無(wú)機(jī)及分析化學(xué)課件化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu)

1、4.1 4.1 離子鍵理論離子鍵理論4.2 4.2 共價(jià)鍵共價(jià)鍵4.3 4.3 分子間力和氫鍵分子間力和氫鍵4.4 4.4 金屬鍵金屬鍵4. 5 晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)一、一、 離子鍵的形成離子鍵的形成 1. 離子鍵的構(gòu)成離子鍵的構(gòu)成 19161916年德國(guó)化學(xué)家柯塞爾，基于年德國(guó)化學(xué)家柯塞爾，基于稀有氣體原子的電子層結(jié)構(gòu)特別穩(wěn)定的事實(shí)，提出了稀有氣體原子的電子層結(jié)構(gòu)特別穩(wěn)定的事實(shí)，提出了離子理論。認(rèn)為，當(dāng)電負(fù)性很小的金屬原子和電負(fù)性離子理論。認(rèn)為，當(dāng)電負(fù)性很小的金屬原子和電負(fù)性很大的非金屬原子相互靠近時(shí)，前者易失去電子變成很大的非金屬原子相互靠近時(shí)，前者易失去電子變成陽(yáng)離子，后者易得到電子變成陰離

2、子。而正、負(fù)離子陽(yáng)離子，后者易得到電子變成陰離子。而正、負(fù)離子靠靠靜電引力靜電引力作用結(jié)合在一起，這種靜電引力作用稱為作用結(jié)合在一起，這種靜電引力作用稱為離子鍵離子鍵。如如NaClNaCl的形成。的形成。 4.1 離子鍵理論離子鍵理論 Cl e Cl- - 1s22s22p63s23p5 1s22s22p63s23p6 ( =3.0 ) ArNa+Cl- -Na+ Cl- - Na+Cl- - (離子型分子離子型分子)靜電引力靜電引力 離子鍵離子鍵 Na - - e Na+ 1s22s22p63s1 1s22s22p6 ( = 0.9 ) Ne Na + :Cl Na+:Cl: /04Rarq

3、qVVVAeRCs + F Cs + F+ 離子鍵可存在于氣體分子中離子鍵可存在于氣體分子中LiFLiF，大，大量的是存在于離子晶體中。量的是存在于離子晶體中。 一般情況下，以離子鍵結(jié)合的化合物都一般情況下，以離子鍵結(jié)合的化合物都 是以離子晶體的形式存在。所以，是以離子晶體的形式存在。所以，NaClNaCl、KClKCl均為化學(xué)式。均為化學(xué)式。 二、離子鍵的特性二、離子鍵的特性 (1) 由正負(fù)離子形成靜電作用力由正負(fù)離子形成靜電作用力-離子離子鍵的本質(zhì)鍵的本質(zhì) (2)無(wú)方向性和飽和性：無(wú)方向性和飽和性： 離子可近似地看成一個(gè)彌漫著電子云的離子可近似地看成一個(gè)彌漫著電子云的圓球，離子電荷分布是球

4、形對(duì)稱的，所以離圓球，離子電荷分布是球形對(duì)稱的，所以離子能從任何方向吸引帶相反電荷的離子；而子能從任何方向吸引帶相反電荷的離子；而且盡可能多地吸引異號(hào)離子，只受空間大小且盡可能多地吸引異號(hào)離子，只受空間大小的限制。的限制。 (3)鍵的離子性大小取決于電負(fù)性差值大小鍵的離子性大小取決于電負(fù)性差值大小 電負(fù)性差值越大，電子的偏向越明顯，電負(fù)性差值越大，電子的偏向越明顯，相互作用越強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，電子的轉(zhuǎn)移不可能相互作用越強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，電子的轉(zhuǎn)移不可能完全。因完全。因(r, )，任何一個(gè)電子都在全部，任何一個(gè)電子都在全部空間出現(xiàn)，只是幾率不同而已。空間出現(xiàn)，只是幾率不同而已。 例如例如 CsF：成鍵作

5、用中，離子性：成鍵作用中，離子性：92%，共價(jià)性：共價(jià)性：8% 當(dāng)當(dāng)X 時(shí)，可視為離子鍵時(shí)，可視為離子鍵 X 離子性占離子性占50%，對(duì)單鍵而言，就可，對(duì)單鍵而言，就可視為離子鍵。視為離子鍵。 但但HF例外，例外，X 。三、離子的特征三、離子的特征2電子型電子型1s2，如，如Li+，Be2+等；等；8電子型電子型ns2np6，如，如Na+，Mg2+，Al3+等；等；917電子型電子型ns2np6nd19，如，如Ti3+，Cu2+，F(xiàn)e3+，Cr3+、Mn2+，F(xiàn)e2+等；等；18電子型電子型ns2np6nd10，如，如Cu+，Ag+，Zn2+，Hg2+，Cd2+等；等；18+2電子型電子型ns

6、2np6nd10(n+1)s2，如，如Sn2+，Pb2+，Bi3+，Sb3+等。等。離子半徑：離子半徑：離子和原子一樣，它們的電子云彌漫在核的周圍，無(wú)確定離子和原子一樣，它們的電子云彌漫在核的周圍，無(wú)確定的邊界，因此離子的真實(shí)半徑實(shí)際上是難以確定的。的邊界，因此離子的真實(shí)半徑實(shí)際上是難以確定的。 1 1陽(yáng)離子的半徑小于其原子半徑，簡(jiǎn)單陰離子的半陽(yáng)離子的半徑小于其原子半徑，簡(jiǎn)單陰離子的半徑大于其原子半徑。如徑大于其原子半徑。如r(Na)r(Na)r(Na+) r(Na+) ，r(F)r(F)r(F) r(F) 。 2同一周期陽(yáng)離子的半徑隨離子電荷的增加而減小。同一周期陽(yáng)離子的半徑隨離子電荷的增加

7、而減小。如如r(Na+)r(Mg2+)r(Al3+)。3同族元素離子電荷數(shù)相同時(shí)，離子半徑從上而下遞增。同族元素離子電荷數(shù)相同時(shí)，離子半徑從上而下遞增。如如r(I)r(Br)r(Cl)r(F) ，r(K+)r(Na+)r(Li+) 。4同一元素形成不同電荷的陽(yáng)離子時(shí)，電荷數(shù)高的半徑小。如r(Sn2+)r(Sn4+) ，r(Fe2+)r(Fe3+) 。 5具有相同電子數(shù)的原子或離子的半徑隨核電荷數(shù)的增加而具有相同電子數(shù)的原子或離子的半徑隨核電荷數(shù)的增加而減少。如減少。如r(F)r(Ne)r(Na+)r(Mg2+)r(Al3+)r(Si4+) 。離子半徑越小，正、負(fù)離子間的引力越大，離子鍵的強(qiáng)度越

8、離子半徑越小，正、負(fù)離子間的引力越大，離子鍵的強(qiáng)度越強(qiáng)，其熔、沸點(diǎn)越高，硬度越大。強(qiáng)，其熔、沸點(diǎn)越高，硬度越大。 共價(jià)鍵的本質(zhì)與特點(diǎn)共價(jià)鍵的本質(zhì)與特點(diǎn)雜化軌道雜化軌道共價(jià)鍵的鍵型共價(jià)鍵的鍵型一、一、 價(jià)鍵理論價(jià)鍵理論 1927年，德國(guó)化學(xué)家和首先把量子力學(xué)用于年，德國(guó)化學(xué)家和首先把量子力學(xué)用于研究研究H2分子結(jié)構(gòu)，后由美國(guó)開(kāi)展，提出雜化軌道分子結(jié)構(gòu)，后由美國(guó)開(kāi)展，提出雜化軌道法，建立了現(xiàn)代價(jià)鍵理論。法，建立了現(xiàn)代價(jià)鍵理論。 1.1.量子力學(xué)處理量子力學(xué)處理H H2 2分子的結(jié)果分子的結(jié)果 兩個(gè)氫原子電兩個(gè)氫原子電子自旋方式相反，子自旋方式相反，靠近、重疊，核間靠近、重疊，核間形成一個(gè)電子概率形

9、成一個(gè)電子概率密度較大的區(qū)域。密度較大的區(qū)域。系統(tǒng)能量降低，形系統(tǒng)能量降低，形成氫分子。成氫分子。 核間距核間距 R0為為74 pm。 共價(jià)鍵的本質(zhì)共價(jià)鍵的本質(zhì)原子軌道重疊，核間原子軌道重疊，核間電子概率密度大吸引原子核而成健。電子概率密度大吸引原子核而成健。推推斥斥態(tài)態(tài)基基態(tài)態(tài)2.價(jià)鍵理論根本要點(diǎn)與共價(jià)鍵的特點(diǎn)價(jià)鍵理論根本要點(diǎn)與共價(jià)鍵的特點(diǎn)價(jià)鍵理論根本要點(diǎn)：價(jià)鍵理論根本要點(diǎn)：未成對(duì)價(jià)電子自旋方式相反；未成對(duì)價(jià)電子自旋方式相反；原子軌道最大程度地重疊。原子軌道最大程度地重疊。成鍵的數(shù)目取決于：成鍵的數(shù)目取決于： 成鍵原子的單電子數(shù)成鍵原子的單電子數(shù)共價(jià)鍵的本質(zhì)：共價(jià)鍵的本質(zhì)：電性作用力，但與正

10、負(fù)離子間的靜電性作用力，但與正負(fù)離子間的靜電吸引力不同。電吸引力不同。共價(jià)鍵的特點(diǎn)：共價(jià)鍵的特點(diǎn)：方向性方向性飽和性飽和性H ClH O HN N飽和性飽和性 共價(jià)鍵的飽和性是指每個(gè)原子的成共價(jià)鍵的飽和性是指每個(gè)原子的成鍵總數(shù)或以單鍵相連的原子數(shù)目鍵總數(shù)或以單鍵相連的原子數(shù)目是一定的。因?yàn)楣矁r(jià)鍵的本質(zhì)是是一定的。因?yàn)楣矁r(jià)鍵的本質(zhì)是原子軌道的重疊和共用電子對(duì)的原子軌道的重疊和共用電子對(duì)的形成，而每個(gè)原子的未成對(duì)電子形成，而每個(gè)原子的未成對(duì)電子數(shù)是一定的，所以形成共用電子數(shù)是一定的，所以形成共用電子對(duì)的數(shù)目也就一定。對(duì)的數(shù)目也就一定。例如兩個(gè)例如兩個(gè)H原子的未成對(duì)電子配對(duì)原子的未成對(duì)電子配對(duì)形成形

11、成H2分子后，如有第三個(gè)分子后，如有第三個(gè)H原原子接近該子接近該H2分子，那么不能形成分子，那么不能形成H3分子。分子。方向性方向性 根據(jù)最大重疊原理，在形成共價(jià)鍵時(shí)，原子間總是盡可能的沿著原子軌道最大重疊的方向成鍵。成鍵電子的原子軌道重疊程度愈高，電子在兩核間出現(xiàn)的概率密度也愈大，形成的共價(jià)鍵就越穩(wěn)固。除除s 軌道角度局部為球形軌道角度局部為球形外，外，p 、d、f 原子軌道在空間原子軌道在空間只有沿著一定的方向與別的原只有沿著一定的方向與別的原子軌道重疊才會(huì)產(chǎn)生最大重疊；子軌道重疊才會(huì)產(chǎn)生最大重疊；兩軌道重疊面積越大，電子在兩軌道重疊面積越大，電子在兩核間出現(xiàn)的幾率密度越大，兩核間出現(xiàn)的幾

12、率密度越大，共價(jià)鍵強(qiáng)度增大。共價(jià)鍵強(qiáng)度增大。 1)1)、 鍵鍵 原子軌道以原子軌道以“頭碰頭頭碰頭方式互相重疊導(dǎo)方式互相重疊導(dǎo)致電子在核間出現(xiàn)的概率增大而形成的共價(jià)致電子在核間出現(xiàn)的概率增大而形成的共價(jià)鍵鍵3 3、共價(jià)鍵的類型、共價(jià)鍵的類型鍵和鍵和鍵鍵相互靠攏相互靠攏1s1syxH2S 中：中： S 的的 3px, 3py H 的的 1s 原子軌道以原子軌道以“肩并肩肩并肩方式相互重疊導(dǎo)方式相互重疊導(dǎo)致電子在核間出現(xiàn)的概率增大而形成的共價(jià)致電子在核間出現(xiàn)的概率增大而形成的共價(jià)鍵鍵2)、鍵鍵 兩原子軌道垂直核間聯(lián)線并相互平行兩原子軌道垂直核間聯(lián)線并相互平行進(jìn)行同號(hào)重疊進(jìn)行同號(hào)重疊(肩并肩肩并肩)

13、。3、極性鍵和非極性鍵、極性鍵和非極性鍵非極性鍵：非極性鍵： 兩個(gè)成鍵原子吸引電子的能兩個(gè)成鍵原子吸引電子的能力力 （電負(fù)性（電負(fù)性 ），共），共用電子對(duì)用電子對(duì) 偏移的共價(jià)鍵偏移的共價(jià)鍵相同相同 不發(fā)生不發(fā)生相同相同極性鍵極性鍵： 兩個(gè)成鍵原子吸引電子的能兩個(gè)成鍵原子吸引電子的能力力 （電負(fù)性（電負(fù)性 ），共），共用電子對(duì)用電子對(duì) 偏移的共價(jià)鍵偏移的共價(jià)鍵不同不同 發(fā)生發(fā)生不同不同 一般情況下，同種元素的原子之間形一般情況下，同種元素的原子之間形成成 共價(jià)鍵，不同種元素的原子之共價(jià)鍵，不同種元素的原子之間形成間形成 共價(jià)鍵。共價(jià)鍵。非極性非極性極性極性 在極性共價(jià)鍵中，成鍵原子吸引電子能在極

14、性共價(jià)鍵中，成鍵原子吸引電子能力的差異越大，即電負(fù)性差值越大，共用力的差異越大，即電負(fù)性差值越大，共用電子對(duì)的偏移程度電子對(duì)的偏移程度 ，共價(jià)鍵的，共價(jià)鍵的極性極性 。越大越大越大越大 極性分子極性分子與與非極性分子非極性分子 電荷分布電荷分布均勻均勻?qū)ΨQ的分子稱非極性分子，如氯分子。對(duì)稱的分子稱非極性分子，如氯分子。電荷分布電荷分布不均勻不均勻?qū)ΨQ的分子稱極性分子，如氯化氫。對(duì)稱的分子稱極性分子，如氯化氫。非極性鍵非極性鍵 非極性分子，如非極性分子，如H H2 2，O O2 2，ClCl2 2, N, N2 2 . .構(gòu)成構(gòu)成極極 性性 鍵鍵構(gòu)成構(gòu)成非極性分子，如非極性分子，如COCO2 2

15、，CHCH4 4, CCl, CCl4 4 . .極性分子，如極性分子，如HClHCl，H H2 2O O，NHNH3 3分子空間結(jié)構(gòu)對(duì)稱分子空間結(jié)構(gòu)對(duì)稱4.配位鍵配位鍵定義：共用電子對(duì)由成鍵原子提供，但為定義：共用電子對(duì)由成鍵原子提供，但為成鍵原子雙方共用。成鍵原子雙方共用。 4NH4BFCO222s 2p242s 2pHNHHHFBFFF例：例：OC形成配位鍵應(yīng)具有兩個(gè)條件：形成配位鍵應(yīng)具有兩個(gè)條件：1成鍵原子的一方至少要含有一對(duì)孤對(duì)電子；成鍵原子的一方至少要含有一對(duì)孤對(duì)電子；2成鍵原子中接受孤對(duì)電子的一方要有空軌道。成鍵原子中接受孤對(duì)電子的一方要有空軌道。所形成的配位鍵也分所形成的配位鍵

16、也分配位鍵和配位鍵和配位鍵。配位鍵。配位鍵的形成方式和共價(jià)鍵有所不同，但成鍵后配位鍵的形成方式和共價(jià)鍵有所不同，但成鍵后兩者是沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別的。兩者是沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別的。 例：在CO分子中，C的價(jià)層電子為2s22p2，O的價(jià)層電子為2s22p4，C原子的2p軌道上還有一個(gè)空軌道，O原子的2p軌道上又有一對(duì)孤對(duì)電子，正好提供給C原子的空軌道而形成配位鍵。 鍵級(jí)鍵級(jí)鍵的極性鍵的極性鍵角鍵角鍵長(zhǎng)鍵長(zhǎng)鍵能鍵能 在雙原子分子中，于在雙原子分子中，于100kPa下將氣態(tài)下將氣態(tài)分子斷裂成氣態(tài)原子所需要的能量。分子斷裂成氣態(tài)原子所需要的能量。D(HCl)=432kJmol-1, D(ClCl)=243kJ m

17、ol-1 在多原子分子中，斷裂氣態(tài)分子中的某在多原子分子中，斷裂氣態(tài)分子中的某一個(gè)鍵，形成兩個(gè)一個(gè)鍵，形成兩個(gè)“碎片時(shí)所需要的能量碎片時(shí)所需要的能量叫做此鍵的解離能。叫做此鍵的解離能。121H O(g)H(g)OH(g) (HOH)499kJ molHO(g)H(g)O(g) (OH)429kJ molDD鍵解離能鍵解離能D鍵能與標(biāo)準(zhǔn)摩爾反響焓變鍵能與標(biāo)準(zhǔn)摩爾反響焓變2 (H H)E4H(g) + 2O(g) 2H2 (g) + O2(g) 2H2O(g)4E(OH)E(O O).mrH)()(mr生成物反應(yīng)物EEHrm2 (HH)(O O)4 (OH)HEEE. 分子中兩原子核間的平衡距離稱

18、為鍵長(zhǎng)。分子中兩原子核間的平衡距離稱為鍵長(zhǎng)。例如，例如，H2分子，分子，l = 74pm。共共 價(jià)價(jià) 鍵鍵 鍵鍵 長(zhǎng)長(zhǎng)l/pm 鍵鍵能能E/(kJ mol-1) 共共 價(jià)價(jià)鍵鍵 鍵鍵 長(zhǎng)長(zhǎng)l/pm 鍵鍵能能E/(kJ mol-1) HF 92 570 HH 74 436 HCl 127 432 CC 154 346 HBr 141 366 CC 134 602 HI 161 298 CC 120 835 FF 141 159 NN 145 167 ClCl 199 243 NN 110 942 BrBr 228 193 CH 109 411 II 267 151 OH 96 464 由表數(shù)據(jù)可

19、見(jiàn)，由表數(shù)據(jù)可見(jiàn)，HF， HCl， HBr， HI 鍵長(zhǎng)依次遞增，而鍵能鍵長(zhǎng)依次遞增，而鍵能依次遞減；單鍵、雙鍵及叁鍵的鍵長(zhǎng)依次遞減；單鍵、雙鍵及叁鍵的鍵長(zhǎng)依次縮短，鍵能依次增大，但與單鍵依次縮短，鍵能依次增大，但與單鍵并非兩倍、叁倍的關(guān)系。并非兩倍、叁倍的關(guān)系。 鍵角和鍵長(zhǎng)是反映分子空間構(gòu)型的重要鍵角和鍵長(zhǎng)是反映分子空間構(gòu)型的重要參數(shù)，它們均可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)知。參數(shù)，它們均可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)知。N:FFFo102C = OClCl21124o18111oC = CHHHHo121o118N:HHo107 18HP:HHHo93 18H 鍵矩是表示鍵的極性的物理量記作鍵矩是表示鍵的極性的物理量記作 。

20、= q l 式中式中 q 為電量，為電量，l 為核間距。為核間距。為矢量，例如，為矢量，例如，實(shí)驗(yàn)測(cè)得實(shí)驗(yàn)測(cè)得HClHCl303.5710C m鍵的極性鍵的極性鍵參數(shù)小結(jié)：鍵參數(shù)小結(jié)：鍵的極性鍵的極性鍵矩鍵矩()鍵的強(qiáng)度：鍵的強(qiáng)度： 鍵能鍵能(E)分子的空間構(gòu)型分子的空間構(gòu)型鍵角鍵角( )鍵長(zhǎng)鍵長(zhǎng)(l)S軌道與p軌道雜化后：一頭大，一頭小。雜化后軌道伸展方向，形狀發(fā)生改變雜化后軌道伸展方向，形狀發(fā)生改變,成成鍵能力增強(qiáng)，成鍵能力大小順序鍵能力增強(qiáng)，成鍵能力大小順序 spsp2sp3dsp2sp3dHClHBrHI 對(duì)于多原子分子對(duì)于多原子分子：極性鍵多原子分子不一定極性鍵多原子分子不一定是極性

21、分子，還與分子的空間構(gòu)型有關(guān)系是極性分子，還與分子的空間構(gòu)型有關(guān)系如：如：CH4 CCl4 無(wú)極性，無(wú)極性， CHCl3 有極性有極性例如，SO2和CO2都是三原子分子，都是由極性鍵組成，但CO2的空間結(jié)構(gòu)是直線型，鍵的極性相互抵消，分子的正、負(fù)電荷中心重合，分子為非極性分子。而SO2的空間構(gòu)型是角型，正、負(fù)電荷重心不重合，分子為極性分子 分子偶極矩的測(cè)定，可得到分子結(jié)分子偶極矩的測(cè)定，可得到分子結(jié)構(gòu)的參考資料構(gòu)的參考資料。 CO2：C-O 鍵有極性，但分子無(wú)極鍵有極性，但分子無(wú)極性，得性，得CO2為線性分子。為線性分子。 BF3分子無(wú)極性，為平面結(jié)構(gòu)，分子無(wú)極性，為平面結(jié)構(gòu)， 而而NH3分子

22、有極性，為三角錐結(jié)構(gòu)分子有極性，為三角錐結(jié)構(gòu)分子的偶極矩分子的偶極矩(1030 Cm) D3.3310-30Cm分子式分子式偶極矩偶極矩分子式分子式偶極矩偶極矩H2N2CO2CS2CH4COCHCl3H2S00000SO2H2ONH3HCNHFHClHBrHI圖4-13 分子在外電場(chǎng)中的變形分子極化：極性分子、非極性分子在外電場(chǎng)中產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極的過(guò)程。分子的變形性：分子極化后，外形改變。外電場(chǎng)大，誘導(dǎo)偶極大，分子的變形性大分子大，電子多，變形性大 3.分子間力的本質(zhì)和類型分子間力的本質(zhì)和類型 1 色散力色散力 非極性分子在某一瞬間總會(huì)有一個(gè)偶極非極性分子在某一瞬間總會(huì)有一個(gè)偶極存在，這種偶極叫做

23、瞬時(shí)偶極。靠近的兩存在，這種偶極叫做瞬時(shí)偶極?？拷膬煞肿娱g由于同極相斥異極相吸，瞬時(shí)偶極分子間由于同極相斥異極相吸，瞬時(shí)偶極間總是處于異極相鄰的狀態(tài)。我們把瞬時(shí)間總是處于異極相鄰的狀態(tài)。我們把瞬時(shí)偶極間產(chǎn)生的分子間力叫做色散力偶極間產(chǎn)生的分子間力叫做色散力. 定義定義: 分子間的相互作用稱為分子間分子間的相互作用稱為分子間力，力， 又叫范德華力。又叫范德華力。非極性分子的瞬時(shí)偶非極性分子的瞬時(shí)偶極之間的相互作用極之間的相互作用由于瞬時(shí)偶極而產(chǎn)生的分子間相互作用。由于瞬時(shí)偶極而產(chǎn)生的分子間相互作用。+_+_+_一大段時(shí)間內(nèi)的一大段時(shí)間內(nèi)的大體情況大體情況每一瞬間每一瞬間+_+_ 雖然瞬時(shí)偶極存

24、在的時(shí)間極短，但偶極雖然瞬時(shí)偶極存在的時(shí)間極短，但偶極異極相鄰的狀態(tài)總是不斷地重復(fù)著，所以任異極相鄰的狀態(tài)總是不斷地重復(fù)著，所以任何偶極子何偶極子(不管極性與否不管極性與否)相互靠近時(shí)，都存在相互靠近時(shí)，都存在著色散力。著色散力。 同族元素單質(zhì)及其化合物，隨分子量的同族元素單質(zhì)及其化合物，隨分子量的增加，分子體積越大，瞬時(shí)偶極矩也越大，增加，分子體積越大，瞬時(shí)偶極矩也越大，色散力越大。色散力越大。 2誘導(dǎo)力 當(dāng)極性分子和非極性分子靠近時(shí)，首先兩個(gè)分子都有各自的瞬時(shí)偶極，顯然是存在著色散力的。除此而外非極性分子受極性分子電場(chǎng)的作用，原來(lái)重合的正、負(fù)電荷重心別離開(kāi)來(lái)產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極。誘導(dǎo)偶極與極性分子

25、固有偶極間的作用力叫誘導(dǎo)力。另一方面，誘導(dǎo)偶極又反作用于極性分子，使其偶極長(zhǎng)度增加，進(jìn)一步加強(qiáng)了相互吸引力。極性分子之間也會(huì)相互誘導(dǎo)產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極，所以極性分子之間也會(huì)產(chǎn)生誘導(dǎo)力。決定誘導(dǎo)作用強(qiáng)弱的因素：決定誘導(dǎo)作用強(qiáng)弱的因素： 極性分子的偶極矩：極性分子的偶極矩： 愈大，誘導(dǎo)作用愈強(qiáng)。愈大，誘導(dǎo)作用愈強(qiáng)。 非極性分子的極化率：非極性分子的極化率： 愈大，誘導(dǎo)作用愈強(qiáng)。愈大，誘導(dǎo)作用愈強(qiáng)。誘導(dǎo)偶極而產(chǎn)生的分子間相互作用。誘導(dǎo)偶極而產(chǎn)生的分子間相互作用。+_分子離得較遠(yuǎn)分子離得較遠(yuǎn)分子靠近時(shí)分子靠近時(shí)+_+_ 3 取向力取向力 當(dāng)極性分子相互靠近時(shí)，它們的固有偶極間當(dāng)極性分子相互靠近時(shí)，它們的固有

26、偶極間相互作用，兩個(gè)分子在空間按照異極相鄰的狀相互作用，兩個(gè)分子在空間按照異極相鄰的狀態(tài)取向。由于固有偶極的取向而引起的分子間態(tài)取向。由于固有偶極的取向而引起的分子間的力叫做取向力。的力叫做取向力。+_+_+_+_+_+_分子離得較遠(yuǎn)分子離得較遠(yuǎn)取向取向誘導(dǎo)誘導(dǎo)分子極性分子極性 色散作用色散作用 誘導(dǎo)作用誘導(dǎo)作用 取向作用取向作用 非非-非非 非非-極極 極極-極極 分子間力是三種吸引力的總稱，其大分子間力是三種吸引力的總稱，其大小一般為幾小一般為幾 kJmol1，比化學(xué)鍵小，比化學(xué)鍵小 12 個(gè)數(shù)量級(jí)。個(gè)數(shù)量級(jí)。分子間的吸引作用分子間的吸引作用(1022 J)分子分子取向能取向能誘導(dǎo)能誘導(dǎo)能

27、色散能色散能總和總和HeArXeCOCCl4HClHBrHIH2ONH30000.0002101.20.390.02111.95.20000.003700.360.280.100.650.630.052.9184.61167.815332.65.60.052.9184.61169.416331511分子間力的特點(diǎn)：分子間力的特點(diǎn)： 不同情況下，分子間力的組成不同。不同情況下，分子間力的組成不同。例如，非極性分子之間只有色散力；極性例如，非極性分子之間只有色散力；極性分子之間有三種力，并以色散力為主，僅分子之間有三種力，并以色散力為主，僅僅極性很大的僅極性很大的H2O 分子例外。分子例外。 分子

28、間力作用的范圍很小分子間力作用的范圍很小(一般是一般是300500pm)。 分子間作用力較弱，既無(wú)方向性又無(wú)飽分子間作用力較弱，既無(wú)方向性又無(wú)飽和性。和性。分子量分子量色散作用色散作用分子間力分子間力沸點(diǎn)熔點(diǎn)沸點(diǎn)熔點(diǎn)水中溶解度水中溶解度HeNeAr Kr Xe小小大大小小大大小小大大小小大大低低高高小小大大 決定物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)、氣化熱、熔化熱、蒸氣壓、溶解度及外表張力等物理性質(zhì)的重要因素。分子間力的意義：分子間力的意義： HF HCl HBr HI沸點(diǎn)沸點(diǎn)/ 85.0 66.7 極化率極化率 小小 大大色散作用色散作用 弱弱 強(qiáng)強(qiáng)沸點(diǎn)沸點(diǎn) 低低 高高HF為何反常的高？為何反常的高？原因原因存在

29、存在氫鍵氫鍵。 HF 分子中，共用電子對(duì)強(qiáng)烈偏向電負(fù)分子中，共用電子對(duì)強(qiáng)烈偏向電負(fù)性大的性大的 F 原子一側(cè)。原子一側(cè)。在幾乎裸露的在幾乎裸露的 H 原子原子核與另一個(gè)核與另一個(gè) HF 分子中分子中 F 原子的某一孤對(duì)電原子的某一孤對(duì)電子之間產(chǎn)生的吸引作用稱為氫鍵。子之間產(chǎn)生的吸引作用稱為氫鍵。氫鍵的形成條件：氫鍵的形成條件：分子中有分子中有H和和電負(fù)性大、半徑小電負(fù)性大、半徑小且有且有孤對(duì)孤對(duì)電子電子的元素的元素( (F ，O，N) )形成氫鍵。形成氫鍵。 鍵長(zhǎng)特殊鍵長(zhǎng)特殊：FH F 270pm 鍵能小鍵能小 E(FH F) 28kJmol1 具有飽和性和方向性具有飽和性和方向性氫鍵的特點(diǎn)：

30、氫鍵的特點(diǎn)： 氫鍵的方向性氫鍵的方向性是指是指Y原子與原子與XH形成氫形成氫鍵時(shí)，將盡可能使氫鍵與鍵時(shí)，將盡可能使氫鍵與XH鍵軸在同一鍵軸在同一方向，即方向，即XHY三個(gè)原子在同一直線，三個(gè)原子在同一直線， 氫鍵的飽和性氫鍵的飽和性是指每一個(gè)是指每一個(gè)XH只能與只能與一個(gè)一個(gè)Y原子形成氫鍵。原子形成氫鍵。FFO、NHFHdl 除了除了HF、H2O、NH3 有有分子間氫鍵分子間氫鍵外，外，在有機(jī)羧酸在有機(jī)羧酸、醇、酚、胺、氨基酸和蛋白質(zhì)醇、酚、胺、氨基酸和蛋白質(zhì)中也有氫鍵的存在。例如：甲酸靠氫鍵形成中也有氫鍵的存在。例如：甲酸靠氫鍵形成二聚體。二聚體。HCOOHHOOHC 除了分子間氫鍵外，除了

31、分子間氫鍵外，還有還有分子內(nèi)氫鍵分子內(nèi)氫鍵。例如，。例如，硝酸的分子內(nèi)氫鍵使其硝酸的分子內(nèi)氫鍵使其熔、沸點(diǎn)較低。熔、沸點(diǎn)較低。 2 氫鍵對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響 氫鍵通常是物質(zhì)在液態(tài)時(shí)形成的，但形成后有時(shí)也能繼續(xù)存在于某些晶態(tài)甚至氣態(tài)物質(zhì)中。氫鍵的存在影響到物質(zhì)的某些性質(zhì)。如使物質(zhì)熔、沸點(diǎn)升高；在極性溶劑中，如果溶質(zhì)分子與溶劑分子之間形成氫鍵，那么溶質(zhì)的溶解度增大；分子間有氫鍵的液體，一般粘度較大；液體分子間如果形成氫鍵，有可能發(fā)生締合現(xiàn)象。分子締合的結(jié)果會(huì)影響液體的密度。 水分子之間有締合現(xiàn)象：水分子之間有締合現(xiàn)象：nn)OH(OH22締合解離 常溫下液態(tài)水除了簡(jiǎn)單常溫下液態(tài)水除了簡(jiǎn)單H2O 分子外

32、，還分子外，還有有( H2O)2 ，( H2O)3 ( H2O)n 等締合分子存在。等締合分子存在。 升高溫度，有利于締合分子的解離；降低溫度，升高溫度，有利于締合分子的解離；降低溫度，有利于水分子的締合，溫度降至有利于水分子的締合，溫度降至0，全部水分，全部水分子結(jié)成巨大的締合物冰。液態(tài)水凝固為固態(tài)子結(jié)成巨大的締合物冰。液態(tài)水凝固為固態(tài)冰，是水分子高度締合的結(jié)果，密度變小。冰，是水分子高度締合的結(jié)果，密度變小。 有一些分子晶體物質(zhì)，分子之間除了存在有一些分子晶體物質(zhì)，分子之間除了存在著分子間力外，還同時(shí)存在著更為重要的氫鍵著分子間力外，還同時(shí)存在著更為重要的氫鍵作用力，例如冰、草酸、硼酸、間

33、苯二酚等均作用力，例如冰、草酸、硼酸、間苯二酚等均屬于屬于氫鍵型分子晶體氫鍵型分子晶體。氫鍵的強(qiáng)度順序：氫鍵的強(qiáng)度順序：FHFOHOOHNNHN 在分子軌道理論在分子軌道理論的根底上建立起來(lái)的根底上建立起來(lái)的，根本思想是：的，根本思想是：在金屬晶體中，許在金屬晶體中，許多分子軌道能形成多分子軌道能形成能帶，通過(guò)能帶把能帶，通過(guò)能帶把金屬原子結(jié)合在一金屬原子結(jié)合在一起起空軌道空軌道滿軌道滿軌道2n2n12 ,2SLi12 , SnLiS2*2SLi金屬的分子軌道圖金屬的分子軌道圖導(dǎo)體導(dǎo)體半導(dǎo)體半導(dǎo)體絕緣體絕緣體導(dǎo)帶導(dǎo)帶禁帶禁帶滿帶滿帶Eg g 5eVEg g3eV晶體晶體具有一定的幾何形狀，由組

34、成晶體的質(zhì)點(diǎn)具有一定的幾何形狀，由組成晶體的質(zhì)點(diǎn)(原子、離子或分子等原子、離子或分子等)在空間周期性地排列而構(gòu)成的，在空間周期性地排列而構(gòu)成的，如氯化鈉、金剛石、石英等均為晶體。如氯化鈉、金剛石、石英等均為晶體。無(wú)定形物質(zhì)無(wú)定形物質(zhì)沒(méi)有規(guī)那么的幾何形狀，其內(nèi)部的沒(méi)有規(guī)那么的幾何形狀，其內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)排列是沒(méi)有規(guī)律的，如玻璃、石蠟、橡膠等。質(zhì)點(diǎn)排列是沒(méi)有規(guī)律的，如玻璃、石蠟、橡膠等。氣態(tài)、液態(tài)物質(zhì)和無(wú)定形物質(zhì)在一定條件下也可以氣態(tài)、液態(tài)物質(zhì)和無(wú)定形物質(zhì)在一定條件下也可以轉(zhuǎn)變成晶體。轉(zhuǎn)變成晶體。1. 晶體的根本概念晶體的根本概念 晶體：具有規(guī)那么幾何外形的固體。晶體：具有規(guī)那么幾何外形的固體。晶格：將

35、組成晶體的正負(fù)離子視為幾何上的晶格：將組成晶體的正負(fù)離子視為幾何上的點(diǎn)，由這些點(diǎn)在空間呈現(xiàn)規(guī)那么的排列的幾點(diǎn)，由這些點(diǎn)在空間呈現(xiàn)規(guī)那么的排列的幾何構(gòu)型，稱為晶格。點(diǎn)的位置稱為晶格結(jié)點(diǎn)。何構(gòu)型，稱為晶格。點(diǎn)的位置稱為晶格結(jié)點(diǎn)。 晶胞：晶胞：能表現(xiàn)晶體一切特征的最小的重復(fù)單元能表現(xiàn)晶體一切特征的最小的重復(fù)單元 配位數(shù)：配位數(shù)：離子周圍直接聯(lián)結(jié)的異號(hào)離子數(shù)離子周圍直接聯(lián)結(jié)的異號(hào)離子數(shù)簡(jiǎn)單立方俯視簡(jiǎn)單立方俯視簡(jiǎn)單立方晶胞簡(jiǎn)單立方晶胞simple cubic unit cell晶體的特征：晶體的特征： 有固定幾何形狀有固定幾何形狀 有固定熔點(diǎn)有固定熔點(diǎn) 各向異性各向異性 能產(chǎn)生能產(chǎn)生X-衍射圖衍射圖離子

36、晶體的特點(diǎn)離子晶體的特點(diǎn)1). 無(wú)確定的分子量無(wú)確定的分子量 NaCl 晶體是個(gè)大分子，晶體中無(wú)單獨(dú)的晶體是個(gè)大分子，晶體中無(wú)單獨(dú)的NaCl 分子存在。分子存在。NaCl 是化學(xué)式，因而是化學(xué)式，因而 58.5 可以認(rèn)為是式量，不是分子量可以認(rèn)為是式量，不是分子量 。 2). 導(dǎo)電性導(dǎo)電性 水溶液或熔融態(tài)導(dǎo)電，是通過(guò)離子的定向水溶液或熔融態(tài)導(dǎo)電，是通過(guò)離子的定向遷移完成的，而不是通過(guò)電子流動(dòng)導(dǎo)電遷移完成的，而不是通過(guò)電子流動(dòng)導(dǎo)電 。 3) 熔點(diǎn)沸點(diǎn)較高熔點(diǎn)沸點(diǎn)較高 NaCl MgO m. p. 801 C 2800 C b. p. 1413 C 3600 C4 ) 硬度高硬度高 延展性差延展性

37、差 因離子鍵強(qiáng)度大，所以硬度高因離子鍵強(qiáng)度大，所以硬度高 。但受。但受到外力沖擊時(shí)，易發(fā)生位錯(cuò)，導(dǎo)致破碎到外力沖擊時(shí)，易發(fā)生位錯(cuò)，導(dǎo)致破碎 。+ + + 位錯(cuò)位錯(cuò)+ + + 受力時(shí)發(fā)生錯(cuò)位，使正正離子相切，負(fù)負(fù)離受力時(shí)發(fā)生錯(cuò)位，使正正離子相切，負(fù)負(fù)離子相切，彼此排斥，離子鍵失去作用，故離子晶子相切，彼此排斥，離子鍵失去作用，故離子晶體無(wú)延展性體無(wú)延展性 。如。如 CaCO3 可可 用于雕刻，而不可用用于雕刻，而不可用于鍛造，即不具有延展性于鍛造，即不具有延展性 。F 2. 三種離子晶體的類型三種離子晶體的類型AB型型 離子晶體的晶格結(jié)點(diǎn)上交替地排列著正離離子晶體的晶格結(jié)點(diǎn)上交替地排列著正離子和

38、負(fù)離子，子和負(fù)離子，正負(fù)離子間靠離子鍵結(jié)合。正負(fù)離子間靠離子鍵結(jié)合。 在離子晶體中，正負(fù)離子按一定的配位數(shù)在離子晶體中，正負(fù)離子按一定的配位數(shù)在空間排列著。在空間排列著。 這種排列情況是多種多樣的，常見(jiàn)的這種排列情況是多種多樣的，常見(jiàn)的AB型型離子晶體的結(jié)構(gòu)類型有三種：離子晶體的結(jié)構(gòu)類型有三種：NaCl型、型、CsCl型及型及ZnS型。型。三種典型的離子晶體三種典型的離子晶體NaCl型型晶胞中離子的個(gè)數(shù)：晶胞中離子的個(gè)數(shù)：1Na 12144 ：11Cl 86482 ：晶格：面心立方晶格：面心立方配位比：配位比：6:6(紅球紅球Na+ , 綠球綠球Cl-)CsCl型型晶胞中離子的個(gè)數(shù)：晶胞中離子

39、的個(gè)數(shù)：Cs 1：-1Cl 818：(紅球紅球Cs+ , 綠球綠球Cl-)晶格：晶格：簡(jiǎn)單立方簡(jiǎn)單立方配位比：配位比： 8:8晶胞中離子的個(gè)數(shù)：晶胞中離子的個(gè)數(shù)：2Zn 4：2-11S 68428 ：ZnS型型(立方型立方型)晶格：面心立方晶格：面心立方(紅球紅球Zn2+ , 綠球綠球S2-)配位比：配位比：4:4 由于正負(fù)離子間的靜電作用力較強(qiáng)，所以由于正負(fù)離子間的靜電作用力較強(qiáng)，所以離子晶體一般具有較高的熔點(diǎn)及沸點(diǎn)。由庫(kù)離子晶體一般具有較高的熔點(diǎn)及沸點(diǎn)。由庫(kù)侖定律可知，離子所帶的電荷越高，離子半侖定律可知，離子所帶的電荷越高，離子半徑越小，靜電作用力也就越大，離子晶體的徑越小，靜電作用力也就越大，離子晶體的熔點(diǎn)及沸點(diǎn)也就越高。熔點(diǎn)及沸點(diǎn)也就越高。 定義：在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，按以下化學(xué)反定義：在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，按以下化學(xué)反響計(jì)