最新-Chap9分子結(jié)構(gòu)-PPT課件

1、第九章 分子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)浙江省精品課程 無機(jī)及分析化學(xué)教學(xué)要求1.理解化學(xué)鍵的本質(zhì)、離子鍵與共價(jià)鍵的特征及它們的區(qū)別；理解鍵參數(shù)的意義；2.掌握O2 、 N2 、F2 的分子軌道，理解成鍵軌道、反鍵軌道、鍵、鍵的概念以及雜化軌道、不等性雜化的概念。3.從價(jià)鍵理論理解共價(jià)鍵的形成、特性（方向性、飽和性）和類型（鍵、鍵）。熟悉分子或離子的構(gòu)型與雜化軌道常見類型的關(guān)系。4.理解分子間作用力的特征與性質(zhì)；理解氫鍵的形成及對物質(zhì)物理性質(zhì)的影響。5.了解晶體、非晶體的概念，理解不同類型晶體的特性，理解晶格能、離子極化對物質(zhì)物理性質(zhì)的影響。主要內(nèi)容9.1 共價(jià)健理論9.2 分子間作用力9.3 離子健理論9

2、.4 非離子型晶體共價(jià)鍵理論:量子力學(xué)共價(jià)鍵理論形成 價(jià)鍵理論(VB法）分子軌道理論雜化軌道理論9.1 共價(jià)鍵理論化學(xué)鍵:離子鍵、共價(jià)鍵和金屬鍵9.1.1 現(xiàn)代價(jià)鍵理論(1) 共價(jià)鍵的形成成鍵原子間可通過共享一對或幾對電子，形成穩(wěn)定的分子， H +HH:H、H-H可見，共價(jià)鍵是指由于成鍵電子的原子軌道重疊而形成的化學(xué)鍵。(2) VB基本要點(diǎn) 兩原子接近時(shí)，自旋方向相反的未成對的價(jià)電子可能配對，形 成共價(jià)鍵。 成鍵原子的原子軌道重疊得越多，形成的共價(jià)鍵越穩(wěn)定。（3）共價(jià)鍵的特征 共價(jià)鍵的飽和性 共價(jià)鍵的方向性 原子軌道最大重疊原理，原子軌道在空間有一定的取向。（4）共價(jià)鍵的類型根據(jù)原子軌道疊加方

3、式的不同，可把共價(jià)鍵分為鍵和鍵。 如果形成共價(jià)鍵的兩個(gè)原子軌道沿鍵軸方向，以 “頭碰頭”方式發(fā)生重疊，則其重疊部分對鍵軸無論旋轉(zhuǎn)任何角度，形狀不變，即對鍵軸具有園柱形對稱性，其重疊部分集中在鍵軸周圍，而重疊最多的部位正好落在鏈軸上，若軌道中排布電子，則核間鍵軸上電子云密度最大，這樣鍵稱為鍵。 9.1.1 價(jià)鍵理論 如果成鍵的原子軌道是沿鍵軸方向的“肩并肩”方式重疊的則其重疊部分對通過鍵軸的某一特定平面呈鏡面反對稱。即重疊部分的形狀在鏡面兩側(cè)對稱分布。如果有電子排布，其電子云在通過鍵軸的一個(gè)平面上下對稱分布，在這個(gè)平面上的電子云密度為零，這樣的鍵稱鍵。定域鍵：電子云主要局限在兩個(gè)原子之間所形成的

4、化學(xué)鍵。eg：普通-band 6-band。離域鍵：由個(gè)電子形成的電子云運(yùn)動(dòng)在多個(gè)原子間所形成的化學(xué)鍵。eg：共軛鍵，大鍵，C=C-C=C*配位共價(jià)鍵：一個(gè)原子其價(jià)電子層有孤對電子。 另一個(gè)原子其價(jià)電子層有空軌道。如CO分子 O=C9.1.1 價(jià)鍵理論（1）概念及理論要點(diǎn) 當(dāng)原子彼此結(jié)合成分子時(shí)，同一原子中能量相近的原子軌道，組合成成鍵能力更強(qiáng)的新的原子軌道的過程，這個(gè)過程稱為原子軌道的雜化，新的原子軌道叫雜化軌道。*雜化軌道理論認(rèn)為，在形成分子時(shí)，通常存在激發(fā)、雜化、軌道重疊等過程。eg：CH4 C在形成分子軌道過程中要發(fā)生雜化，1個(gè)S軌道與3個(gè)P軌道雜化組合成4個(gè)能量相同的SP3等性雜化軌

5、道（每個(gè)雜化軌道含有1/4的S成份和3/4的P成分）。每個(gè)軌道一個(gè)電子，4個(gè)軌道指向正上面體的4個(gè)頂點(diǎn)，與4個(gè)相同原子成鍵時(shí)便成正四面體結(jié)構(gòu)。CH4。9.1.2 雜化軌道理論（2）s和p原子軌道雜化的類型（2.1) sp3雜化如:CH4、CCl4、SiH4等sp3雜化，正四面體構(gòu)形。（2.2) sp2雜化如BF3 具有平面三角形的結(jié)構(gòu)。(2.3) sp雜化9.1.2 雜化軌道理論（3）等性雜化和不等性雜化等性雜化（等性軌道）： 如果雜化時(shí)形成幾個(gè)能量相等，空間分布對稱的雜化軌道的過程稱為等性雜化。不等性雜化（不等性軌道）： 如果雜化時(shí)形成幾個(gè)能量并不相等，空間分布不對稱的雜化軌道的過程稱為不等

6、性雜化。（當(dāng)有不參與成鍵的孤對電子存在。）如：NH3分子成鍵過程中，中心原子是采取sp3雜化成鍵的。故NH3分子呈三角錐形，見P6-20 （a）、（b）9.1.2 雜化軌道理論分子 中心原子 雜化形式 空間構(gòu)型CH4 C SP3 正四面體SiH4SiCl4NH3 N 不SP3 三角錐H2O O 不SP3 V形C2H4 C SP2 平面三角形BF3C2H2 C SP 直線BeCl2CH3Cl C SP3 一般四面體(1)分子軌道理論的要點(diǎn)分子中的電子是在整個(gè)分子范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)的，每一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng) 狀態(tài)，也可用相應(yīng)的一個(gè)波函數(shù)來表示。分子軌道（MO）是由原子軌道（AO）線性組合而成。分子中的電子將遵循

7、能量最低原理、保里不相容原理、洪特規(guī)則，依次填入分子軌道之中。原子軌道要有效地組成分子軌道必須符合能量近似原則、軌道最大重疊原則及對稱性相同原則。9.1.4 分子軌道理論 (Molecular orbital theory)（2）分子軌道的形成 原子軌道發(fā)生疊加，組成分子軌道。 同號疊加組成成鍵軌道，電子進(jìn)入E體。 異號疊加組成反鍵軌道，電子進(jìn)入E體。軌道中電子也為整個(gè)分子所有，遵守能量最低原則，且一個(gè)軌道中最多只能排布2個(gè)電子。*以氫原子組成氫分子為例子，當(dāng)它們單獨(dú)以原子形式存在時(shí)，2個(gè)軌道不疊加，它們的正負(fù)也無意義。如果2個(gè)1S軌道都是正值或負(fù)值時(shí)疊加成1s成鍵軌道。但當(dāng)它們已接近并組成分

8、子時(shí)2個(gè)氫原子的原子軌道一個(gè)是正值，另一個(gè)是負(fù)值時(shí)疊加成*1s反鍵軌道。9.1.4 分子軌道理論2個(gè)氫原子組成氫分子時(shí)，2個(gè)電子歸整個(gè)氫分子所有，其排布據(jù)“能量”能低的原則，排在能量低的成鍵軌道上，所以能形成穩(wěn)定的H2分子9.1.4 分子軌道理論氦所以是單原子分子，自然界沒有He2分子存在，其原因在此，因?yàn)閮蓚€(gè)He原子的4個(gè)電子在成鍵和反鍵軌道上同時(shí)排布不能使分子系統(tǒng)的能量比原子系統(tǒng)低。（2.1) s-s原子軌道組合 由s-s原子軌道組合而成的這兩種分子軌道其電子云沿鍵軸呈園拄形對稱分布。這類分子軌道稱為分子軌道。 P335 圖9-13（2.1) p-p原子軌道組合 P軌道有三種取向px,py

9、,pz。n px與n px接近，原子軌道會(huì)以“頭碰頭”方式發(fā)生重疊，形成 np成鍵軌道和* np反鍵軌道。Eg：X2 P335圖9-13 9.1.4 分子軌道理論npy和npy以及npz和npz接近，只能以 “肩并肩”方式重疊組合成npy成鍵分子軌道和*npy反鍵分子軌道以及npz成鍵分子 軌道和*npz反鍵分子 軌道。9.1.4 分子軌道理論*能量相近的ns和npx也能組合成有效的分子軌道,eg：HCl分子.（3）分子軌道能級圖 由于參與組合的原子軌道本身能量不同，因而組成相應(yīng)的分子軌道的能量也不同。（3.1)當(dāng)2s和2p原子軌道的能量差較大時(shí),如O2、F2只能是相應(yīng)原子軌道的組合。 圖9-

10、15 （a）（3.2當(dāng)2s和2p原子軌道的能量差較小時(shí),如N2 ，鄰近軌道可相互作用，結(jié)果一個(gè)軌道能量升高，另一軌道能量降低。2px的能量反而2p的能量。 圖9-15 （b）分子軌道理論中用鍵級來描述分子的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性.鍵級 = (成鍵軌道的電子數(shù)反鍵軌道的電子數(shù)) / 29.1.4 分子軌道理論9.2.1 分子的極性和變形性(1)分子的極性成鍵原子的電負(fù)性不同,成鍵時(shí),電子對偏向電負(fù)性大的原子,產(chǎn)生偶極,即為極性共價(jià)鍵。反之，為非極性共價(jià)鍵。非極性分子：正負(fù)電荷重心相重合時(shí)，整個(gè)分子不顯極性。極性分子：正負(fù)電荷重心不重合時(shí)，分子顯極性。偶極矩：極性分子中電荷中心上的的電荷量q與正負(fù)電荷 中心距

11、離l的乘積。 =ql*偶極矩為零即非極性分子，偶極矩不為零即極性分子。偶極矩越大，分子的極性越強(qiáng)。9.2 分子間作用力分子的極化 在外電場作用下，分子中的電子和原子核產(chǎn)生相對位移，使分子發(fā)生變形，正負(fù)電荷重心的位置發(fā)生變化，分子的極性也改變。誘導(dǎo)偶極 非極性分子在電場作用下，使原來重合的正、負(fù)電荷中心分離，分子出現(xiàn)偶極。此過程稱分子的變形極化。分子的變形性：分子中因電子云與核產(chǎn)生相對位移而使分子外形發(fā)生變化的性質(zhì)。固有偶極或永久偶極：極性分子本身存在偶極。分子極化率（2）分子的變形性 取向力：極性分之間。分子間力 誘導(dǎo)力：極性分子與非極性分子。 色散力：非極性分子之間。9.2.2 分子間作用力

12、co2石墨9.2.3 氫鍵氫鍵：XHY X和Y(F、O、N）冰與氨水中的氫鍵9.3.1 離子鍵的形成與特征 正負(fù)離子間通過強(qiáng)烈靜電引力而 形成的化學(xué)鍵 電負(fù)性：一個(gè)原子的電負(fù)性越大，原子在分子中吸引電子能力愈強(qiáng)；一個(gè)原子的電負(fù)性愈小，原子在分子中吸引電子能力愈小。 CsFr0.7左下角 CaSrBaRb1.0 F4.0， O3.5 ,Cl、N3.0右上角。當(dāng)電負(fù)性差1.7時(shí)，鍵以離子性為主。離子化合物。9.3離子鍵理論9.3.1 離子鍵的形成與特征*離子間的這種作用力與離子所帶電荷及離子間距離大小有關(guān)。一般離子所帶電荷越多，離子間距離越小，則正負(fù)離子間作用力越大，所形成的離子鍵越強(qiáng)。 f =

13、k（Q+Q-）/（r+r-）2Eg：CaF2，CaO，CaCl2和MgO均為典型離子晶體，試比較它們的熔點(diǎn)高低。 Answer： MgO CaO CaF2 CaCl2(2) 離子的特征（2.1）離子的電荷（2.2）離子的電子構(gòu)型（2.33）離子的半徑* 陽離子半徑一般小于陰離子半徑。 Eg：rNa+ rF-（電子總數(shù)相等） 陽離子半徑小于該元素的原子半徑。 同一周期電子層結(jié)構(gòu)相同的陽離子，電荷數(shù)增大，離子半徑 減小。Eg： rNa+ rMg2+rAl3+ 主族元素中，自上而下，具有相同電荷數(shù)的同族離子半徑依 次增大。 同一元素形成不同電荷的陽離子時(shí)，離子半徑隨電荷數(shù)增大 而減小。 對角線法則（

14、相鄰族的右下角和左上角斜對角線上的陽離子 半徑近似相等。）(1) 晶體的特征 外表具有較規(guī)則的幾何外形。 原因：晶體內(nèi)部的微粒的離子、原子或分子 有規(guī)則的排列結(jié)果. 具有固定的熔點(diǎn)。 某些性質(zhì)的各向異性。單晶體：晶體由一顆晶粒組成，能用一個(gè)空間點(diǎn)陣 圖形貫穿整個(gè)晶體。各向異性。多晶體：晶胞的位向互不一致的晶體。9.3.2 離子晶體9.3.2 離子晶體晶格：微?？闯蓭缀螌W(xué)上結(jié)點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)按一定的規(guī)則排列所組成的幾何圖形。晶胞：能代表晶體結(jié)構(gòu)特征的最小組成部分.晶體分成7個(gè)晶系，14種晶格。立方晶格分3種類型：P349 圖9-25晶體（按晶格結(jié)點(diǎn)上微粒的種類組成及其粒子間相互作用力的不同）可分為離子晶

15、體、原子晶體、分子晶體、金屬晶體、過渡型晶體和混合型晶體幾種類型。(2) 晶體的基本類型9.3.2 三種典型的AB型離子晶體1.分類 r+/r- 配位數(shù) 構(gòu)型 0.2250.414 4 ZnS型 0.4140.732 6 NaCl型 0.7321.00 8 CsCl型2. 離子半徑比與晶體構(gòu)型從離子鍵概念出發(fā)，把正離子看成具有吸引負(fù)離子電子云的“極化”能力，把負(fù)離子看成其電子云被正離子吸引而遠(yuǎn)離核變形（被極化）的能力。(1.1)離子的極化力（正離子為主）(1.2)離子的變形性(取決于離子半徑的大小、電荷)(1.3)離子的相互極化(最外層含d電子的正離子易被極化變形)結(jié)果：正離子價(jià)態(tài)越高，吸引負(fù)

16、離子的電子云的能力越強(qiáng)；負(fù)離子的半徑越大，其電子云越易被正離子吸引過去。結(jié)果減弱了正、負(fù)離子間的作用力。9.3.3 離子極化(1)離子極化理論(2) 離子極化對物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響FeCl2的熔點(diǎn)672，F(xiàn)eCl3熔點(diǎn)306（原因）：Fe3+的極化.能力比Fe2+強(qiáng)，離子間作用力減弱的結(jié)果。有時(shí)氧化物還可偏向原子晶體。eg：SiO2熔點(diǎn)1610，SiCl4分子晶體，熔點(diǎn) -709.3.4 離子晶體的晶格能晶格能 是1mol離子化合物中的正、負(fù)離子從無限遠(yuǎn)的氣態(tài)結(jié)合成離子晶體時(shí)所放出的能量U，通常用正值表示。相當(dāng)于焓變： mMn+（g）+Xn-（g） MmX（s） rH m= -U*晶格能越大，

17、則破壞晶體時(shí)所須消耗的能量越多，表明此離子晶體越穩(wěn)定，反映在物理性質(zhì)上，其硬度大、熔點(diǎn)高、熱膨脹系數(shù)小。*晶格能可以根據(jù)Born-Haber設(shè)計(jì)的一個(gè)熱力學(xué)循環(huán)來計(jì)算。P353有原子晶體、分子晶體、金屬晶體和*過渡型晶體Def：晶格結(jié)點(diǎn)粒子間的鍵型發(fā)生了變異。eg：對于同一元素的鹵化物、氧化物來說低價(jià)態(tài)傾向于形成離子鍵為主的離子晶體。熔點(diǎn) 、沸點(diǎn)較高。高價(jià)的傾向于形成共價(jià)鍵為主的分子晶體，熔點(diǎn)、沸點(diǎn)較低。*混合鍵型晶體。Def：晶格粒子間同時(shí)存在幾種作用力。層狀結(jié)構(gòu)石墨、二硫化鑰、氮化硼（白色石墨）9.4 非離子型晶體晶體的基本類型 離子晶體 原子晶體 晶格結(jié)點(diǎn)上的粒子 陰、陽離子 中性原子

18、結(jié)點(diǎn)上粒子間作用力 離子鍵 共價(jià)鍵 有無獨(dú)立分子 無 無 熔、沸點(diǎn) 高 很高 硬 度 大 很大 機(jī) 加 性 差 差 溶 解 性 溶于水 差 導(dǎo) 電 性 溶、熔可導(dǎo)電 溶、熔皆不導(dǎo)電97物 例 活潑金屬鹽 A、A的單質(zhì) 和氧化物 如：C、Si、Ge SiC、B4C、N、 AlN、SiO2 晶體的基本類型 分子晶體 金屬晶體 晶格結(jié)點(diǎn)上的粒子 中性分子 金屬原子陽離子 粒子間作用力 分子間力(氫鍵) 金屬鍵 有無獨(dú)立分子 有 無 熔、沸點(diǎn) 很低 較高 硬 度 較大 機(jī) 加 性 延展性好 溶 解 性 極性分子可溶 (金屬光澤) 導(dǎo) 電 性 極性分子溶熔可導(dǎo) 良好 99物 例 常溫下液、氣態(tài) 金屬單質(zhì)

19、 物質(zhì)和易升華 和合金。 固體。 習(xí)題精粹一、選擇題1.下列說法正確的是( )。 A.同原子間雙鍵鍵能是單鍵鍵能的兩倍 B.原子形成共價(jià)鍵的數(shù)目,等于基態(tài)原子的未成對電子數(shù) C.分子軌道是同一個(gè)原子中的能量相近似、對稱匹配的原子軌道 線性組合而成 D.py和py的線性組合形成成鍵分子軌道和*反鍵分子軌道Answer:D 2.下列關(guān)于O22- 和O2- 性質(zhì)的說法中,不正確的是( )A. 兩種離子都比O2分子穩(wěn)定性小 B. O22- 的鍵長比O2-的鍵長短C. O22- 是反磁性的,而O2- 是順磁性的D. O2-的鍵能比O22- 的鍵能大Answer:B3.用分子軌道理論來判斷下列說法,不正確

20、的是( )A.N2+的鍵級比N2分子的小 B.CO+的鍵級是2.5 C.N2- 和O2+ 等電子體D.在第二周期同核雙原子分子中,Be2分子能穩(wěn)定存在 Answer:D4.下列說法正確的是( )A.BCl3分子中BCl鍵是非極性的B. BCl3分子中BCl鍵矩為0C. BCl3分子是極性分子,而BCl鍵是非極性的 D. BCl3分子是非極性分子,而BCl鍵是極性的Answer:D5.下列晶體中，熔化時(shí)只需克服色散力的是（ ）A.K B.H2O C.SiC D.SiF4Answer:D6.下列物質(zhì)熔沸點(diǎn)高低順序是( )HeNeAr B. HFHClHBrC. CH4SiH4CsBaAnswer:C7.下列物質(zhì)熔點(diǎn)由高到低順序是( )CuCl2 b. SiO2 c. NH3 d. PH3A. abcd B. bacdC. badc D. abdcAnswer:B8.下列各分子中,偶極矩不為零的是( )BeCl2 B. BF3 C. NF3 D.C6H6Answer:C 二、簡答題1、 “四氯化碳和四氯化硅都容易水解”，這句話對嗎？解 不對。四氯化碳不容易水解，因?yàn)樗穆然贾?，碳原子只能利?s，2p軌道成鍵，最大共價(jià)數(shù)限制為四，碳原子不能再接受水分子中氧原子提供的電子對。而四氯化硅容易水解，因?yàn)楹?s，3p能量相近