化學(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)

1、第十章 化學(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)分子中原子之間的長程強相互作用力稱為化學(xué)鍵?；瘜W(xué)鍵可分為離子鍵、金屬鍵和共價鍵三種。 組成化學(xué)鍵的兩個原子間電負性差大于1.8 時，一般生成離子鍵，小于1.8 時一般生成共價鍵。而金屬原子之間則生成金屬鍵。§10-1 離子鍵一、 離子鍵的形成和性質(zhì)1離子鍵的形成正、負離子通過靜電引力結(jié)合在一起。這種由異號電荷離子的吸引所產(chǎn)生的化學(xué)結(jié)合力稱為離子鍵。離子鍵的形成過程可簡單表示如下： nen Na（3s1） -®n Na+（2s22p6） + ne n NaCln Cl（3s23p5）® n Cl（3s23p6）由離子鍵形成的化合物叫離子型化合

2、物，它們以離子晶體形式存在。2離子鍵的性質(zhì)離子鍵的本質(zhì)是靜電引力，在離子鍵的模型中，可以近似的將正、負離子視為球形電荷，兩種帶有相反電荷的離子間的靜電引力與離子電荷的乘積成正比，而與離子核間距的平方成反比。即離子的電荷越大，離子電荷中心間的距離越小，離子間的引力(離子鍵)越強，鍵的離子性與元素的電負性有關(guān)。3. 離子鍵的特征由于離子的電荷分布是球形對稱的，因此，只要空間條件許可，它可以從不同方向同時吸引若干帶有相反電荷的離子，所以，離子鍵的特征是：既沒有方向性，也沒有飽和性。4. 離子性百分數(shù)離子性百分數(shù)與成鍵元素電負性差值有關(guān)。通常，電負性差值大于1.7，離子性百分數(shù)大于50% ，而離子性百

3、分數(shù)大于50% 時，此物質(zhì)為離子型化合物；反之為共價型化合物。§10-2 共價鍵一、現(xiàn)代價鍵理論(VB)1. 共價鍵的形成當兩個有未成對電子，且自旋方向相反的原子相互靠近時，電子所處原子軌道重疊，核間電子密度加大，形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵，這種通過原子軌道重疊共用電子對所形成的化學(xué)鍵稱為共價鍵。2. 共價鍵的特征(1)共價鍵的飽和性：共價鍵的鍵數(shù)等于未成對的電子數(shù)，即一個原子有幾個未成對電子，便可和幾個自旋方向相反電子的原子軌道配對成鍵，稱為共價鍵的飽和性。(2)共價鍵的方向性：因為原子軌道在空間按一定的方向伸展，根據(jù)最大重疊原理，軌道重疊越多，電子在兩核間出現(xiàn)的幾率越大，所形成的共價鍵也就

4、越穩(wěn)定，因此在成鍵時，必然按一定的方向發(fā)生重疊，所以共價鍵有方向性。3. 共價鍵的類型(1)鍵：原子軌道重疊部分對鍵軸圓柱型對稱，形成的鍵稱為鍵，俗稱“頭碰頭”。鍵的特點是重疊程度大，鍵強，穩(wěn)定。(2)鍵：原子軌道重疊部分對鍵軸所在的某一特定平面具有反對稱性，形成的鍵稱為鍵，俗稱“肩并肩”。鍵的特點是重疊程度較小，鍵電子能量較高，易活動，是化學(xué)反應(yīng)的積極參與者。4.鍵參數(shù)離解能與鍵能在熱力學(xué)標態(tài)下，298K時，斷開單位物質(zhì)的量的某化學(xué)鍵時所需的能量(過程的焓變)稱為該物質(zhì)的鍵離解能，用符號D表示。在熱力學(xué)標態(tài)下，298K時，斷開單位物質(zhì)的量的某化學(xué)鍵時，每個同種鍵所需能量的平均值稱為該鍵的鍵能

5、，用符號表示。對于多原子分子，鍵能不等同于鍵的離解能，它是分子中某特定化學(xué)鍵的離解能的平均值，但用鍵能的大小可以衡量化學(xué)鍵的強弱。通常，鍵能越大，鍵越牢固，由該鍵構(gòu)成的分子也就越穩(wěn)定。鍵長分子中兩個成鍵原子核間的平衡距離稱為鍵長。通常，兩個原子之間的鍵長越短，鍵越牢固，分子也越穩(wěn)定。鍵角在分子中鍵和鍵之間的夾角稱為鍵角。鍵角是確定分子幾何構(gòu)型的重要參數(shù)。二、雜化軌道理論1. 理論要點(1)原子在形成分子時，原子軌道進行重新組合，形成雜化軌道，有幾個原子軌道就形成幾個雜化軌道。(2)能量相近的原子軌道才能進行有效的雜化，雜化后的各雜化軌道能量相等；雜化軌道成鍵能力比原子軌道強；(3)軌道雜化與軌

6、道上有無電子無關(guān)；(4)雜化軌道的能量、成分、形狀完全相同的雜化稱為等性雜化；由于雜化軌道所帶電子數(shù)不同，造成雜化軌道能量、成分、形狀略有不同的雜化稱為不等性雜化。2. 雜化軌道的類型(1)sp雜化：一個s軌道與一個p軌道間雜化形成二個sp雜化軌道，軌道間夾角1800。(2)sp2雜化：一個s軌道與二個p軌道間雜化形成三個sp2雜化軌道，軌道間夾角1200。(3)sp3雜化：一個s軌道與三個p軌道間雜化形成四個sp3雜化軌道，等性sp3雜化軌道間夾角109028，不等性sp3雜化(有孤電子對)軌道間夾角小于109028。(4)dsp雜化：在配位化合物部分介紹。3. 雜化類型與分子的空間構(gòu)型分子

7、的空間構(gòu)型由雜化類型所決定，利用雜化軌道理論可以較好地解決共價型物質(zhì)的空間構(gòu)型問題。雜化類型與分子空間構(gòu)型的關(guān)系如下表所示：雜化類型spsp2sp3等性不等性等性不等性不等性雜化軌道間夾角180012001200109028107018104045分子空間構(gòu)型直線型平面三角形角形正四面體三角錐角形實 例BeCl2 CO2HgCl2C2H2BF3SO3C2H4SO2 NO2CH4SiF4 NHNH3PCl3H2OOF2§10-3 分子間力與氫鍵一、分子的性質(zhì)1. 分子的極性分子的極性大小用偶極矩衡量。通常，把大小相等、符號相反，彼此相距d的兩個點電荷組成的體系稱為偶極子，極性分子就是偶

8、極子，其電量與距離之積就是分子的偶極矩，表示為：偶極矩 = qd分子的偶極矩是各個鍵矩的矢量和。由此可以看出，分子的極性與鍵的極性有關(guān)，通常，鍵無極性，組成的分子也無極性；鍵有極性時，化學(xué)鍵成對稱分布時，鍵矩的矢量和為零，分子的偶極矩為零，分子無極性；非對稱分子鍵矩的矢量和不為零時，分子的偶極矩不為零，分子有極性2. 分子的磁性分子的磁性大小用磁矩衡量，以符號m表示，單位為玻爾磁子B.M. 。m = 其中n是未成對電子數(shù)。通常，分子中未成對電子數(shù)越多，磁矩越大，分子的磁性越強。二、分子間力1. 分子的極化(1)固有偶極:由于極性分子的正、負電荷中心不重合而產(chǎn)生的偶極稱為固有偶極，通常，正、負電

9、荷中心偏移越大，固有偶極越大。(2)誘導(dǎo)偶極：在外電場作用下，分子中正、負電荷中心發(fā)生相對位移所產(chǎn)生的偶極稱為誘導(dǎo)偶極。(3)瞬時偶極：分子中電子相對于原子核運動，在某一瞬時產(chǎn)生的電子云不對稱分布，造成正、負電荷中心相對位移所產(chǎn)生的偶極稱為瞬時偶極。(4)分子的極化：分子在外電場作用下產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極的過程稱為分子的極化。2. 分子間力(1)取向力：極性分子固有偶極之間的相吸和相斥達平衡時產(chǎn)生的作用力稱為取向力，它存在于極性分子之間。通常分子的極性越大，分子間距離越小，取向力越大。(2)誘導(dǎo)力：極性分子的固有偶極與誘導(dǎo)偶極之間的作用力稱為誘導(dǎo)力，它存在于極性分子之間、極性分子與非極性分子之間。通常極性分子的固有偶極越大，分子的誘導(dǎo)偶極越大，分子間距離越小，誘導(dǎo)力越大。(3)色散力：由瞬時偶極引起的分子之間的作用力稱為色散力，它存在于極性分子之間、極性分子與非極性分子之間，以及非極性分子之間。通常分子變形性越大(分子量越大)，分子間距離越小，色散力越大。綜上所述，色散力存在于所有分子之間，它通常是最主要的分子間力；誘導(dǎo)力通常很?。欢∠蛄χ辉诜肿訕O性較大時，才成為主要作用力。三、氫鍵1. 氫鍵的形成：當氫與電負性大、半徑小的原子相結(jié)合時，由于共用電子對強烈地偏向電負性大、半徑小的原子而使氫成為“裸核”，從而使氫有多余