最新-Chap9分子結構-PPT課件

1、第九章 分子結構和晶體結構浙江省精品課程 無機及分析化學教學要求1.理解化學鍵的本質、離子鍵與共價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.從價鍵理論理解共價鍵的形成、特性（方向性、飽和性）和類型（鍵、鍵）。熟悉分子或離子的構型與雜化軌道常見類型的關系。4.理解分子間作用力的特征與性質；理解氫鍵的形成及對物質物理性質的影響。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、離子極化對物質物理性質的影響。主要內容9.1 共價健理論9.2 分子間作用力9.3 離子健理論9

2、.4 非離子型晶體共價鍵理論:量子力學共價鍵理論形成 價鍵理論(VB法）分子軌道理論雜化軌道理論9.1 共價鍵理論化學鍵:離子鍵、共價鍵和金屬鍵9.1.1 現(xiàn)代價鍵理論(1) 共價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，共價鍵是指由于成鍵電子的原子軌道重疊而形成的化學鍵。(2) VB基本要點 兩原子接近時，自旋方向相反的未成對的價電子可能配對，形 成共價鍵。 成鍵原子的原子軌道重疊得越多，形成的共價鍵越穩(wěn)定。（3）共價鍵的特征 共價鍵的飽和性 共價鍵的方向性 原子軌道最大重疊原理，原子軌道在空間有一定的取向。（4）共價鍵的類型根據原子軌道疊加方

3、式的不同，可把共價鍵分為鍵和鍵。 如果形成共價鍵的兩個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對稱分布。如果有電子排布，其電子云在通過鍵軸的一個平面上下對稱分布，在這個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原子之間所形成的

4、化學鍵。eg：普通-band 6-band。離域鍵：由個電子形成的電子云運動在多個原子間所形成的化學鍵。eg：共軛鍵，大鍵，C=C-C=C*配位共價鍵：一個原子其價電子層有孤對電子。 另一個原子其價電子層有空軌道。如CO分子 O=C9.1.1 價鍵理論（1）概念及理論要點 當原子彼此結合成分子時，同一原子中能量相近的原子軌道，組合成成鍵能力更強的新的原子軌道的過程，這個過程稱為原子軌道的雜化，新的原子軌道叫雜化軌道。*雜化軌道理論認為，在形成分子時，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S軌道與3個P軌道雜化組合成4個能量相同的SP3等性雜化軌

5、道（每個雜化軌道含有1/4的S成份和3/4的P成分）。每個軌道一個電子，4個軌道指向正上面體的4個頂點，與4個相同原子成鍵時便成正四面體結構。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，正四面體構形。（2.2) sp2雜化如BF3 具有平面三角形的結構。(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）： 如果雜化時形成幾個能量相等，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）： 如果雜化時形成幾個能量并不相等，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分子中的電子是在整個分子范圍內運動的，每一個電子的運動 狀態(tài)，也可用相應的一個波函數(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，電子進入E體。 異號疊加組成反鍵軌道，電子進入E體。軌道中電子也為整個分子所有，遵守能量最低原則，且一個軌道中最多只能排布2個電子。*以氫原子組成氫分子為例子，當它們單獨以原子形式存在時，2個軌道不疊加，它們的正負也無意義。如果2個1S軌道都是正值或負值時疊加成1s成鍵軌道。但當它們已接近并組成分

8、子時2個氫原子的原子軌道一個是正值，另一個是負值時疊加成*1s反鍵軌道。9.1.4 分子軌道理論2個氫原子組成氫分子時，2個電子歸整個氫分子所有，其排布據“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，因為兩個He原子的4個電子在成鍵和反鍵軌道上同時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，因而組成相應的分子軌道的能量也不同。（3.1)當2s和2p原子軌道的能量差較大時,如O2、F2只能是相應原子軌道的組合。 圖9-

10、15 （a）（3.2當2s和2p原子軌道的能量差較小時,如N2 ，鄰近軌道可相互作用，結果一個軌道能量升高，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構穩(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性不同,成鍵時,電子對偏向電負性大的原子,產生偶極,即為極性共價鍵。反之，為非極性共價鍵。非極性分子：正負電荷重心相重合時，整個分子不顯極性。極性分子：正負電荷重心不重合時，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。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生相對位移，使分子發(fā)生變形，正負電荷重心的位置發(fā)生變化，分子的極性也改變。誘導偶極 非極性分子在電場作用下，使原來重合的正、負電荷中心分離，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生相對位移而使分子外形發(fā)生變化的性質。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 正負離子間通過強烈靜電引力而 形成的化學鍵 電負性：一個原子的電負性越大，原子在分子中吸引電子能力愈強；一個原子的電負性愈小，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。當電負性差1.7時，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。一般離子所帶電荷越多，離子間距離越小，則正負離子間作用力越大，所形成的離子鍵越強。 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。 同一周期電子層結構相同的陽離子，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，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：晶體內部的微粒的離子、原子或分子 有規(guī)則的排列結果. 具有固定的熔點。 某些性質的各向異性。單晶體：晶體由一顆晶粒組成，能用一個空間點陣 圖形貫穿整個晶體。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：微粒看成幾何學上結點，結點按一定的規(guī)則排列所組成的幾何圖形。晶胞：能代表晶體結構特征的最小組成部分.晶體分成7個晶系，14種晶格。立方晶格分3種類型：P349 圖9-25晶體（按晶格結點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型從離子鍵概念出發(fā)，把正離子看成具有吸引負離子電子云的“極化”能力，把負離子看成其電子云被正離子吸引而遠離核變形（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)結果：正離子價態(tài)越高，吸引負

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

17、則破壞晶體時所須消耗的能量越多，表明此離子晶體越穩(wěn)定，反映在物理性質上，其硬度大、熔點高、熱膨脹系數(shù)小。*晶格能可以根據Born-Haber設計的一個熱力學循環(huán)來計算。P353有原子晶體、分子晶體、金屬晶體和*過渡型晶體Def：晶格結點粒子間的鍵型發(fā)生了變異。eg：對于同一元素的鹵化物、氧化物來說低價態(tài)傾向于形成離子鍵為主的離子晶體。熔點 、沸點較高。高價的傾向于形成共價鍵為主的分子晶體，熔點、沸點較低。*混合鍵型晶體。Def：晶格粒子間同時存在幾種作用力。層狀結構石墨、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 晶格結點上的粒子 陰、陽離子 中性原子

18、結點上粒子間作用力 離子鍵 共價鍵 有無獨立分子 無 無 熔、沸點 高 很高 硬 度 大 很大 機 加 性 差 差 溶 解 性 溶于水 差 導 電 性 溶、熔可導電 溶、熔皆不導電97物 例 活潑金屬鹽 A、A的單質 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 晶格結點上的粒子 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 有無獨立分子 有 無 熔、沸點 很低 較高 硬 度 較大 機 加 性 延展性好 溶 解 性 極性分子可溶 (金屬光澤) 導 電 性 極性分子溶熔可導 良好 99物 例 常溫下液、氣態(tài) 金屬單質

19、 物質和易升華 和合金。 固體。 習題精粹一、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.下列關于O22- 和O2- 性質的說法中,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，熔化時只需克服色散力的是（ ）A.K B.H2O C.SiC D.SiF4Answer:D6.下列物質熔沸點高低順序是( )HeNeAr B. HFHClHBrC. CH4SiH4CsBaAnswer:C7.下列物質熔點由高到低順序是( )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，因為四氯化碳中，碳原子只能利用2s，2p軌道成鍵，最大共價數(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，因為和3s，3p能量相近