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第7章 分子结构解析.ppt

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无机及分析化学 第二章 第 7章 分子结构 Molecular structure 7.1 离子键 分子是物质能独立存在并保持其化学特性的最小微粒。物质的化学性质主要决定于分子的性质,而分子的性质是由其内部结构决定的。 分子结构通常包括两方面内容: 1、分子的空间构型问题 2、化学键问题 分子中将原子结合在一起的作用通常称做化学键(chemical band)。化学键一般可以分为离子键、共价键和金属键。 讨论分子结构(除化学键外,分子间力、离子极化和晶体结构等)对了解物质的性质和化学反应规律具有重要意义 。 离子键:正、 负离子之间静电引力作用而形成的化学键称为离子键(ionic band)。具有离子键的化合物称为离子化合物(ionic compound)。 1916 年德国科学家科塞尔(Kossel)提出离子键理论。 1、形成离子键的必要条件: 电离能低的活泼金属元素与电子亲合能高的活泼非金属元素之间发生电子转移而形成离子。 2.形成过程(The process of ionic bond formation) 靠静电吸引,形成化学键。 1、离子半径 所谓离子半径是根据晶体中相邻正负离子的核间距(d)测出的,并假设d=r++r-。 1、离子半径 从原子结构观点不难得出离子半径变化的一些规律: 同族元素自上而下,电荷相同的离子半径增大。 例: F-Cl-Br-I- 同一周期自左→右,主族元素正离子的半径依次减小,负离子半径随电荷依次增大。 例: Na+Mg2+Al3+ 同一元素形成不同正电荷的离子,高价半径小于低价半径,负离子半径大于原子半径。 例:Fe3+Fe2+ 1、离子半径 离子半径是决定离子化合物中正、负离子之间吸引力的重要因素。 一般来讲,离子半径越小,离子间吸引力越大,相应化合物的熔点也越高。 2、离子的电荷 离子的电荷越高,对相反电荷的吸引力越强,化合物的熔、沸点越高。 CaO的熔点比KF高,很大原因是前者的价电荷高造成。 3、离子的电子构型 晶格能(lattic energy)U是气态正离子和负离子结合成1mol离子晶体时,所释放的能量。单位:KJ/mol。 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。 由于ΔH不能直接测定,需要通过间接的方法进行测定。为此,波恩和哈伯设计了一个热化学循环,间接的测定晶格能U。晶格能也可以把离子看作点电荷,然后计算这些点电荷之间的库仑作用能,其总和即为晶格能。 离子化合物的晶格能越大,表示正、负离子间结合力越强,晶体月牢固,熔点越高,硬度越大。 玻恩-哈伯循环 ( Born-Haber Circulation) 4、离子晶体 晶格节点─质点: 晶格上有规则排布的微粒。如 Cs+,Cl-。 配位数: 在晶格中一个微粒被异号电荷微粒所包围的数目。 例:CsCl晶胞中,1个Cs连8个Cl, 1个Cl连8个Cs ,所以Cs的配位数为8。 NaCl型 3) 离子半径和配位数及晶体构型的关系 为了解释单质等非离子键能解释的物质形成现象,提出了共价键理论。 目前共价键理论有两种:价键理论和分子轨道理论。 1 价键理论 1916年,Lewis提出共价键(covalent bond) :由共用电子对形成的化学键(分子中的原子通过共用电子对使每一个原子达到稳定的稀有气体电子结构)。 理论缺陷: 不能解释BF3,PCl5,SF6的形成,不能解释带负电的电子为什么不排斥,反而配对牢固结合。 不能解释共价键的饱和性和方向性,及共价键的本质。 1 价键理论 1927年,海特勒和伦敦用量子力学来处理H2分子结构,共价键的本质才得到理论上的阐明。 之后, Panling在量子力学处理氢原子基础上,发展成了价键理论(valence bond theory)。 量子力学处理两个氢原子所组成的体系时发现,当两个氢原子从远处互相接近时,两氢原子互相作用出现两种情况: 如果两电子自旋相反,随着两原子距离R变小,体系能量逐渐降低,当R=R0时,出现能力最低值D,稳态。 如果两电子自旋相同,随着R变小,体系能量逐渐身高,无法达到最低稳态值。 A、共价键结合力的本质是电性,但不是纯粹的静电作用,它只是原子核对两核间电子云密集区的吸引。 B、共价键的饱和性 共价键的数目由原子中单电子数决定(包括原有的和激发而生成的)。 C、共价键的方向性 共价键形成在可能的范围内一定按原子轨道最大重叠方向。 D、共价键的类型 按原子轨道重叠方式,共价键分为σ键和π键两种。 按电子对提供方式不同,分为正常共价键和配位共价键。 一、轨道杂化理论的基本要点 二、杂化轨道的类型 问题的提出 H2O 经测定 ∠H─O─H = 104°45’ O 2s22px22py12pz1 CH4 经

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