化學鍵分子間力高分子材料

1、關于化學鍵分子間力高分子材料第一張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月3.3 化學鍵(Chemical Bond )離子鍵：當電負性較小的活潑金屬和電負性較大的活潑非金屬元素相互靠近（反應）時，前者易失去電子成為正離子，后者易得到電子成為負離子，從而正負離子之間以靜電引力結合在一起，形成了離子型化合物。 一、化學鍵：大多數(shù)物質通過某種強的相互作用將兩個或多個原子(離子）結合成分子，這種強的相互作用就稱為化學鍵。 化學鍵主要包括：離子鍵 共價鍵 金屬鍵生成離子鍵的條件：原子間電負性相差一般要大于2.0.第二張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月NaCl(1) 本質: Electrosta

2、ctic attraction between anion (Mn+) & cation (Xn-).(2) 特點: * 無方向性和飽和性 .(3) r+/r- 越大，周圍異號離子越多。Cs+Cl-Na+Cl-+-NaCl第三張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月(4) 離子半徑 吸引力(正負離子間)=排斥力(電子間、原子核間),d=r+r- 離子半徑越小，離子間的吸引力越大，離子化合物的熔點、沸點越高。 LiF NaF KF r(M+) 60pm 95pm 133pm m.p. 1040 995 856(5)離子電荷:離子電荷越高，對反離子的吸引力越大，使化 合物熔點越高。 如：CaO-

3、2590; KF-856.第四張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月離子鍵的強度與離子的電荷成正比，與離子的半徑成反比。第五張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月編號1234晶體NaFNaClNaBrNaI核間距d/pm231279294318晶格能U/kJmol-1933770732686熔點/K126110741013935硬度（金剛石=10）3.22.0離子晶體的性能比較第六張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月離子鍵特征結構特征 離子鍵無方向性、無飽和性。性能特征 a. 熔點高、硬度大、揮發(fā)性低、韌性和延展性差； b. 固體一般不導電，融熔態(tài)或水溶液可導電 c. 溶解度有很

4、大差異離子的類型離子半徑 d=r+r-離子電荷 得失電子數(shù)離子的電子構型 2電子構型 如：Li+、Be2+ 8電子構型 如：Na+、Mg2+ ( Mg 3s2) 18電子構型 如：Zn2+、Sn2+ ( Zn 3d104s2) 18+2電子構型 如：Sn4+ ( Sn 5s25p2) 不規(guī)則電子構型 如：Fe2+ ( Fe 3d64s2)第七張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 共價鍵 當同種元素或電負性相差不是很大的不同種元素相互 靠近（反應）時，一般以共價鍵結合形成共價型單質或共 價型化合物。即生成分子的兩原子分別提供未成對電子參 與成鍵，這些電子為兩者共有。共價鍵的本質是兩個原

5、子 有自旋方向相反的未成對電子，它們原子軌道發(fā)生重疊， 使體系的能量降低。 由相同原子形成的單質分子(如H2、O2、N2)和由電負性相近的元素原子形成的化合物(如HCl 、 H2O、NH3)不能用離子鍵理論解釋。因為原子的核外電子間是互相排斥的，原子之間不應結合在一起。 為了解釋以上事實，可用共價鍵理論。 第八張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 電子配對理論（價鍵理論）1）形成價鍵理論認為若原子在未化合之前有未充滿電子的軌道則這兩軌道相互重疊形成共價鍵。軌道重疊時必須相位相同（即方向相同）。軌道以最大程度重疊構成一個共價鍵，且不能再與第三個電子結合。第九張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于20

6、22年6月 2）共價鍵的特性 A: 具有飽和性和方向性B: 具有一定的鍵長、鍵角、鍵能。鍵長：分子內兩個成鍵原子核間的平均離。鍵角：分子中相鄰兩個鍵間的夾角。鍵能：原子軌道重疊釋放出的能量。第十張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月分子式鍵長 / pm鍵角H2O95.810445H2S133.692.1NH3100.810718PH3145.993.6CH4109.110928CO2116.2180表 鍵長和鍵角 第十一張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月3）共價鍵的類型 鍵：成鍵軌道沿鍵軸方向以頭碰頭方式重疊?？衫@鍵軸自由旋轉。 鍵：成鍵軌道垂直于鍵軸而且相互平，以行肩并肩的方式重

7、疊。不能繞鍵軸自由旋轉。第十二張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月雜化軌道理論價鍵理論有較大的局限性,有許多現(xiàn)象不能解釋,導致了雜化軌道理論的發(fā)展。例如：CH4 （C 2s22p2） BF3（B 2s22p1） 1）Pauling提出了雜化軌道理論:在形成分子的過程中，由于原子間的相互影響，若干類型不同而能量相近的原子軌道相互混雜，重新組合成一組能量相等,成分相同的新軌道，叫做雜化軌道，這一過程稱為雜化。 雜化軌道,相互以最大距離分布在原子核周圍。與其他原子軌道重疊時形成鍵。軌道在雜化前后的數(shù)目總和相同、能量總和相同。第十三張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月2）常見的雜化軌道即空

8、間構型SP 雜化 直線 SP2 雜化 三角形 SP3 雜化 四面體SP3d 雜化 三角雙錐d2SP3雜化 八面體第十四張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 CH4實例第十五張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 BeCl2第十六張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 BF3第十七張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月非等性雜化NH3H2O 第十八張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月說明：雜化軌道理論是對價鍵理論的發(fā)展，很好的解釋了許多分子的成鍵情況和多原子分子的空間結構 ， 但也有一些分子的空間結構無法解釋。 如硫酸根是正四面體構型。 硫原子以sp3雜化軌道成鍵、離子中

9、存在4個鍵，離子為正四面體形。 硫酸根是一個硫原子和四個氧原子通過共價鍵連接形成的正四面體結構，硫原子位于正四面體的中心位置上，而四個氧原子則位于它的四個頂點，一組氧-硫-氧鍵的鍵角為10928，而一組氧-硫鍵的鍵長為1.44埃。因硫酸根失去兩個電子才形成穩(wěn)定的結構，因此帶負電，且很容易與金屬離子或銨根結合，產生離子鍵而穩(wěn)定下來。 第十九張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月分子軌道理論 Basic Principles: 分子軌道由原子軌道線性組合而成. 原子軌道線性組合遵循三原則： 對稱性匹配; 能量相近; 最大重疊. 分子軌道上的電子排布同樣遵循原子軌道上電子排布原則： Pauli

10、不相容原理; 能量最低原理; Hund規(guī)則.第二十張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 配位鍵：在分子中某些原子提供未成對電子，另外的原子提供空的原子軌道，然后兩者共享這些成鍵電子。即一個原子有雜化空軌道，另外的原子有孤對電子，兩者結合形成一種穩(wěn)定的離子或分子。四面體形Zn(NH3)42+配離子(4個sp3雜化軌道)。Zn2+NH3NH3NH3NH3ligends第二十一張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月3.配位鍵例如氨和三氟化硼可以形成配位化合物：圖片式中表示配位鍵。在N和B之間的一對電子來自N原子上的孤對電子。配位鍵是極性鍵，電子總是偏向一方，根據(jù)極性的強弱，或接近離子鍵，或

11、接近極性共價鍵。在一些配合物中，除配體向受體提供電子形成普通配位鍵外，受體的電子也向配體轉移形成反饋配鍵 。例如Ni（CO）4中CO中碳上的孤對電子向鎳原子配位形成配位鍵 ，鎳原子的d電子則反過來流向CO的空*反鍵軌道，形成四電子三中心d-p鍵，就是反饋配鍵。非金屬配位化合物中也可能存在這種鍵。 第二十二張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月配位鍵可用以下3種理論來解釋價鍵理論。認為配體上的電子進入中心原子的雜化軌道。例如鈷（）的配合物CoF63-中F的孤對電子進入Co3+的sp3d2雜化軌道，這種配合物稱為外軌配合物或高自旋配合物，有4個未成對電子，因而是順磁性的。Co(NH3)-63+

12、中NH3的孤對電子進入Co3+的d2sp3雜化軌道 ，這種配合物稱為內軌配合物或低自旋配合物，由于所有電子都已成對，因而沒有順磁性而為抗磁性。晶體場理論。將配體看作點電荷或偶極子，同時考慮配體產生的靜電場對中心原子的原子軌道能級的影響。分子軌道理論 。假定電子是在分子軌道中運動，應用群論或根據(jù)成鍵的基本原則就可得出分子軌道能級圖。再把電子從能量最低的分子軌道開始按照泡利原理逐一填入，即得分子的電子組態(tài)。分子軌道分為成鍵軌道和反鍵軌道。分子的鍵合程度取決于分子中成鍵電子數(shù)與反鍵電子數(shù)之差。第二十三張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月4、鍵的離子性和共價性大多數(shù)物質的化學鍵都具有離子性和共價

13、性雙重性質。離子鍵和共價鍵并沒有嚴格的界限，離子鍵中包含著共價鍵成分，共價鍵中蘊藏著離子鍵成分。第二十四張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月二、范德華力、氫鍵和次價力1.分子的極性 分子中，由于原子核所帶正電荷的電量和核外電子所帶負電荷的電量相等，所以就分子總體上說是電中性的。但從分子內部正負電荷的分布情況，可以把分子分成極性分子和非極性分子。設想在分子中有一個等效的正電荷和負電荷中心，正負電荷等效中心完全重合的分子就是非極性分子；正負電荷等效中心不完全重合的分子就是極性分子。 顯然，離子鍵結合的分子是極性分子，不同非金屬元素形成的共價鍵分子，且空間排布不對稱時是極性分子；同種原子形成的

14、雙原子分子是非極性分子，不同非金屬元素形成的共價鍵分子，且空間排布對稱時是非極性分子。第二十五張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月分子正負電荷不重疊-極性分子。 water molecule-. :HHO+O water molecule-+HH .NH3107.30NHHHLiF252pmLiF156pmpolar covalence in an “ionic” solidCOcarbon monoxide = 0.1D +-第二十六張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月分子正負電荷重疊-非極性分子OOhomon unclear molecule,no permenanent di

15、pole momentOCO-+carbon dioxidezero parmenant dipole moment because bond dipole cancel outFF+Two fluorine atomsa fluorine moleculeFFshared electron pair(Covalent) bond第二十七張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月2.電偶極矩 (Dipole moment) 分子的極性可用偶極矩來定量地量度。若正負電荷所帶 的電量為q，正負電荷等效中心的距離為l，則兩者的乘積就叫 電偶極矩，通常用表示：=q.l。 偶極矩越大，分子的極性就越大。

16、FFFOHH-+HHClCl非極性共價鍵 = 0ClH極性共價鍵 = q dBrH極性共價鍵 = 0極性共價鍵 = q d第二十八張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月3. 范德華力 (分子間作用力)Dispersion forces (色散力)Dipole-induced dipoleForces(誘導力) Dipoledipole forces(取向力)取向力(極性分子間)：由固有偶極之間的作用而產生的分子間力。- +- +- + -偶極-偶極間力+AB-+-第二十九張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月誘導力(極性分子與非極性分子間) ：誘導偶極與固有偶極之間的 分子間力。+A-

17、+B+AB-+-+-+-+-+-+-+-+吸引吸引誘導偶極誘導偶極第三十張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月色散力(所有分子間) ：瞬間偶極之間的異極吸引而產生的分子 間力。誘導力(極性分子與非極性分子間)色散力(所有分子間)B定向力(極性分子間)+A+B+A-+B+A-+B+-第三十一張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月分子間力的特點 (1)能量?。簬讉€幾十KJ.mol; (2)近距離的（作用范圍約幾百pm）、無方向性、無飽和性。 (3)色散力為主，定向力只在極性很強的分子的分子間作用力中 占較大比重。如： F2 Cl2 Br2 I2分子體積越大，變形性越大，色散力越大。沸點升高

18、分子間力對理化性質有影響。 說明下列物質熔沸點的高低：SiF4 、SiCl4 、SiBr4 、SiI4。 PF3 、PCl3 、PBr3、 PI3。第三十二張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月4. 氫鍵 氫鍵：分子中與高電負性原子X以共價鍵相連的氫原子，與另一個高電負性原子Y之間形成的弱鍵。 XHY X、Y：高電負性的F、O、N。Characteristics： a) 445 KJ/mol，稍強于分子間力； b) 有方向性(X、H、Y在一條直線上，距離最遠，斥力最小) 及飽和性(H只與一個Y形成氫鍵)。Types:IntermolecularIntramolecularFHFHFHFHF

19、第三十三張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月氫鍵的存在對物質的性質有影響。 1. HCl、HBr、HI的熔、沸點隨著色散力的增加而升高，但HF例外。 2. C2H5OH (沸點78.5)在水中溶解度比CH3OCH3(沸點-23)大得多。 3. 對硝基苯酚可形成分子間氫鍵(沸點110，在水中溶解度大，在苯中溶解度小)，鄰硝基苯酚可形成分子內氫鍵(電荷內部中和，沸點45，在水中溶解度小，在苯中溶解度大，相似相容原理)。第三十四張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Hydrogen BondHydrogen Bond in Water第三十五張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月極性與

20、物質的溶解性 相似相容：極性溶質易溶于極性溶劑；非極性（或弱極性） 溶質易溶于非極性（或弱極性）溶劑。極性溶劑：水、丙酮、乙醇、乙酸、乙醚等。非極性（弱極性）溶劑：苯、甲苯、汽油、四氯化碳、三氯 甲烷、四氯乙烯等。第三十六張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月5.次價力次價力普遍存在于 高分子化合物中，它是非鍵合原子間和鏈之間的作用力的總和，它包括氫鍵等分子間力。次價力的大小常用內聚能和內聚能密度來衡量。第三十七張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月高分子材料:是指分子量很大（在104以上）的化合物，即高分子化合物組成的一類材料的總稱。高分子材料有：有機高分子和無機高分子，天然高分子和

21、人工合成高分子材料。目前，人工合成的有機高分子材料如塑料、合成橡膠、合成纖維等發(fā)展十分迅速，已成為一個品種繁多的龐大的工業(yè)部門，而且具有廣闊的發(fā)展前途。三、高分子材料第三十八張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月一級結構：一個高分子鏈中鏈節(jié)的化學結構、空間結構、序列和鏈節(jié)的支化度及分布。鏈節(jié)是高分子化合物最基本的結構。高分子鏈的一級結構還與鏈節(jié)結構單元的連接方式有關。比如：乙烯、丙烯的交替共聚物呈橡膠性質乙烯、丙烯的嵌段共聚物由于保留了各段的結晶能力，呈塑料性質。1.結構與物性第三十九張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月二級結構：遠程結構，三級結構：聚集狀態(tài)的結構四級結構：第四十張，

22、PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月2、高分子材料的主要性能1）溶解性：相似相溶規(guī)則、 溶度參數(shù)相近規(guī)則 溶劑化規(guī)則2）機械性能：拉伸強度、壓縮強度、彎曲強度、抗沖擊強度3）電性能：高分子材料都是電的絕緣體第四十一張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月3、高分子材料的分類1）塑料2）橡膠3）纖維4）膠粘劑5）涂料6）ABS樹脂7）聚四氟乙烯8）聚乳酸第四十二張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月工程塑料塑料的組成塑料是以有機合成樹脂為基礎，再加入添加劑所組成的。1.合成樹脂 是由低分子化合物通過縮聚或加聚反應合成的高分子化合物，如酚醛樹脂、聚乙烯等，是塑料的主要組成，也起粘接劑作用。

23、2.添加劑 為改善塑料的性能而加入的其它組成，主要有：(1)填料或增強材料 填料在塑料中主要起增強作用。(2)固化劑 可使樹脂具有體型網(wǎng)狀結構，成為較堅硬和穩(wěn)定的塑料制品。(3)增塑劑 用以提高樹脂可塑性和柔性的添加劑。(4)穩(wěn)定劑 用以防止受熱、光等的作用使塑料過早老化。 第四十三張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月工程塑料的分類 聚乙烯(PE) 聚丙烯(PP) 聚氯乙烯(PVC) ：地下室或屋面防水（柔性防水） 聚苯乙烯(PS) ABS塑料 酚醛塑料(PE) 環(huán)氧塑料(EP) 第四十四張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月聚乙烯(PE)圖例 聚丙烯(PP)圖例第四十五張，PPT共

24、五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月酚醛塑料(PE)圖例環(huán)氧塑料(EP)圖例第四十六張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月橡膠橡膠是具有高彈性的輕度交聯(lián)的線型高聚物，它們在很寬的溫度范圍內處于高彈態(tài)。一般橡膠在4080范圍內具有高彈性，某些特種橡膠在100的低溫和200高溫下都保持高彈性。橡膠有優(yōu)良的伸縮性，良好的儲能能力和耐磨、隔音、絕緣等性能，廣泛用于制作密封件、減振件、傳動件、輪胎和電線等制品。汽車輪胎，路面損傷減少第四十七張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月纖維天然纖維：棉花、麻、羊毛、蠶絲化學纖維：碳纖維和玻璃纖維用于混凝土加固第四十八張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月膠粘劑環(huán)氧樹脂：用于