第3章化学键.ppt

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1、第 3 章 化学键,化学键两个相邻原子间强烈的相互作用力。主要分为：离子键、共价键和金属键。,3.1 离子键和离子化合物,研究对象：NaCl典型的离子化合物,Na,8,2,7,1,Cl,+11,+17,8,2,失e-,1s22s22p6,1s22s22p63s23p6,Na+,Cl-,Na+、Cl-都达到8电子稳定结构，且带异号电，相互吸引而成键。,相邻原子间通过强烈的静电引力而成的键即离子键。由离子键结合而成的化合物叫离子化合物。,NaCl晶体结构,CsCl晶体结构,推广,碱金属与卤素可借离子键形成离子化合物。如：KCl、CsCl、KBr等。随正负离子半径大小不同，离子的堆积方式有所差别。N

2、aCl为面心立方堆积，CsCl为简单立方堆积。Cs+比Na+半径大，所以其周围可配置8个Cl-，而Na+周围只能配6个Cl-。,电负性指分子中原子对成键电子吸引能力的大小。周期表中位于右上方的非金属电负性最大；位于左下方的金属电负性最小。电负性差别越大的原子化合越易形成离子化合物。离子化合物熔点较高，室温下呈固态，熔融状态下可以导电。,回顾,离子键的强度可用晶格能（ U ）来衡量，晶格能是指1 mol离子晶体解离成自由气态离子所吸收的能量。,NaCl(s) Na+(g) + Cl-(g) U = 786 kJ.mol-1,晶格能大小与正负离子电荷数成正比，与离子间距离成反比。晶格能越大，晶体熔

3、点越高，硬度越大。,晶格能与晶体性质,注：硬度分10级，等级越高，表物质越硬。,3.2 共价键和共价化合物,3.2.1 经典的Lewis八隅体规则,1916年，Lewis提出八隅体学说。,例,Cl2,H2O,Cl,Cl,O,H,H,代表共用电子对,代表A原子的外层电子,代表B原子的外层电子,原子可以通过共用电子对形成8电子稳定结构，这种原子间作用力称为共价键。,A、B两原子若共用2对电子，则形成双键；若共用3对电子，则为叁键。,乙烯,乙炔,3.2.2 价键理论,1927年，Heitler和London研究了H原子形成H2的过程。,核间距r,E,0,re = 74 pm,价键理论指出成键电子必须

4、自旋相反，并认为共价键的本质是两个原子有自旋相反的未成对电子，它们的原子轨道发生了重叠，使体系能量降低而成键。共价键具有饱和性和方向性这与离子键不同。,共价键,离子键,各原子有确定的不成对电子,晶胞无限堆积而成,原子轨道在空间分布有一定取向,原子轨道呈球形对称分布，可从各个方向成键,a. 分子型共价化合物,b. 原子型共价化合物,特点：以独立的分子形式存在，分子间有微弱的范德华力，状态变化时不需破坏共价键。表现：熔、沸点比离子化合物低。,特点：原子间均以共价键相连，状态变化时，需破坏结合力很强的共价键。表现：熔、沸点很高。代表化合物：金刚砂（SiC）。,3.2.3 杂化轨道理论,1928年，P

5、auling提出了杂化轨道概念，指出：同一原子中，能量相近的不同类型的几个原子轨道在成键时，可以互相叠加重组，成为相同数目、能量相等的新轨道，即杂化轨道。,sp3杂化态,激发态,C的基态,CH4,sp3杂化为正四面体构型,sp2杂化为平面正三角形构型， sp杂化为直线型。如：BCl3、BeCl2。,键轴：两个成键原子核间连线。键：原子轨道沿键轴方向“头碰头”重叠而成的键。键：原子轨道沿键轴方向“肩并肩”重叠而成的键。,键,键,C2H4,杂化态,激发态,基态,激发,杂化,碳碳双键由一个 键和一个 键组成，双键中两个键是不等同的，由于 键重叠程度小，故不稳定，容易断裂。这也是烯烃为什么会发生加成反

6、应的原因。,C2H2,激发,杂化,碳碳叁键由一个 键和两个 键组成。它也易发生加成反应。,3.2.4 键的极性和分子的极性,H2 ：正、负电荷重心重合 H2为非极性分子H-H键为非极性键,HI ：正、负电荷重心不重合 HI为极性分子H-I键为极性键,由电负性不同的两个原子形成的共价键为极性共价键 ，它们的共用电子对偏向电负性大的一端，带部分负电荷，用表示；电负性小的一端带部分正电荷，用 表示。,两个成键原子的电负性差值（ ）越大，键的极性越大。当 时，为极性共价键；当 时，为离子键。可见，离子键和共价键是有一定联系的。,注,AlCl3是共价化合物，而不是离子化合物，并不是只要金属与非金属元素组

7、成的化合物就是离子化合物。,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Al,Al,键的极性是一种矢量，不但有大小，还有方向（从正极到负极），分子的极性与键的极性、分子的空间构型有关。注：具有极性共价键的分子未必是极性分子。,C,H,H,H,H,-,+,正、负电荷重心重合的是非极性分子，不重合的是极性分子。,3.3 共价键的键能,键能,在298 K和100 kPa条件下，气态分子断开1 mol化学键所需的能量。单位：kJ . mol-1注：键能数据不是直接测定的实验值。,化学变化的热效应来源于化学键改组时的键能变化。,CH4 在O2中燃烧,C,H,H,H,H,+ 2O=O O=C=O + 2H-O-H

8、,由键能变化估算，该反应是放热反应，放出的热量为(1596 + 1860) - (1660 + 996) = 800 kJ。注：a）由键能变化判断反应热效应，只是一种粗略的估算。b）它只适用于298 K和100 kPa、反应物、产物均为气态的情况。,CuSO4 + 4NH3 Cu(NH3)4SO4 Cu(NH3)42+ + SO42-,3.4 配位键和配位化合物,配位化合物简称配合物或络合物，是一类分子间化合物，其中含有一个复杂离子，它可带正电，也可带负电，是一个稳定的结构单元。,3NaF + AlF3 Na3AlF6 3Na+ + AlF63-,Cu(NH3)42+SO42-,Na+3AlF

9、63-,中心体,配位体,配位数,中心体,配位体,配位数,内界,内界,外界,外界,中心体、配位体、配位数、内界、外界,Cu2+ dsp2杂化态:3d84p1,Cu2+激发态:3d84p1,Cu基态:3d104s1,Cu2+基态：3d9,4p,2s,3d,4s,3d,4s,3d,3d,4p,dsp2杂化,N sp3杂化态:,N基态：2s2sp3,sp3杂化,提供空轨道,提供孤,配位键形成条件,2p,对电子,Cu,NH3,NH3,NH3,NH3,2+,Al,F,F,F,F,F,F,平面正方形,八面体,d、f区元素有足够的d轨道和能量相近的s、p轨道进行杂化，提供若干空轨道；多种负离子和中性分子中，有

10、未成键的孤对电子，这两类原子易以配位键相结合形成配位化合物。,3.5 金属键,自由电子与金属原子间产生没有方向性的“胶合”作用力，称为金属键。金属单质及合金的共性：导热、导电、富有延展性、有金属光泽等。,3.6 分子间作用力和氢键,1. 分子间作用力,作用力较弱，一般在10 kJ . mol-1左右，由分子之间很弱的静电引力产生。,1）极性分子：偶极子，具有正、负两极。,2）极性分子与非极性分子：极性分子偶极电场使邻近非极性分子发生电子云变形。,3）非极性分子：电子不停运动产生的瞬间静电引力。,2. 氢键,特殊的分子间作用力，能量约在10 30 kJ . mol-1。氢原子和电负性强的X原子形成共价键之后，又与另一个电负性强的Y原子产生较弱的静电引力。可表示为X-HY。,沸 点 oC,周 期,H2O,H2S,H2Se,HF,H2Te,NH3,HI,HCl,HBr,AsH3,PH3,SbH3,插花,冰浮于水面的原因0 oC附近固态H2O（冰）分子间存在O-HO氢键，使其具有空洞结构，即V冰V水，故 ，冰能浮于水面之上。,氢键在有机及生命化学中常起重要作用。,习题：课后2. 5. 8(2). 8(3). 8(4). 8(6). 9.,