第七章分子结构与晶体结构大学化学.pptVIP

第七章 分子结构与晶体结构 7. 1 化学键 化学键指分子内部原子之前强烈的相互作用。化学变 化的过程就是旧化学键的断裂和新化学键的生成。 7. 2 离子键和离子化合物 两种离子借静电作用力相结合，这种强烈的静电作用 力称为离子键，由离子键结合成的化合物称为离子化合 物。 正负离子间的静电作用力是很强的，因此室温下离子 化合物呈固态，熔点都较高（NaCl的熔点是801℃，CaF2 的熔点是1360℃）。熔融状态的离子化合物可以导电。 离子键的特点是没有方向性和饱和性。为什么？ 这是因为正负离子在空间的各个方向上吸引异号离子的 能力相同，只要周围空间许可，正负离子总是尽可能多地 吸引各个方向上的异号离子。 但是，因为正负离子都有一定的大小，因此限制了异号 离子的数目。与每个离子邻接的异号离子数称为该离子的配 位数。 Cs＋的半径比Ｎa＋的大，在ＮaCl晶体中Ｎa＋的配位数是 6，在CsCl晶体中Cs＋的配位数是8，可见配位数主要决定于 正负离子的相对大小。 NaCl晶体中每个Ｎa＋离子不仅受到靠它最近的六个Cl- 的吸引，而且受到稍远一些的Ｎa＋的排斥以及更远一些的 Cl-的吸引……，这也说明离子键是没有饱和性的。 在NaCl晶体中我们无法单独划出一个NaCl分子，因此只 能把整个晶体看作一个巨大的分子，符号NaCl只表示NaCl 晶体中Ｎa＋和 Cl-物质的量的简单整数比，仅表示氯化钠 的化学式。 离子键的强弱应与离子所带电荷、离子半径等有关。 离子半径越小，所带电荷越多，则离子键越强，熔点 越高，硬度越大。 例如，NaF和CaO这两种典型离子晶体，前者正负离子 半径之和为0.23nm，后者为0.231nm很接近。谁的熔点高， 硬度大？为什么？ 因离子所带电荷数后者比前者多，所以CaO的熔点 （2570℃）比NaF（993℃）高，硬度也大（CaO硬度为 4.5，NaF的硬度为2.3）。 离子化合物在现代生活中极为重要，（表7.1）列举了某 些离子化合物的重要用途。 一些离子化合物也给人类带来灾难，如Hg2+、Hg22+、 CH3Hg+作为工业废物若不经过处理排入天然水域，会危及 养鱼，损害人的神经，使人瘫痪，生水俣病； 可溶性肥料和洗涤剂中的磷酸盐可促使水域中藻类生 长，破坏水质； 农药和冶炼厂排除的AsO2+，可使人体的肾功能衰退，神 经紊乱； Cd 2+会损害肾脏，引起骨痛病； CN－可以使人致命。这一切正引起人们的高度重视。 7. 3 共价键与共价化合物 （表7.2）列举了一些重要的共价化合物和用途。 要描述分子中电子的运动状态，按理说应当解分子的 薛定谔方程。但由于绝大多数分子的薛定谔方程比较复 杂，至今尚无精确求解，因此只能作一些近似的假设来简 化计算过程。 不同的假设代表了不同的物理模型。 一种看法是，形成化学键的电子只处于与此化学键相连 的两个原子间的区域运动。价键理论。 另一种看法是形成化学键的电子在遍布整个分子的区域 内运动。分子轨道理论。 7.3.1 价键理论 价键理论简称VB理论，又称电子配对法，是海特勒 （W.Heitler）和伦敦（F.Lodon）运用量子力学原理处理H2 分子结果的推广。 1927年德国化学家海特勒和伦敦近似求解H2的薛定谔方 程，成功地得到了H2的波函数ΨS和ΨA，相应的能量ES和 EA，以及能量与核间距R的关系（见图7.1）。 海特勒和伦敦运用量子力学处理H2分子的结果表明，电 子自旋相反的氢原子相互靠近时之所以能形成稳定的氢分 子，是因为两个原子轨道互相重叠，使两核间电子的密度 增大，犹如形成一个电子桥把两个氢原子核牢牢地结合在一 起。 把计算H2所取得的成就推广到多原子分子，便形成了价 键理论， 1．价键理论的基本要点 （1）含有自旋相反未成对电子的原子相互接近时，可形 成稳定的化学键。 如当两个氢原子互相接近时，它们各有一个未成对的电 子，如自旋不同时即可配对成键形成H2（H—H）分子。 氮原子有三个未成对电子，因此可以同另一个氮原子的 三个未成对电子配对形成N2（N N）分子等。 （2）在形成共价键时，一个电子和另一个电子配对后， 就不再和第三个电子配对。 上述两条决定