物质结构幻灯片.ppt

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1、物质结构第1页，共73页，编辑于2022年，星期一7.3.1 离子键离子键(Ionic bond)一、离子键理论的基本要点一、离子键理论的基本要点二、决定离子型化合物性质的因素二、决定离子型化合物性质的因素三、晶格能三、晶格能第2页，共73页，编辑于2022年，星期一离子键：离子键：正、正、负离子之间负离子之间静电引力静电引力作用而形成的化学键称作用而形成的化学键称为离子键为离子键nNa(3s1)-ne-Na(2s22p6)Cl-(3s23p6)静电引力静电引力nCl(3s23p5)+ne-nNaCl以离子键结合的化合物都是以离子晶体的形式存在，所以离子键结合的化合物都是以离子晶体的形式存在，

2、所以以NaCl、KCl均为化学式。均为化学式。一、离子键理论的基本要点一、离子键理论的基本要点第3页，共73页，编辑于2022年，星期一l 没没有有方方向向性性：正正负负离离子子可可近近似似地地看看成成一一个个弥弥漫漫着着电电子子云云的的圆圆球球体体，电电荷荷分分布布球球形形对对称称，离离子子能能从从任任何何方方向向吸吸引引带带相反电荷的离子相反电荷的离子l 没没有有饱饱和和性性：只只要要空空间间许许可可，一一个个离离子子周周围围可可同同时时和和几几个个电贺相反的离子相互吸引电贺相反的离子相互吸引l 离子键的离子性大小取决于电负性差值大小离子键的离子性大小取决于电负性差值大小 电电负负性性差差

3、值值越越大大，电电子子的的偏偏向向越越明明显显，相相互互作作用用越越强。强。例如例如 CsF：离子性：离子性：92%，共价性：，共价性：8%离子键的特征：离子键的特征：第4页，共73页，编辑于2022年，星期一 NaCl 晶体示意图晶体示意图第5页，共73页，编辑于2022年，星期一离子半径离子半径：根据离子晶体中正、负离子的核间距测出的，并假定正、负离：根据离子晶体中正、负离子的核间距测出的，并假定正、负离子的平衡核间距为阴、阳离子的半径之和。子的平衡核间距为阴、阳离子的半径之和。二、决定离子型化合物性质的因素二、决定离子型化合物性质的因素1、离子半径离子半径离子半径具有规律：离子半径具有规

4、律：（1 1）同）同一种元素的负离子半径大于原子半径而正离子半径小一种元素的负离子半径大于原子半径而正离子半径小于原子半径，且正电荷越多，半径越小。例如：于原子半径，且正电荷越多，半径越小。例如：（2 2）同一周期电子层结构相同的正离子的半径，随离子电荷增同一周期电子层结构相同的正离子的半径，随离子电荷增加而减小；而负离子的半径随离子电荷增加而增大。例如：加而减小；而负离子的半径随离子电荷增加而增大。例如：第6页，共73页，编辑于2022年，星期一 （3）同一主族元素的电荷相同的离子的半径，随电子层数增加同一主族元素的电荷相同的离子的半径，随电子层数增加而增大。例如而增大。例如:一般说来，当离

5、子所带电荷相同时，离子的半径越小，一般说来，当离子所带电荷相同时，离子的半径越小，正、负离子之间的吸引力就越大，相应化合物的熔点也越高。正、负离子之间的吸引力就越大，相应化合物的熔点也越高。当当离离子子的的半半径径相相近近时时，离离子子的的电电荷荷越越高高，对对带带相相反反电电荷荷的的离离子子的的吸吸引引力力越越强强，离离子子键键的的强强度度就就越越大大，形形成成的的离离子子型型化化合合物物的的熔熔点也越高。点也越高。2、离子的电荷离子的电荷第7页，共73页，编辑于2022年，星期一3、离子的电子层构型、离子的电子层构型 （1）2 电子构型：电子构型：最外层电子构型最外层电子构型1s2，如如L

6、i+，Be2+等。等。（2）8 电子构型电子构型:最外层电子构型最外层电子构型ns2np6，如如 Na+，Ca+，Al3+等等。（3）18 电子构型：电子构型：最外层电子构型最外层电子构型 ns2 np6nd10，如如 Ag+，Zn2+等等。（4）182 电子构型：电子构型：次外层有次外层有18 个电子，最外层有个电子，最外层有2 个个电子，电子构型为电子，电子构型为：，如，如 等。等。（5）9-17电子型构：电子型构：最外层有最外层有917个电子，电子构型为个电子，电子构型为 ns2np6nd19，如如 等。等。第8页，共73页，编辑于2022年，星期一定义：相互远离的定义：相互远离的气态气

7、态正离子和正离子和气态气态负离子结合负离子结合 成离子成离子晶体晶体时所时所释放释放出的能量。出的能量。注意：物态和能量及参考体系；注意：物态和能量及参考体系；各过程的定义及在循环中的方向；各过程的定义及在循环中的方向；状态函数性质的应用。状态函数性质的应用。三、晶格能三、晶格能1 1、晶格能及玻恩晶格能及玻恩哈伯循环哈伯循环第9页，共73页，编辑于2022年，星期一玻恩玻恩哈伯循环哈伯循环第10页，共73页，编辑于2022年，星期一3.影响因素影响因素:Z:Z,U 例例:U(NaCl)U(CaO)晶体结构类型晶体结构类型;离子电子层结构类型离子电子层结构类型.4.对物理性质影响对物理性质影响

8、:MgO CaO SrO BaOU熔点熔点硬度硬度大大小小高高低低大大小小第11页，共73页，编辑于2022年，星期一一、价键理论的形成和本质一、价键理论的形成和本质二、共价键的特性二、共价键的特性三、共价键的类型三、共价键的类型7.3.2 共价键共价键(Valence bond)第12页，共73页，编辑于2022年，星期一 1、经典共价学说、经典共价学说 (1916年，年，Lewis提出）提出）Cl +Cl Cl Cl共价键：共价键：由由共用电子共用电子对形成的化学键对形成的化学键 （分子中的原子（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通过共用电子对使每一个原子达到稳定

9、的稀有气体电子结构）结构）一、价键理论的形成和本质一、价键理论的形成和本质理论缺陷：理论缺陷：为什么两个互斥的电子能结合在一起为什么两个互斥的电子能结合在一起 不能说明共价键形成的本质不能说明共价键形成的本质第13页，共73页，编辑于2022年，星期一E(kJ)R(pm)R0(74)D(-458)0.0l 自旋相反的氢原子相互靠近：自旋相反的氢原子相互靠近：原子轨道重叠，两核间电子云密度增原子轨道重叠，两核间电子云密度增大，体系能量降低，形成稳定的化学键大，体系能量降低，形成稳定的化学键（基态）（基态）l 自旋平行的氢原子相互靠近：自旋平行的氢原子相互靠近：两核间电子云密度稀疏，体系能量升高，

10、两核间电子云密度稀疏，体系能量升高，不发生原子轨道重叠，无法成键不发生原子轨道重叠，无法成键（排斥态）（排斥态）+基态基态-+排斥态排斥态 2、价键理论、价键理论 (1927年，海特勒伦敦提出）年，海特勒伦敦提出）（Valence Bond Theory，VB）Heitler 和和 London 用用量子力学量子力学处理处理氢分子形成的过程中得到氢分子形成的过程中得到氢分子的能量与氢分子的能量与核间距之间核间距之间的关系曲线。的关系曲线。第14页，共73页，编辑于2022年，星期一H2分子的形成过程：分子的形成过程：由由H2 分子的形成总结出共价键形成过程中的现象分子的形成总结出共价键形成过程

11、中的现象第15页，共73页，编辑于2022年，星期一 电电子子自自旋旋方方式式相相反反的的两两个个氢氢原原子子互互相相接接近近时时，两两个个氢氢原原子子的的1s轨轨道道发发生生重重叠叠，两两个个原原子子核核间间形形成成一一个个电电子子出出现现的的概概率率密密度度较较大大的的区区域域，一一方方面面降降低低了了两两个个原原子子核核间间的的正正电电排排斥斥，另另一一方方面面增增加加了了两两个个原原子子核核对对核核间间电电子子出出现现的的概率密度较大区域的吸引。概率密度较大区域的吸引。而而电电子子自自旋旋方方式式相相同同的的两两个个氢氢原原子子相相互互接接近近时时，两两个个原原子子轨轨道道异异号号叠叠

12、加加，两两核核间间电电子子出出现现的的概概率率密密度度降降低低，增增大大了了两两个个原原子子核核的的排排斥斥力力，使使系系统统能能量量升升高高，不不能能形形成化学键。成化学键。第16页，共73页，编辑于2022年，星期一（1）自旋方式相反的未成对电子配对形成共价键。）自旋方式相反的未成对电子配对形成共价键。（2）单电子数价键数，）单电子数价键数，这是共价键的饱和性。这是共价键的饱和性。（3）成成键键的的原原子子轨轨道道重重叠叠越越多多，两两核核间间电电子子出出现现的的概概率率密密度度就就越越大大，形形成成的的共共价价键键就就越越牢牢固固。这这就就是是原子轨道最大重叠原理（方向性）原子轨道最大重

13、叠原理（方向性）。3、价键理论的要点、价键理论的要点第17页，共73页，编辑于2022年，星期一二、共价键的特性二、共价键的特性饱和性：饱和性：一个原子含有几个未成对电子就只能一个原子含有几个未成对电子就只能与几个自旋相反的电子配对成键与几个自旋相反的电子配对成键单电子数价键数单电子数价键数例：例：H 一个未成对电子，一个未成对电子，H2一个共价键一个共价键例：例：二个未成对电子，二个未成对电子，O2二个共价键二个共价键O例：例：三个未成对电子，三个未成对电子，NH3和和N2三个共价键三个共价键N第18页，共73页，编辑于2022年，星期一-+-+-+零重叠零重叠(无效重叠无效重叠)正重叠正重

14、叠(有效重叠有效重叠)负重叠负重叠(无效重叠无效重叠)重叠类型重叠类型:同符号部分重叠同符号部分重叠.方向性：方向性：轨道必须满足最大重叠轨道必须满足最大重叠沿着原子轨沿着原子轨道最大重叠的方向重叠才能成键道最大重叠的方向重叠才能成键第19页，共73页，编辑于2022年，星期一 键键l 沿着键轴方向重叠沿着键轴方向重叠（“头碰头头碰头”重叠）重叠）l 轨道重叠程度大，键较稳定轨道重叠程度大，键较稳定l AB两原子成键，必须有一个也两原子成键，必须有一个也只有一个只有一个键键1、按原子轨道重叠方式分：、按原子轨道重叠方式分：和和键键三、共价键的类型（三、共价键的类型（p214）键键l 沿着键轴垂

15、直方向重叠沿着键轴垂直方向重叠（“肩碰肩肩碰肩”重叠）重叠）l 轨道重叠程度小于轨道重叠程度小于 键，键，键稳定性小于键稳定性小于 键键l AB两原子成键，可以有两原子成键，可以有0个，个，1个，个，2个个 键键第20页，共73页，编辑于2022年，星期一第21页，共73页，编辑于2022年，星期一N2分子的结构：分子的结构：2p2px x-2p-2px x,2p2py y-2 p-2 py y ,2p2pz z-2p-2pz z 三重键三重键xyyzz N N 第22页，共73页，编辑于2022年，星期一配位共价键：配位共价键：共用电子对由一方原子提供共用电子对由一方原子提供C OCO分子的

16、结构：分子的结构：C:2s22px12py12pz O:2s2 2px12py1 2pz22、按电子对提供方式分正常共价键和配位共价键、按电子对提供方式分正常共价键和配位共价键正常共价键：正常共价键：共用电子对由成键原子双方各提供一个共用电子对由成键原子双方各提供一个形成条件：形成条件：成键原子一方有孤对电子；另一方有空轨道成键原子一方有孤对电子；另一方有空轨道.第23页，共73页，编辑于2022年，星期一2023/4/1324 描述分子中电子运动的波函数描述分子中电子运动的波函数.1.MO法基本要点法基本要点:电子在整个分子范围内运动电子在整个分子范围内运动;MO由成键由成键AO组合而成组合

17、而成;电子逐个填入电子逐个填入MO,填充规则与填入填充规则与填入AO所遵循的规则所遵循的规则相同相同;分子轨道分子轨道(Molecular Orbital):AO要有效组成要有效组成MO必须符合成键三原则必须符合成键三原则.(能量近似、最大重叠、对称性能量近似、最大重叠、对称性p214)7.3.3 分子轨道理论第24页，共73页，编辑于2022年，星期一2023/4/13252.MO形成形成:第25页，共73页，编辑于2022年，星期一2023/4/1326 ns成键轨道与成键轨道与 ns*反键轨道反键轨道(1)s-sAO的组合的组合:成键轨道成键轨道(bonding orbital)反键轨道

18、反键轨道(antibonding orbital)第26页，共73页，编辑于2022年，星期一(2)p-pAO的组合的组合:“头碰头头碰头”方式方式:np成键轨道与成键轨道与 np*反键轨道反键轨道第27页，共73页，编辑于2022年，星期一（2）“肩并肩肩并肩”方式方式:np成键轨道与成键轨道与 np*反键轨道反键轨道第28页，共73页，编辑于2022年，星期一 第二周期同核双原子分子第二周期同核双原子分子:B2(B,C,N)即即:1s 1s*2s 2s*2py=2pz 2px 2py*=2pz*2px*3.MO的能级的能级:第二周期同核双原子分子第二周期同核双原子分子:O2(O,F)即即:

19、1s 1s*2s 2s*2px 2py=2pz 2py*=2pz*LP-BP BP-BP 根据根据 VP 和和 LP 的数目的数目,可以推测出分子的空间构型可以推测出分子的空间构型1.基本要点基本要点第52页，共73页，编辑于2022年，星期一2.分子形状的确定方法分子形状的确定方法例例：XeF2 2+(8-21)/2=5 XeF4 4+(8-41)/2=6 XeOF4 5+(8-12-4 1)/2=6 XeO2F2 4+(8-22-2 1)/2=5 首先先确定中心原子首先先确定中心原子A的价层电子对数的价层电子对数VP VP=BP+LP =与中心原子成键的原子数与中心原子成键的原子数+（中心

20、原子价电子数（中心原子价电子数-配位原子未成对电子数之和配位原子未成对电子数之和)2第53页，共73页，编辑于2022年，星期一总电子总电子 电子对电子对 成键成键 孤孤 分子构型分子构型 实例实例 对数对数 理想构型理想构型 电子对电子对 电子对电子对 2 2 0 3 3 0 3 1 确定电子对的空间排布方式确定电子对的空间排布方式第54页，共73页，编辑于2022年，星期一总电子总电子 电子对电子对 成键成键 孤孤 分子构型分子构型 实例实例 对数对数 理想构型理想构型 电子对电子对 电子对电子对 4 4 0 3 1 2 2第55页，共73页，编辑于2022年，星期一总电子总电子 电子对电

21、子对 成键成键 孤孤 分子构型分子构型 实例实例 对数对数 理想构型理想构型 电子对电子对 电子对电子对 5 5 0 4 1 3 2 2 3第56页，共73页，编辑于2022年，星期一一、分子的极性一、分子的极性二、分子间力二、分子间力7.5 分子的极性和分子间力分子的极性和分子间力分子间力：分子间力：分子之间弱的相互作用分子之间弱的相互作用第57页，共73页，编辑于2022年，星期一一、分子的极性一、分子的极性分子极性分子极性键极性键极性分子几何构型分子几何构型电负性相同电负性相同非极性键非极性键非极性分子非极性分子电负性不同电负性不同极性键极性键l 正电荷与负电荷中心正电荷与负电荷中心重合

22、重合非极性分子非极性分子l 正电荷与负电荷中心正电荷与负电荷中心不重合不重合极性分子极性分子第58页，共73页，编辑于2022年，星期一分子的极性分子的极性多原子分子多原子分子分子的极性分子的极性 键的极性键的极性分子的几何构型分子的几何构型例例 H2O+_+_HHO极性分子极性分子CO2非极性分子非极性分子+_+_+_OOC第59页，共73页，编辑于2022年，星期一偶极矩偶极矩q：正电：正电(或负电或负电)重心上的电荷的电量重心上的电荷的电量d：正负电重心之间的距离，偶极矩长：正负电重心之间的距离，偶极矩长qd 的单位为库的单位为库米米越大，分子极性越强越大，分子极性越强非极性分子非极性分

23、子极性分子极性分子第60页，共73页，编辑于2022年，星期一分子的变形性分子的变形性非极性分子在电场作用下，电子云与核发非极性分子在电场作用下，电子云与核发生相对位移，分子变形，并出现偶极，这生相对位移，分子变形，并出现偶极，这种偶极称为诱导偶极。种偶极称为诱导偶极。分子的形状发生变化，这种性质叫分子的分子的形状发生变化，这种性质叫分子的变形性。变形性。这一变化过程叫分子极化。这一变化过程叫分子极化。+_+_+_(诱导诱导)E E E 电场强度电场强度 极化率极化率 E E一定时，一定时，越大，分子变形性越大。越大，分子变形性越大。+第61页，共73页，编辑于2022年，星期一1、取向力：产

24、生于极性分子之间、取向力：产生于极性分子之间。当两个极性分子充分接。当两个极性分子充分接近时，同极相斥，异级相吸，使分子偶极定向排列而产生的近时，同极相斥，异级相吸，使分子偶极定向排列而产生的静电作用力。静电作用力。二、分子间力二、分子间力范德华力范德华力越大取向力越大。只存在极性分子之间。越大取向力越大。只存在极性分子之间。+_+极性分子定向极化后，会进一步产生诱导偶极，存在极性分子定向极化后，会进一步产生诱导偶极，存在诱导力诱导力。第62页，共73页，编辑于2022年，星期一 当极性分子与非极性分子充分接近时，极性分子当极性分子与非极性分子充分接近时，极性分子可使非极性分子变形而产生偶极称

25、为诱导偶极，诱可使非极性分子变形而产生偶极称为诱导偶极，诱导偶极与固有偶极间的作用力叫诱导力。导偶极与固有偶极间的作用力叫诱导力。2、诱导力、诱导力越大，变形性越大，诱导力越大。存在极性分越大，变形性越大，诱导力越大。存在极性分子与极性分子，极性分子与非极性分子之间。子与极性分子，极性分子与非极性分子之间。第63页，共73页，编辑于2022年，星期一 分子间由于瞬时偶极而产生的作用力叫分子间由于瞬时偶极而产生的作用力叫色散力。色散力。瞬时偶极瞬时偶极3、色散力、色散力分子变形性越大，分子变形性越大，色散力越大。色散力越大。所有分子间均存在所有分子间均存在色散力。色散力。第64页，共73页，编辑

26、于2022年，星期一 取向力、诱导力和色散力统称范德华力。一般取向力、诱导力和色散力统称范德华力。一般色色散力是分子间的主要作用力散力是分子间的主要作用力，三种力相对大小为：，三种力相对大小为：色色散力散力 取向力取向力 诱导力诱导力kJ/mol 取向力取向力 诱导力诱导力 色散力色散力Ar 00 8.49 HCl 3.305 1.104 16.824、分子间力的特点、分子间力的特点第65页，共73页，编辑于2022年，星期一5、分子间力对物质物理性质的影响、分子间力对物质物理性质的影响He Ne Ar Ke Xe分子量分子量 色散作用色散作用分子间力分子间力沸点熔点沸点熔点水中溶解度水中溶解

27、度小小大大小小大大小小大大小小大大低低高高小小大大第66页，共73页，编辑于2022年，星期一例题：室温下例题：室温下F2和和Cl2为气体，为气体，Br2为液体，而为液体，而I2为固体，为固体，为什么？为什么？因因为为 F2、Cl2、Br2和和I2都都是是非非极极性性分分子子存存在在色色散散力力的的作作用用，色色散散力力随随分分子子量量增增大大而而增增强强，所所以以F2、Cl2、Br2、I2分分子子间间色色散散力力逐逐渐渐增增大大，溶溶沸沸点点随随分分子子量量增增大大而而依依次次升升高高，因因此此室室温温下下F2和和Cl2为为气气体，体，Br2为液体，而为液体，而I2为固体。为固体。第67页，

28、共73页，编辑于2022年，星期一一、氢键的概念一、氢键的概念二、氢键的种类二、氢键的种类三、氢键的特点三、氢键的特点4.5 氢键氢键第68页，共73页，编辑于2022年，星期一 定定义义：H原原子子与与电电负负性性很很大大、半半径径很很小小的的原原子子X（F、O、N）以以共共价价键键结结合合为为分分子子时时，成成键键电电子子强强烈烈地地偏偏向向X原原子子，使使H原原子子几几乎乎成成为为“赤赤裸裸”的的质质子子而而具具有有较较大大的的正正电电荷荷场场强强。这这个个H原原子子可可与与另另一一个个电电负负性性大大、半半径径小小的的Y（F、O、N）原原子子产产生生定定向向吸吸引引作作用用，形形成成X

29、HY结构，其中结构，其中H原子与原子与Y原子间的作用力称为氢键。原子间的作用力称为氢键。一、氢键的概念一、氢键的概念代表氧原子代表氧原子代表氢原子代表氢原子代表代表H-O化学键化学键代表氢键代表氢键第69页，共73页，编辑于2022年，星期一形成氢键的两个条件形成氢键的两个条件:1、与、与电负性大且电负性大且 r 小的原子小的原子(F,O,N)相连的相连的 H;2、在附近要有一个电负性很大、在附近要有一个电负性很大,含有孤对电子含有孤对电子,半径小的原子半径小的原子(F,O,N)。二、氢键的种类二、氢键的种类l 分子间氢键：分子间氢键：HF,H2O等等l 分子内氢键：分子内氢键：第70页，共7

30、3页，编辑于2022年，星期一1、饱和性和方向性、饱和性和方向性由于由于 H 的体积小的体积小,1 个个 H 只能形成一个氢键只能形成一个氢键.由于由于 H 的两侧电负性极大的原子的负电排斥的两侧电负性极大的原子的负电排斥,使两个原子在使两个原子在 H 两两侧呈直线排列侧呈直线排列.三、氢键的特点三、氢键的特点2、氢键的强度、氢键的强度介于化学键和分子间作用力之间介于化学键和分子间作用力之间,氢键的强弱与氢键的强弱与X和和Y元元素原子原子半径和电负性有关素原子原子半径和电负性有关.l 键能：键能：40kJ/moll 强弱：强弱：FH-F OH-O NH-F 第71页，共73页，编辑于2022年

31、，星期一3、氢键对于物质性质的影响、氢键对于物质性质的影响分子间存在氢键时分子间存在氢键时,大大地影响了分子间的结合力大大地影响了分子间的结合力,故物故物质的熔点、沸点将升高质的熔点、沸点将升高.例例1：同一主族元素氢化：同一主族元素氢化物的沸点、熔点变化情物的沸点、熔点变化情况。况。第72页，共73页，编辑于2022年，星期一例例3：形成分子内氢键时形成分子内氢键时,势必削弱分子间氢键的形成势必削弱分子间氢键的形成.故有分子内氢键故有分子内氢键的化合物的沸点、熔点不高。的化合物的沸点、熔点不高。例例2：H2O 分子间氢键很强分子间氢键很强,以致于分子发生缔合以致于分子发生缔合,以以(H2O)2、(H2O)3形式存在形式存在,而而(H2O)2 排列最紧密排列最紧密,4时时,(H2O)2 比例最大比例最大,故故 4 时水的密度最大。时水的密度最大。第73页，共73页，编辑于2022年，星期一