ?H 2 Cl g ?H 4 Cl－ g ?H 5 + Na g ?H 1 Na + g ?H 3 Na s + 1/2 Cl2 g NaCl s