第十篇 化学键分子结构.doc

第十章 化学键与分子结构 §本章摘要§ 1.离子键理论　离子键的形成　离子键的特征　离子键的强度　离子晶体的特点　离子晶体的空间结构 2.共价键理论　路易斯理论　价键理论　价层电子对互斥理论　杂化轨道理论　分子轨道理论 3.金属键理论　金属键的改性共价键理论　金属晶体的密堆积结构　金属能带理论 4.分子间作用力　分子间偶极矩　分子间作用力--范德华力　氢键 5.离子极化学说简介　对离子特征的描述　离子极化现象　影响变形性的因素　影响极化能力的因素　离子极化对键型的影响　相互极化（附加极化）　反极化作用 ? §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：　　1) 电子转移形成离子 　分别达到 Ne 和 Ar 的稀有气体原子的结构，形成稳定离子。　　2）靠静电吸引， 形成化学键 体系的势能与核间距之间的关系如图所示：　　　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, 势能为零. 下面来考察 Na+ 和 Cl- 彼此接近时, 势能V的变化:图中可见:r r0, 当 r 减小时, 正负离子靠静电相互吸引, V减小, 体系稳定. r = r0 时, V有极小值, 此时体系最稳定. 表明形成了离子键.r r0 时, V 急剧上升, 因为 Na+ 和 Cl- 彼此再接近时, 相互之间电子斥力急剧增加, 导致势能骤然上升.　　因此, 离子相互吸引,保持一定距离时, 体系最稳定, 即为离子键. 2. 离子键的形成条件1) 元素的电负性差要比较大 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, 并非严格截然可以区分的. 可将离子键视为极性共价键的一个极端, 而另一极端为非极性共价键. 如图所示：　　　　化合物中不存在百分之百的离子键, 即使是 NaF 的化学键之中, 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(百分数)大于50%.2）易形成稳定离子Na+ , Cl- , 达到稀有气体稳定结构.Ag+ d轨道全充满的稳定结构.而: C和Si 原子的电子结构为, 要失去全部的4e, 才能形成稳定离子, 比较困难. 所以一般不形成离子键.如 CCl4, SiF4 等, 均为共价化合物。3）形成离子键, 释放能量大 　在形成离子键时, 以放热的形式, 释放较大的能量. 　二 离子键的特征 　　 1. 作用力的实质是静电引力 　　2. 离子键无方向性, 无饱和性　　因为是静电吸引, 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. 　三 离子键的强度 1. 键能和晶格能 以 NaCl 为例:键能:1mol 气态 NaCl 分子, 离解成气体原子时, 所吸收的能量. 用Ei 表示:　　　　晶格能:气态的正负离子, 结合成 1mol NaCl 晶体时, 放出的能量. 用 U 表示:　　　　晶格能 U 越大, 则形成离子键时放出的能量越多, 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. 通常, 晶格能比较常用. 如何求得晶格能? 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:　　　利用盖斯定律, 通过热力学也可以计算 NaCl 的离子键的键能.　　　　H1 Na的第一电离能I1, H2 Cl的电子亲合能 E 的相反数: -EH3 NaCl的晶格能 U 的相反数 -U H4 NaCl的升华热 S而 H5 = - Ei, 所以通过 I1, E, U 和S 可求出键能 Ei. 3. 影响离子键强度的因素　　从离子键的实质是静电引力 出发, 影响 F 大小的因素有: 离子的电荷数q 和离子之间的距离 r (与离子半径的大小相关)1) 离子电荷数的影响　2) 离子半径的影响　　半径大, 导致离子间距大, 所以 作用力小; 相反, 半径小, 则作用力大. 　　3) 离子半径概念　　将离子晶体中的离子看成是相切的球体, 正负离子的核间距 d 是r+ 和r- 之和:　　1926年, 哥德希密特(Goldschmidt)用光学方法测定, 得到了F-和的半径, 分别为133pm 和132pm,结合X射线衍射数据, 得到一系列离子半径: 　　　　这种半径为