化学键和分子结构省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第四章第四章 化学键与分子结构化学键与分子结构 第第1页页基本内容和重点要求基本内容和重点要求4.1 离子键理论离子键理论4.2 共价键理论共价键理论4.3 金属键理论金属键理论4.4 分子间作用力分子间作用力第第2页页4.1.1 离子键形成离子键形成4.1.2 离子键特点离子键特点4.1.3 离子特征离子特征4.1.4 离子晶体离子晶体4.1.5 晶格能晶格能4.1 离子键理论离子键理论第第3页页离子型化合物离子型化合物：活泼金属原子与活泼非金属原子所形成化：活泼金属原子与活泼非金属原子所形成化合物。如合物。如KCl，CaO等。等。v 主要以晶体形式存在主要以晶体形式存在v 较高熔点和沸点较高熔点和沸点v 熔融或水溶解后能导电熔融或水溶解后能导电？4.1.1 离子键形成离子键形成（1）离子键理论）离子键理论 1916 年德国科学家年德国科学家 Kossel(科塞尔科塞尔)提出提出当活泼金属原子与活泼非金属原子相互化合时，都有经过得当活泼金属原子与活泼非金属原子相互化合时，都有经过得失电子而到达稳定电子构型倾向；失电子而到达稳定电子构型倾向；对主族元素，稳定结构是指含有对主族元素，稳定结构是指含有稀有气体稀有气体电子结构，如钠和电子结构，如钠和氯；对过渡元素，氯；对过渡元素，d 轨道普通处于半充满轨道普通处于半充满，例外较多，例外较多。第第4页页原子间发生电子转移而形成含有稳定结构正负离子，原子间发生电子转移而形成含有稳定结构正负离子，当正、当正、负离子吸引和排斥力到达平衡时负离子吸引和排斥力到达平衡时形成离子键。形成离子键。离子键离子键:原子间发生电子转移，形成正、负离子，并经过静电原子间发生电子转移，形成正、负离子，并经过静电作用形成化学键。作用形成化学键。NaNa+2s 2 2p 6 3s 1 2s 2 2p 6 ClCl-2s 2 2p 5 2s 2 2p 6首先形成稳定离子首先形成稳定离子然后由静电吸引形成化学键然后由静电吸引形成化学键以以NaCl为例为例第第5页页(2)离子键形成条件离子键形成条件1.元素电负性差比较大元素电负性差比较大 1.7，发生电子转移，产生正、负离子，形成离子键；发生电子转移，产生正、负离子，形成离子键；1.7，实实际上是指离子键成份大于际上是指离子键成份大于 50%）2.易形成稳定离子易形成稳定离子Na+2s 2 2p 6，Cl 3s 2 3p 6，只转移少数电子就只转移少数电子就到达稀有气体式稳定结构。到达稀有气体式稳定结构。3.形成离子键时释放能量多形成离子键时释放能量多Na(s)+1/2 Cl 2(g)=NaCl(s)H=410.9 kJmol1在形成离子键时，以放热形式，释放较多能量。在形成离子键时，以放热形式，释放较多能量。第第6页页4.1.2 离子键特点离子键特点(1)离子键本质是静电引力离子键本质是静电引力q1，q2 分别为正负离子所带电量分别为正负离子所带电量，r 为正负离子核间距离，为正负离子核间距离，F为静电引力。为静电引力。（2）离子键没有方向性）离子键没有方向性 与任何方向电性不一样离子相吸引，所以无方向性。与任何方向电性不一样离子相吸引，所以无方向性。（3）离子键没有饱和性）离子键没有饱和性只要是正负离子之间，则彼此吸引，即无饱和性。只要是正负离子之间，则彼此吸引，即无饱和性。（4）键离子性与元素电负性相关）键离子性与元素电负性相关 1.7，发生电子转移，形成离子键；发生电子转移，形成离子键；1.7，实际上是指离子键成份大于，实际上是指离子键成份大于 50%。第第8页页AB型化合物单键型化合物单键离子性百分数离子性百分数与电负性差值之间关系与电负性差值之间关系电负性差电负性差离子性离子性/%电负性差电负性差离子性离子性/%0.211.8550.442.0630.692.2700.8152.4761.0222.6821.2302.8861.4393.0891.6473.292第第9页页第第10页页简单负离子简单负离子电子层构型普通都含有稳定电子层构型普通都含有稳定8电子结构如电子结构如F-4.1.3 离子特征离子特征（1）离子电荷）离子电荷（2）离子电子层构型）离子电子层构型电荷高，离子键强。电荷高，离子键强。+1,+2,+3,+4对应原子得失电子数对应原子得失电子数正离子电子层构型大致有正离子电子层构型大致有 5 种种 8电子构型，如电子构型，如 2电子构型，如电子构型，如 18电子构型，如电子构型，如第第11页页 9-17电子构型，如电子构型，如(18+2)电子构型，如电子构型，如8电子构型离子电子构型离子 9 17电子构型离子电子构型离子 18或或18+2电子构型电子构型离子离子 NaCl CuCl离子电子层构型同离子作用力，即离子键强度有亲密关系。离子电子层构型同离子作用力，即离子键强度有亲密关系。在离子在离子半径半径和和电荷电荷大致相同条件下，不一样构型正离子对同大致相同条件下，不一样构型正离子对同种负离子结协力大小规律：种负离子结协力大小规律：第第12页页（3）离子半径）离子半径1.概念概念:将离子晶体中离子看成是相切球体，正负离子核间将离子晶体中离子看成是相切球体，正负离子核间距距 d 是是 r+和和 r 之和之和。d 值可由晶体值可由晶体 X 射线衍射试验测定得到射线衍射试验测定得到。1926 年，哥德希密特年，哥德希密特 (Goldschmidt)用光学方法测用光学方法测得了得了 F 和和 O 2 半径，分别为半径，分别为 133 pm 和和 132 pm。结合结合 X 射线衍射所得射线衍射所得 d 值，得到一系列离子半径，称为值，得到一系列离子半径，称为哥德希哥德希密特半径密特半径。离子作用半径离子作用半径dr+r-例例：MgO d =210 pm第第13页页1927 年，年，Pauling 把最外层电子到核距离，定义为离子半径。把最外层电子到核距离，定义为离子半径。并利用有效核电荷等数据，求出一套离子半径数值，被称为并利用有效核电荷等数据，求出一套离子半径数值，被称为 Pauling 半径半径。Z为核电数，为核电数，为为屏蔽常数，屏蔽常数，Cn为为取决于最外取决于最外电电子子层层主量子数主量子数n一个常数。一个常数。2.离子半径改变规律离子半径改变规律同主族从上到下，同主族从上到下，随随电子层增加，含有相同电荷数电子层增加，含有相同电荷数同族同族离子半径增加。离子半径增加。Li+Na+K+Rb+Cs+F Cl Br I1976年，年，Shanon经过归纳氧化物中正负离子核间距数据并考经过归纳氧化物中正负离子核间距数据并考虑虑配位数、几何构型和电子自旋配位数、几何构型和电子自旋等原因，提出了一套新数据。等原因，提出了一套新数据。第第14页页同一元素，不一样价态离子，电荷高半径小。同一元素，不一样价态离子，电荷高半径小。如如 Ti 4+Ti 3+；Fe 3+Mg 2+Al 3+K+Ca 2+第第15页页4.1.4 离子晶体离子晶体（1）离子晶体特征离子晶体特征正负离子间静电作用力较强正负离子间静电作用力较强 熔点、沸点较高熔点、沸点较高因离子键强度大因离子键强度大 硬度高硬度高 受到外力冲击时，易发生位错受到外力冲击时，易发生位错 造成破碎造成破碎。+位错位错+离子定向迁移离子定向迁移 导电性导电性离子晶体中不存在单个分子离子晶体中不存在单个分子 巨型分子巨型分子第第16页页（2）离子晶体类型）离子晶体类型（a）CsCl型晶体型晶体 属属简单立方简单立方晶格晶格 配位比配位比 8 8 晶胞中离子个数：晶胞中离子个数：Cs+:1个个 Cl:8(1/8)=1 个个AB型离子化合物三种主要晶体结构类型型离子化合物三种主要晶体结构类型a异号离子间距离异号离子间距离第第17页页（b）NaCl型晶体型晶体 属属立方面心立方面心晶格晶格 配位比配位比 6 6 晶胞中离子个数：晶胞中离子个数：Na+:12(1/4)+1=4个个 Cl:8(1/8)+6 (1/2)=4 个个 异号离子间距离异号离子间距离（c）立方立方ZnS型型 属属立方面心立方面心晶格晶格 配位比配位比 4 4 晶胞中离子个数：晶胞中离子个数：Zn2+:4个个 S2:6 (1/2)+8(1/8)=4 个个 异号离子间距离异号离子间距离第第18页页(3)离子半径比与配位数和晶体构型关系离子半径比与配位数和晶体构型关系 从六配位介稳状态出发，探讨半径比与配位数之间关系。从六配位介稳状态出发，探讨半径比与配位数之间关系。ABCD第第19页页假如假如 r+再大些再大些,则阴离子同号相离则阴离子同号相离,异号相切稳定状态。异号相切稳定状态。结论结论 时时，配位数为，配位数为 6,NaCl 式晶体结构。式晶体结构。+第第20页页+假如假如r+小些小些,则阴离子同号相切则阴离子同号相切,异号相离不稳定状态，使晶异号相离不稳定状态，使晶体中离子配位数下降。体中离子配位数下降。结论结论 时时，配位数为，配位数为 4,ZnS式晶体结构。式晶体结构。第第21页页ABCDABCD八配位介稳状态对角面图。八配位介稳状态对角面图。结论结论 时时，配位数为，配位数为 8,CsCl 式晶体结构。式晶体结构。第第22页页四配位介稳状态图。四配位介稳状态图。结论结论 时时，配位数为，配位数为 3。第第23页页r+/r配位数配位数晶体类型晶体类型实实 例例0.2250.4144 ZnS型型 ZnS,ZnO,BeS,BeO,CuCl,CuBr0.4140.7326NaCl型型NaCl,KCl,NaBr,LiF,CaO,MgO,CaS,BaS0.73218CsCl型型CsCl,CsBr,CsI,NH4Cl,TlCNAB型化合物离子半径比与配位数和晶体类型关系型化合物离子半径比与配位数和晶体类型关系第第24页页注意点：注意点：1.对于离子化合物中离子任一配位数来说，都有一对应正负离对于离子化合物中离子任一配位数来说，都有一对应正负离子半径比值范围。例外，子半径比值范围。例外，RbCl 0.822.当一个化合物正、负离子半径比处于当一个化合物正、负离子半径比处于靠近极限值靠近极限值时，则该化时，则该化合物可能同时含有两种构型晶体。合物可能同时含有两种构型晶体。GeO2 0.383.离子晶体构型离子晶体构型除了与除了与正、负离子半径比正、负离子半径比相关外，还与离子相关外，还与离子电电子层构型、离子数目、外界条件子层构型、离子数目、外界条件等原因相关。等原因相关。CsCl4.离子型化合物正、负离子半径比规则，只能应用于离子型晶离子型化合物正、负离子半径比规则，只能应用于离子型晶体，而体，而不能用它判断共价型化合物不能用它判断共价型化合物。第第25页页4.1.5 晶格能晶格能晶格能数据是指在晶格能数据是指在0K和和100k Pa条件下上述过程能量改变。假如上条件下上述过程能量改变。假如上述过程是在述过程是在298K和和101325 Pa条件下进行时，则释放能量为条件下进行时，则释放能量为晶格焓晶格焓。晶格能晶格能 U 越大，则形成离子键得到离子晶体时放出能量越多，离越大，则形成离子键得到离子晶体时放出能量越多，离子键越强。子键越强。(2)晶格能测定：晶格能测定：玻恩玻恩 哈伯循环哈伯循环Born 和和 Haber 设计了一个热力学循环过程，从已知热力设计了一个热力学循环过程，从已知热力学数据出发，学数据出发，利用利用Hess定律定律计算晶格能。计算晶格能。P255(1)定义：定义：相互远离气态正、负离子结合生成相互远离气态正、负离子结合生成1 mol 离子离子晶体时所释放能量，晶体时所释放能量，用用 U 表示。表示。Na+(g)+Cl(g)=NaCl(s)U=-rHm 第第26页页以以NaCl为例为例，Born-Haber循环循环S：升华能升华能I1：电离能：电离能D：解离能：解离能E1：电子亲合能：电子亲合能U：晶格能：晶格能盖斯定律盖斯定律第第27页页(3)影响晶格能原因影响晶格能原因 离子电荷离子电荷(晶体类型相同时晶体类型相同时)离子半径离子半径(晶体类型相同时晶体类型相同时)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Z，U 例：例：U(NaCl)U(CaO)born-Land公式公式 无机化学无机化学（大连理工大编（大连理工大编P302）R0:核间距核间距(pm)；A:Madelang常数，与晶体构型相关；常数，与晶体构型相关；n:Born指数，与离子电子层结构类型相关。指数，与离子电子层结构类型相关。第第28页页 离子电荷数大离子电荷数大,离子半径小离子晶体晶格能大离子半径小离子晶体晶格能大,对应表现对应表现为熔点高、硬度大等性能。为熔点高、硬度大等性能。P141晶格能对离子晶体物理性质影响晶格能对离子晶体物理性质影响第第29页页4.2.1 价键理论价键理论4.2.2 杂化轨道理论杂化轨道理论4.2.3 价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论4.2.4 分子轨道理论分子轨道理论4.2.5 键参数与分子性质键参数与分子性质4.2.6 分子晶体与原子晶体分子晶体与原子晶体4.2 共价键理论共价键理论第第30页页1916 年，美国科学家年，美国科学家 Lewis 提出共价键理论：分子中原子能提出共价键理论：分子中原子能够经过共用电子对来形成稀有气体稳定电子结构。够经过共用电子对来形成稀有气体稳定电子结构。:N:N:N N:+=成功地解释了由相同原子组成分子（成功地解释了由相同原子组成分子（H2、O2等）以及性质相近不一样原等）以及性质相近不一样原子组成分子（子组成分子（HCl、H2O等），并揭示了共价键和离子键区分等），并揭示了共价键和离子键区分。共价键：共价键：分子中原子间经过共用电子对结合而形成化学键分子中原子间经过共用电子对结合而形成化学键但有但有局限局限：1）一些分子中心原子最外层电子数不是稀有气体结构；）一些分子中心原子最外层电子数不是稀有气体结构；但仍能稳定存在；如，但仍能稳定存在；如，BF3；SF6；PCl5；2）不能解释共价键特征（方向性、饱和性等）；）不能解释共价键特征（方向性、饱和性等）；3）不能解释单电子键）不能解释单电子键 H2+和和 O2 磁性；磁性；4）不能说明电子共用本质。）不能说明电子共用本质。第第31页页4.2.1 价键理论价键理论(VB)（1）共价键本质）共价键本质E0-DRro又称电子配对法，是又称电子配对法，是1927年德国化学家年德国化学家W.Heitler和和F.London用用量子力学量子力学处理处理H2分子结构结果推广，分子结构结果推广，组成份子两原子未成对组成份子两原子未成对电子自旋相反，成对偶合形成共价键电子自旋相反，成对偶合形成共价键。与与Lewis法不一样法不一样 两个两个 1s 电子以电子以自旋相同自旋相同，r 越小，越小，E 越大。不能形成化越大。不能形成化学键。学键。自旋相反自旋相反时，时，r =r0 时，时，E 值最小，为值最小，为 E=D(D 0，D 孤电子对成键电子孤电子对成键电子 成键电子成键电子成键成键 电子，即电子，即LPLP LPBP BPBP；叁键叁键 双键双键 单键。单键。P161普通规律普通规律（2）判断共价分子结构普通规则）判断共价分子结构普通规则1.确定确定中心中心原子原子(A)价价电子电子层层中中总电子数总电子数和对数和对数以以AXmn+为例为例(A中心原子中心原子,X配位原子配位原子)VP=1/2A价电子数价电子数+X提供价电子数离子电荷数提供价电子数离子电荷数负 正A 价电子数价电子数=主族序数；主族序数；第第59页页配体配体X：H和卤素每个原子各提供一个价电子和卤素每个原子各提供一个价电子,氧与硫氧与硫不提供价电子；不提供价电子；正离子应减去电荷数，负离子应加上电荷数。正离子应减去电荷数，负离子应加上电荷数。假如出现奇电子假如出现奇电子(有一个成单电子有一个成单电子)，可把这个单电子看，可把这个单电子看成电子对对待。成电子对对待。例：例：价层电子数价层电子数 价层电子对数价层电子对数PO43-NH4+NO2 ICl2-OCl2N=5+3=8 4N=5+4-1=8 4N=5 3N=10 5N=8 4第第60页页2.依据中心原子依据中心原子A周围电子对数，找出对应理想几何结构图周围电子对数，找出对应理想几何结构图形，即价电子正确空间构型形，即价电子正确空间构型(p162,图图4-23）。VP=2 直线形直线形VP=3 平面三角形平面三角形VP=4 正四面体正四面体VP=5 三角双锥三角双锥VP=6 正八面体正八面体第第61页页3.画出结构图，确定中心原子孤对电子对数，确定排斥画出结构图，确定中心原子孤对电子对数，确定排斥力最小稳定结构，推断分子空间构型。力最小稳定结构，推断分子空间构型。（3）判断共价分子结构实例）判断共价分子结构实例1.LP=0，分子空间构型，分子空间构型=电子正确空间构型电子正确空间构型VP=1/2(2+2)=2 直线形直线形VP=1/2(3+3)=3 平面三角形平面三角形VP=1/2(4+4)=4 四面体四面体VP=1/2(5+5)=5 三角双锥三角双锥VP=1/2(6+6)=6 八面体八面体例例第第62页页6 1 八面体八面体 四方锥四方锥 IF5 2 八面体八面体 平面正方形平面正方形 XeF42.LP0：分子空间构型不一样于电子正确空间构型。：分子空间构型不一样于电子正确空间构型。3 1 平面三角形平面三角形 V形形 SnCl24 1 四面体四面体 三角锥三角锥 NH3 2 四面体四面体 V形形 H2OVPLP电子对电子对空间构型空间构型分子分子空间构型空间构型例例5 1 三角双锥三角双锥 变形四方体变形四方体 SF4 2 三角双锥三角双锥 T形形 ClF3 3 三角双锥三角双锥 直线形直线形 XeF2第第63页页例：例：ClF3 VP=5 LP=2三种构型选择三种构型选择？三种结构中最小角度三种结构中最小角度(90)三种电子之间排斥作用数目三种电子之间排斥作用数目结构结构 a 排斥作用最小，是一个较稳定结构。排斥作用最小，是一个较稳定结构。第第64页页分子构型：分子构型：T型型电子对构型与分子构型不一致电子对构型与分子构型不一致电子数为电子数为5 时，孤对总是尽先时，孤对总是尽先处于三角双锥腰部位置。处于三角双锥腰部位置。深入讨论影响键角原因深入讨论影响键角原因键存在，相当于孤对电子排斥成键电子，使键存在，相当于孤对电子排斥成键电子，使键角变小。键角变小。C=CHHHH第第65页页中心原子和配位原子电负性大小也影响键角。同种类型中心原子和配位原子电负性大小也影响键角。同种类型分子，中心原子电负性大者，键角较大；配位原子电负分子，中心原子电负性大者，键角较大；配位原子电负性大者，键角较小。性大者，键角较小。N:FFFN:HHHP:HHHH价层电子互斥理论优缺点价层电子互斥理论优缺点1.预测一些分子（尤其是第一、二、三周期元素组成分子）几何构型成预测一些分子（尤其是第一、二、三周期元素组成分子）几何构型成功而简便，并与杂化轨道理论预测一致。功而简便，并与杂化轨道理论预测一致。2.但预测第但预测第VA、VIA族形成一些分子（离子）几何构型时，常与试验结族形成一些分子（离子）几何构型时，常与试验结果有出入。果有出入。3.不包括成键过程及键稳定性。严格来说并不是一个化学键理论。不包括成键过程及键稳定性。严格来说并不是一个化学键理论。VSEPR与杂化轨道理论互为补充。与杂化轨道理论互为补充。第第66页页 6 8 8 8 5 10 3 4 4 4 3 5 三角形三角形 正四面体正四面体 正四面体正四面体 正四面体正四面体 三角形三角形 三角双锥三角双锥分子构型分子构型 三角形三角形 V字构型字构型 三角锥三角锥 正四面体正四面体 V字形字形 T字形字形例例 利用价层电子对互斥理论判断以下分子和离子几何构型利用价层电子对互斥理论判断以下分子和离子几何构型，写写出价层电子总数、对数、电子对构型和分子构型出价层电子总数、对数、电子对构型和分子构型。AlCl3 H2S SO32-NH4+NO2 IF3解：解：总数总数 对数对数电子对构型电子对构型第第67页页4.2.4 分子轨道理论分子轨道理论 1930年，由美国年，由美国R.S.Mulliken和德国和德国Hund提出提出 强调分子强调分子中电子在整个分子势场中运动（非定域键），而中电子在整个分子势场中运动（非定域键），而VB法共价键法共价键局限于成键两原子之间，是局限于成键两原子之间，是“定域键定域键”。（1）理论基本关键点）理论基本关键点1.分子中电子不属于一些特定原子，而在整个分子内运动。分子中电子不属于一些特定原子，而在整个分子内运动。2.MO由原子轨道由原子轨道AO线性组合而成。线性组合而成。MO数数=相互化合原子相互化合原子AO数数每个电子运动状态可用波函数每个电子运动状态可用波函数描述，描述，则则称为分子轨道（称为分子轨道（MO）分子中电子在空间各处出现几率密度；分子中电子在空间各处出现几率密度；第第68页页H2 中两个中两个 H，有两个有两个 1s，可组合成两个分子轨道可组合成两个分子轨道：MO =c1 1 +c2 2，*MO =c1 1 c2 23.每个分子轨道有对应能量和图象每个分子轨道有对应能量和图象分子能量分子能量=分子中电子能量总和；分子中电子能量总和；按按MO对称性分为对称性分为 轨道和轨道和 轨道；轨道；按按MO轨道能级大小轨道能级大小可排列出可排列出分子轨道近似能级图分子轨道近似能级图。4.MO中电子排布也遵照中电子排布也遵照AO轨道中电子排布三标准。轨道中电子排布三标准。Pauli原理，能量最低原理及原理，能量最低原理及Hund 规则规则第第69页页（2）原子轨道线性组合类型）原子轨道线性组合类型成键成键MO：同号波函数叠加，两核间几率密度：同号波函数叠加，两核间几率密度;反键反键MO：异号波函数叠加，两核间几率密度：异号波函数叠加，两核间几率密度。第第70页页节面节面s-s重合重合s-p重合重合原子轨道与分子原子轨道与分子轨道轨道形状形状。原子轨道与分子原子轨道与分子轨道轨道能量能量。第第71页页p-p 重合重合“头碰头头碰头”“肩并肩肩并肩”第第72页页p-d 重合重合d-d 重合重合第第73页页(3)原子轨道线性组合标准原子轨道线性组合标准 能量近似：能量近似：只有能量相近只有能量相近AO才能组合成有效才能组合成有效MO。对称性匹配：对称性匹配：只有对称性相同只有对称性相同AO才能组成才能组成MO。最大重合：最大重合：两两AO重合程度越大，成键轨道能量较重合程度越大，成键轨道能量较AO降低愈多，成键效应愈强。降低愈多，成键效应愈强。非键分子轨道：非键分子轨道：AO组合后能量升高与降低相互抵消，组合后能量升高与降低相互抵消，MO能量能量AO相同。相同。p173第第74页页（4）同核双原子分子）同核双原子分子分子轨道能级图分子轨道能级图O2，F2 分子分子B2，C2，N2 等分子等分子2p 2py 2px2s 2s 2s*2s 1s*1s1s1sAO MO AO 2pz *2py *2pz *2px2p2p 2py 2px2s 2s 2s*2s 1s*1s1s1sAO MO AO 2pz *2py *2pz *2px2p能级相差较大能级相差较大能级相差较小能级相差较小第第75页页原子轨道能量由原子核电荷相关，而原子轨道能量由原子核电荷相关，而分子轨道能量受组成分子轨道能量受组成份子轨道原子轨道能量影响份子轨道原子轨道能量影响。第第76页页H2 分子轨道图分子轨道图分子轨道式分子轨道式:(1s)2电子填充在成键轨道中，能量比在原子轨道中低电子填充在成键轨道中，能量比在原子轨道中低。这个。这个能量差就是分子轨道理论中化学键本质能量差就是分子轨道理论中化学键本质。*1sAO MO AO1s1s 1s 第第77页页N2 分子轨道图分子轨道图N2 分子轨道式分子轨道式:(1s)2(*1s)2(2s)2(*2s)2(2py)2(2pz)2(2px)2或简写为：或简写为：KK(2s)2(*2s)2(2py)2(2pz)2(2px)2三三 键键:一个一个 键，两个键，两个 键键 2p 2py 2px2s 2s 2s*2s 1s*1s1s1sAO MO AO 2pz *2py *2pz *2px2p第第78页页O2 分子轨道图分子轨道图2p 2py 2px2s 2s 2s*2s 1s*1s1s1sAO MO AO 2pz *2py *2pz *2px2pO2 分子轨道式分子轨道式:(1s)2(*1s)2(2s)2(*2s)2(2px)2(2py)2(2pz)2(*2py)1(*2pz)1:O O:有有1 1个个 键，键，2 2个个三电子三电子键键，含有顺磁性。，含有顺磁性。第第79页页（5）异核双原子分子分子轨道能级图异核双原子分子分子轨道能级图2p O MO C 2 2 2 *2*21s 1s*1s1s2s 2s*2s2s2p *2CO异核双原子分子异核双原子分子CO 和和N2是是等电子体等电子体。其其分子轨道能级图与分子轨道能级图与 N2 相同。值得注意是相同。值得注意是C和和O对应对应原子轨道原子轨道能量并不能量并不相等。相等。CO分子轨道式分子轨道式:(1s)2(*1s)2(2s)2(*2s)2(2py)2(2pz)2(2px)2三三 键键:一个一个 键，两个键，两个 键，无单电子，显抗键，无单电子，显抗磁性磁性。第第80页页HF分子轨道图分子轨道图 2px 2s 2snb 1snb1s1sAO MO AO*2px2pHF 分子轨道式分子轨道式:非键轨道符号用原子轨道非键轨道符号用原子轨道符号表示。符号表示。(1s)2(2s)2(2px)2(2py)2(2pz)2 用上标用上标nb表示非键轨道表示非键轨道(1snb)2(2snb)2(2px)2(2pynb)2(2pznb)2 2pynb 2pznb第第81页页v价键理论价键理论(VB)简明扼要简明扼要不能解释分子几何构型不能解释分子几何构型,不能解释分子磁性不能解释分子磁性。v杂化轨道理论杂化轨道理论(HO)能够解释分子几何构型，能够解释分子几何构型，但缺乏预见性但缺乏预见性。vVSEPR 能够预言分子几何构型，能够预言分子几何构型，不能说明成键原理及键强度不能说明成键原理及键强度。v分子轨道理论分子轨道理论(MO)引入分子轨道概念，能够说明分子成键情况，键强弱和分子引入分子轨道概念，能够说明分子成键情况，键强弱和分子磁性。磁性。不能处理构型问题不能处理构型问题。共价键键理论共价键键理论价键理论价键理论(VB)杂化轨道理论杂化轨道理论(HO)价电子对互斥理论价电子对互斥理论(VSEPR)分子轨道理论分子轨道理论(MO)优缺点优缺点第第82页页4.2.5 键参数与分子性质键参数与分子性质（1）键级键级 键级（键级（BO)=（成键电子数（成键电子数-反键电子数）反键电子数）/2BO=(2-0)=1BO=(10-4)=1/2(8-2)=3BO=(10-6)=1/2(8-4)=2第第83页页 AB(g)A(g)+B(g )H =EAB 对于双原子分子，键能对于双原子分子，键能 EAB 等于解离能等于解离能 DAB。但对于多原子但对于多原子分子，则要注意键能与解离能区分与联络。如分子，则要注意键能与解离能区分与联络。如 NH3 ：NH3 (g)H(g)+NH2(g)D1 =435.1 kJmol1 NH2 (g)H(g)+NH (g)D2 =397.5 kJmol1 NH(g)H(g)+N(g)D3 =338.9 kJmol1三个三个 D 值不一样，值不一样，D1 D2 D3E NH =390.5 (kJmol1 )（2）键能）键能AB分子键离解能分子键离解能 D(A-B)：绝对零度下，将处于基态双：绝对零度下，将处于基态双原子分子原子分子AB拆开成也处于基态拆开成也处于基态A原子和原子和B原子时所需要原子时所需要能量。能量。第第84页页AB分子键离解焓分子键离解焓：在标准气压和：在标准气压和298K下，将理想气体下，将理想气体AB拆开成为理想气态拆开成为理想气态A原子和原子和B原子时所需要能量。原子时所需要能量。键能键能(焓焓)越大，化学键愈牢靠，分子越稳定。越大，化学键愈牢靠，分子越稳定。（3）键长）键长分子中两原子核间平衡距离叫分子中两原子核间平衡距离叫键长键长。普通键长越小，键越强。普通键长越小，键越强。键长键长/pm 键能键能/kJmol-1C C 154 345.6C =C 133 602.0C C 120 835.1 在不一样化合物中，相同键，键长和键能并不相等。在不一样化合物中，相同键，键长和键能并不相等。第第85页页（4）键角）键角 如如 H2S，HSH 键角为键角为92，决定构型为，决定构型为“V”字形字形。CO2，OCO键角为键角为180，则，则CO2 分子为直线形分子为直线形。（5）键极性）键极性正正电电荷荷重重心心和和负负电电荷荷重重心心不不重重合合键键为为极极性性键键；反反之之为为非非极性键。极性键。在分子中键与键之间夹角。反应空间结构主要原因。在分子中键与键之间夹角。反应空间结构主要原因。成键两原子电负性差越大，键极性越大。成键两原子电负性差越大，键极性越大。(P185)键矩是表示键极性物理量，键矩是表示键极性物理量，=q l q 为电量，为电量，l 为核间距。为核间距。为矢量。为矢量。第第86页页4.2.6 分子晶体和原子晶体分子晶体和原子晶体（1）分子晶体）分子晶体共价型非金属单质和化合物共价型非金属单质和化合物分子（卤素、氢、卤化氢、分子（卤素、氢、卤化氢、水、氨、二氧化碳等）水、氨、二氧化碳等）特点：特点：晶格质点是分子；质点间作晶格质点是分子；质点间作用力是分子与分子之间作用用力是分子与分子之间作用力。力。性质：性质：熔点、沸点较低，硬度较小；熔点、沸点较低，硬度较小；普通不导电。普通不导电。第第87页页（2）原子晶体）原子晶体一些共价型非金属单质和化合物一些共价型非金属单质和化合物分子（分子（SiC、SiO2、BN等）。等）。特点：特点：晶格质点是原子；原子间是经晶格质点是原子；原子间是经过共价相互结合在一起。过共价相互结合在一起。性质：性质：熔点、沸点较高，硬度较大；熔点、沸点较高，硬度较大；普通不导电。硅、碳化硅等含普通不导电。硅、碳化硅等含有半导体性质。有半导体性质。金刚石原子晶体金刚石原子晶体第第88页页4.3.1 金属键改性共价键理论金属键改性共价键理论4.3.2 金属键能带理论金属键能带理论4.3.3 金属晶体金属晶体4.3 金属键理论金属键理论第第89页页4.3.1 金属键改性共价键理论金属键改性共价键理论在固态或液态金属中，价电子能够自由地从一个原子跑向另在固态或液态金属中，价电子能够自由地从一个原子跑向另一个原子，这些共用电子起到把许多原子一个原子，这些共用电子起到把许多原子(或离子或离子)粘合在一粘合在一起作用，形成金属键。这种键可认为是改性共价键，是由多起作用，形成金属键。这种键可认为是改性共价键，是由多个原子共用一些流动电子组成。个原子共用一些流动电子组成。金属键金属键无方向性无方向性，无固定键能无固定键能，金属键强弱和自由电子，金属键强弱和自由电子多少相关，也和离子半径、电子层结构等其它许多原因相关，多少相关，也和离子半径、电子层结构等其它许多原因相关，很复杂。很复杂。金属键强弱能够用金属键强弱能够用金属原子化热金属原子化热等来衡量。等来衡量。金属原子化金属原子化热是指热是指 1 mol 金属变成气态原子所需要热量。金属原子化热金属变成气态原子所需要热量。金属原子化热越越小时小时，其熔点其熔点越越低低，质地软。质地软。第第90页页 金属能够吸收波长范围极广光，并重新反射出，故金属金属能够吸收波长范围极广光，并重新反射出，故金属晶体晶体不透明不透明，且，且有金属光泽有金属光泽。金属受外力发生变形时，金属键不被破坏，故金属有很金属受外力发生变形时，金属键不被破坏，故金属有很好好延展性延展性，与离子晶体情况相反。，与离子晶体情况相反。在外电压作用下，金属中在外电压作用下，金属中自由电子能够定向移动自由电子能够定向移动，故，故有有导电性导电性。受热时经过自由电子碰撞及其与金属离子之间碰撞，传受热时经过自由电子碰撞及其与金属离子之间碰撞，传递能量。故金属是递能量。故金属是热良导体热良导体。位错位错+自由电子自由电子+金属离子金属离子金属原子金属原子第第91页页4.3.2 金属键能带理论金属键能带理论理论关键点理论关键点（1）电子是离域）电子是离域（2）组成金属能带）组成金属能带 (Energy Band）Li2 有分子轨道有分子轨道2s2s 2s 2s*也能够写成也能够写成2s2s 2s 2s*全部电子属于金属晶体，或说为整个金属大分子所共有，全部电子属于金属晶体，或说为整个金属大分子所共有，不再属于哪个原子。我们称不再属于哪个原子。我们称电子是离域电子是离域。第第92页页 Li晶体中晶体中，n 个个2s轨道组成轨道组成 n 条分子轨道条分子轨道。这这 n 条分子条分子轨道之间能量差小轨道之间能量差小，电子跃迁所需能量小电子跃迁所需能量小。这些能量相近这些能量相近能级组成能级组成能带能带。能带能量范围很宽能带能量范围很宽，有时可达数百有时可达数百 kJmol1。Li晶体晶体 n 个个 2s 轨道，形成轨道，形成 n个个Li金属分子轨道金属分子轨道 2s 能能带。带。.能带以下列图所表示能带以下列图所表示第第93页页（3）满带）满带 导带和空带导带和空带以以 Li 为例为例，1s2 2s1 2p0 2s 轨道电子半充满轨道电子半充满，组成能带电子也组成能带电子也半半满满，称为称为导带。导带。2p 能带中无电子能带中无电子，称为称为空带。空带。从满带顶到导带底从满带顶到导带底(或空带底或空带底)能量间隔很大能量间隔很大，电子跃电子跃 迁困难。迁困难。这个能这个能量间隔称为量间隔称为禁带。禁带。1s 轨道充满电子轨道充满电子，故组成能带充满电子故组成能带充满电子，称为称为满带。满带。（4）能带重合）能带重合相邻近能带，有时能够重合，相邻近能带，有时能够重合，即能量范围有交叉。即能量范围有交叉。如如 Be2s能带和能带和 2p能带能带，能够部分重合能够部分重合。经过重合电子能够。经过重合电子能够跃迁到跃迁到 2p 空带空带中去中去，2s和和2p之间没有禁带之间没有禁带。第第94页页3n 个个 2pn 个个 2s导体导体半导体半导体绝缘体绝缘体导导带带禁禁带带满满带带Eg g5eVEg g3eV第第95页页4.3.3 金属晶体金属晶体A1面心立方紧密堆积面心立方紧密堆积 IB，Ni，Pd，PtA2立方体心堆积立方体心堆积 IA，VB，VIBA3六方紧密堆积六方紧密堆积 IIIB，IVB金属堆积金属堆积方式方式六方紧堆晶格六方紧堆晶格面心立方紧堆晶格面心立方紧堆晶格体心立方晶格体心立方晶格为使电子能级能够尽可能多重合，形成为使电子能级能够尽可能多重合，形成“少电子多中心少电子多中心”键，金属在形成晶体时倾向于组成极为紧密结构。键，金属在形成晶体时倾向于组成极为紧密结构。第第96页页 金属晶体中离子金属晶体中离子/原子是以原子是以紧密堆积紧密堆积形式存在形式存在。下面。下面用等径刚性球模型来讨论堆积方式。用等径刚性球模型来讨论堆积方式。在一个层中，最紧密堆积方式，是一个球与周围在一个层中，最紧密堆积方式，是一个球与周围 6 个球个球相切，在中心周围形成相切，在中心周围形成 6 个凹位，将其算为第一层。个凹位，将其算为第一层。第二层第二层 对第一层来讲最紧密堆积方式是将球对准对第一层来讲最紧密堆积方式是将球对准 1，3，5 位。位。(或对准或对准 2，4，6 位，其情形是一样位，其情形是一样)123456AB，第第97页页 关键是第三层，对第一、二层来说，第三层能够有两关键是第三层，对第一、二层来说，第三层能够有两种最紧密堆积方式。种最紧密堆积方式。第一个是