[工学]第三讲化学键与分子结构.ppt

第4-6讲 化学键与分子结构（一） 2018-2-18 1 无机及分析化学（上） 学 习 要 求 了解离子键的形成，掌握离子键的强度与晶格能，掌握离子的特征。 1 掌握价键理论，掌握杂化轨道理论，了解价层电子对互斥理论，了解分子轨道理论。 2 了解金属键的改性共价键理论及金属键的能带理论。 3 了解分子的偶极矩和极化率。掌握分子间作用力及氢键的形成及对分子性质的影响。 4 了解晶体与非晶体的区别。掌握离子晶体、原子晶体及金属晶体的特性。掌握离子极化理论。 5 2018-2-18 2 无机及分析化学（上） 本讲内容 ☆ 第一节 离子键理论 ☆ 第二节 共价键理论 ☆ 第三节 金属键 ☆ 第四节 分子间作用力和氢键 ☆ 第五节 晶体结构 2018-2-18 3 无机及分析化学（上） 一、离子键 二、晶格能 三、离子的特征 2018-2-18 4 无机及分析化学（上） 2018-2-18 无机及分析化学（上） 5 分子的内部结构，主要指得是：分子中原子之间的作用力，即化学键；分子的空间构型，即分子的几何形状；分子与分子之间的相互作用，即分子间力(包括氢键)；分子结构与物质物理、化学性质间的关系等。 组成分子的原子之间强烈的吸引作用，称为化学键。根据原子间作用力的性质不同，可将其分为离子键、共价键和金属键。 2018-2-18 6 无机及分析化学（上） 1、离子键的形成 1916年，德国化学家科塞尔(Kossel)在对原子结构及元素周期表的研究中发现，稀有气体之所以稳定，是它们都具有相同的电子层结构，即：ns2np6 (He为1s2)，这就是所谓的8电子稳定结构。他认为，从能量变化的角度看，所有元素的原子都有达到一个更为稳定的电子层结构的趋势。 结合当时发现的许多化合物，如：NaCl、KCl、CsCl等，在熔融状态或在水溶液中可以导电的事实，科塞尔提出了如下的离子键理论： 由于电负性的差别，即得失电子的能力不同，当电负性较小的原子与电负性较大的原子之间相互接触时，可以通过得失电子获得与稀有气体相同的、较为稳定的电子层结构。 2018-2-18 7 无机及分析化学（上） 如：金属Na的电子层结构为：[Ne] 3s1，比Ne的稳定结构多一个电子，而非金属Cl的电子层结构为：[Ne] 3s23p5，比稀有气体Ar的稳定结构少一个电子，当金属Na与非金属Cl结合时，Na失去一个电子，形成正离子Na+，而Cl得到一个电子形成负离子Cl-。两者都达到了稀有气体的稳定电子层结构，即Na+([Ne])和Cl-([Ar])，由此，正负离子之间可以通过静电引力结合在一起，这就是离子键。 2018-2-18 8 无机及分析化学（上） 离子键的本质就是正负离子之间的静电引力， 大小为 ，与正负离子的电荷之积成正 比，与两个离子之间距离的平方成反比。 2018-2-18 9 无机及分析化学（上） 2018-2-18 10 无机及分析化学（上） 实际上，金属原子形成离子时，主要决定因素还是以能量为主。 原子失去较多的电子，可以产生带电荷较高的正离子，有利于离子键的生成。但电离较多的电子，又需要消耗较高的电离能。所以，对过渡金属而言，生成什么样的离子，主要由离子键能与电离能之间的平衡值来决定。 2018-2-18 11 无机及分析化学（上） (1) 离子键无方向性。是由静电引力的特点所决定的。静电引力为球形引力场，在空间任何方向都可以吸引异号离子。这决定了离子键没有方向性的特点。 2. 离子键的特点 2018-2-18 12 无机及分析化学（上） (2) 离子键无饱和性。只要空间允许，一个带电粒子可以在其周围吸引尽可能多的异号带电粒子，这一特性决定了离子键无饱和性的特点。即在正负离子周围排列着尽可能多的异号离子。假定正负离子间为相互接触的球体，彼此的电子云或原子轨道并不发生任何重叠现象，则一个离子可以吸引的异号离子数与正负离子的半径比值有关。 如在CsCl离子晶体中，每一个离子周围，有8个异号离子。在NaCl离子晶体中，每一个离子周围，有6个异号离子，而在ZnS离子晶体中，每一个离子周围，只有4个异号离子。这种差异与离子的电荷无关，主要由离子的半径比 的大小决定。 2018-2-18 13 无机及分析化学（上） 2018-2-18 14 无机及分析化学（上） 从离子键的特点可以看出，在常温条件下，离子型化合物一般为晶体，其分子大小与晶体颗粒的大小相同，属无机高分子化合物。分子没有确定的大小，所以无确定的分子式，只有最简化学式。 2018-2-1