1 第十章分子結構 10 1離子鍵 10 2共價鍵 10 3分子間作用力 2 分子或晶體中相鄰原子間強烈的相互作用力稱為化學鍵 離子鍵 共價鍵 配位鍵 金屬鍵 化學鍵的概念 3 10 1離子鍵 一 形成與特點靜電引力 q1 q2分別為正負離子所帶電量 r為正負離子的核間距離 無方向性和飽和性 與任何方向的電性不同的離子相吸引 所以無方向 且只要是正負離子之間 則彼此吸引 即無飽和性 4 二 影響離子鍵強弱及離子化合物性質的因素 電荷 半徑 電子構型 NaCl易溶于水 CuCl難溶于水 5 10 2共價鍵理論一經典路易斯理論1916年 美國科學家Lewis提出共價鍵理論 認為分子中的原子都有形成稀有氣體電子結構的趨勢 求得本身的穩定 而達到這種結構 是通過共用最外層的單電子來實現 例如H H HH通過共用一對電子 每個H均成為He的電子構型 形成一個共價鍵 6 但Lewis沒有說明這種鍵的實質 所以適應性不強 在解釋BCl3 PCl5等其中的原子未全部達到稀有氣體結構的分子時 遇到困難 7 二 現代價鍵理論 引言 氫分子的共價鍵 8 H2中的化學鍵 可以認為是電子自旋相反配對 結果使體系的能量降低 從電子云的觀點考慮 可認為H的1s軌道在兩核間重疊 使電子在兩核間出現的幾率大 形成負電區 兩核吸引核間負電區 使2個H結合在一起 9 現代價鍵理論基本要點 1 具有自旋相反的未成對電子的兩原子相互接近時 原子軌道 電子云 重疊使核間電子云密度增大 體系能量降低 形成穩定的共價鍵 2 兩個成鍵原子的電子云重疊越多 核間電子云密度就越大 形成的共價鍵就越牢固 原子軌道最大重疊原理 10 共價鍵的特征 共價鍵的飽和性 受自旋相反限制 一個原子上的一個電子只能與另一個原子上自旋方向相反的一個電子配對 一個原子中所含未成對電子數就是它可能形成共價鍵的數目 11 s s s p p p 1 鍵 原子軌道以 頭碰頭 的形式重疊形成的共價鍵 共價鍵的類型 鍵 鍵 配位鍵 12 鍵的電子云界面圖 鍵的特點 電子云重疊程度大 能量低 故 鍵比較牢固 是首選成鍵方式 13 鍵 原子軌道以 肩并肩 式重疊形成的共價鍵稱為 鍵 鍵特點 電子云重疊程度較小 較活潑 且 鍵一般不能單獨存在 14 N2分子的成鍵方式 15 鍵以 頭碰頭 式成鍵 鍵和 鍵的比較 16 配位鍵 共用電子對由某個原子單方提供 另一個原子提供空軌道 17 鍵參數 鍵能 鍵長 鍵角和鍵的極性等 鍵能 bondenergy 在298K和標準壓力 100kPa 時 將lmol氣態分子AB拆開 成為氣態的A原子和B原子所需要的能量 用符號E表示 單位kJ mol 1 對雙原子分子 E DA B 對于多原子分子 鍵能越大 化學鍵越牢固 分子越穩定 單鍵 雙鍵 叁鍵 18 鍵長 分子中兩個原子核間的平衡距離叫做鍵長 通常鍵長越短 鍵越牢固 鍵角在分子中同一原子形成的兩個化學鍵之間的夾角叫鍵角 19 鍵的極性非極性共價鍵 成鍵電子云無偏向 正負電荷重心重合的共價鍵 極性共價鍵 成鍵電子云有偏向 正負電荷重心不重合的共價鍵 成鍵原子間的電負性差值越大 鍵的極性就越大 離子鍵可以看成是極性鍵的極限 20 8O2s22p4 6C2s22p2 問題 H2O的鍵角為什么為104 5 如何解釋CH4分子的空間構型 21 1 原子在形成分子的過程中 同一原子能量相近的不同類型的原子軌道改變了原有軌道的狀態 能量 形狀 方向 重新組合成新的軌道 雜化軌道 一頭大 一頭小 雜化軌道具有更強的成鍵能力 2 有幾個原子軌道參加雜化 就能組合成幾個雜化軌道 基本要點 三 雜化軌道理論 22 3 雜化軌道的空間取向是取盡可能大的鍵角 使相互的排斥作用達到最小 形成的鍵更穩定 兩個雜化軌道 直線形三個雜化軌道 平面三角形四個雜化軌道 正四面體形 23 a 按參加雜化的軌道分類s p型sp雜化 sp2雜化和sp3雜化 s p d型sp3d雜化 sp3d2雜化等 雜化軌道的類型 24 b 按雜化軌道能量是否一致分類等性雜化 如C的sp3雜化4條sp3雜化軌道能量一致 25 同一層上1個s軌道和l個p軌道間進行雜化 叫做sp雜化 其雜化所形成的軌道 叫做sp雜化軌道 直線型 sp雜化 BeCl2的形成過程 4Be2s2 26 sp2雜化 同一層上1個s軌道和2個p軌道間的雜化 叫做sp2雜化 其雜化所生成的雜化軌道 叫做sp2雜化軌道 平面三角形 5B 27 sp3雜化 同一層上1個s軌道和3個p軌道間的雜化 叫做sp3雜化 其雜化所生成的雜化軌道 叫做sp3雜化軌道 四面體型 CH4分子形成 6C 28 不等性的sp3雜化 雜化以后的幾個雜化軌道的能量不完全相等 O H 104 5 H H2O呈V形結構 8O 29 N H 107 3 H H NH3分子的空間構型 7N 30 雜化軌道類型與分子空間構型的關系小結 31 四 價層電子對互斥理論 分子的幾何構型取決於中心原子價電子層中電