微粒間的作用力與物質(zhì)性質(zhì)

微粒間的作用力與物質(zhì)性質(zhì)第一頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日微粒間的作用力離子鍵金屬鍵共價(jià)鍵分子間作用力氫鍵化學(xué)鍵第二頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日2Na(s)+Cl2(g)=2NaCl(s)3.1化學(xué)鍵是什么樣的結(jié)合力使鈉原子構(gòu)成金屬鈉？是什么樣的結(jié)合力使氯原子構(gòu)成氯單質(zhì)？又是什么樣的作用力將鈉原子和氯原子結(jié)合成氯化鈉？

現(xiàn)代化學(xué)使用最廣泛的定義是美國(guó)杰出的理論化學(xué)家鮑林的定義。鮑林指出，如果兩個(gè)原子（或原子團(tuán)）之間的作用力強(qiáng)得足以形成足夠穩(wěn)定的、可被化學(xué)家看作獨(dú)立分子物種的聚集體，它們之間就存在化學(xué)鍵。相鄰的兩個(gè)(或多個(gè))原子之間強(qiáng)的相互作用稱(chēng)為化學(xué)鍵。第三頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日一．離子鍵的形成3.2離子鍵理論第四頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日由原子間發(fā)生電子的轉(zhuǎn)移，形成正、負(fù)離子并通過(guò)靜電作用而形成的化學(xué)鍵叫離子鍵。

離子電荷越高，正負(fù)離子的核間距越小，離子間的引力越大，離子鍵越強(qiáng)，所形成的離子化合物越穩(wěn)定。第五頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日二．離子鍵的特點(diǎn)1.本質(zhì)是靜電作用力2.離子鍵沒(méi)有方向性3.離子鍵沒(méi)有飽和性鈉離子Na+(或氯離子Cl－)周?chē)慌帕辛?個(gè)最接近的帶相反電荷的氯離子Cl－(或鈉離子Na+)，這是由正、負(fù)離子半徑的相對(duì)大小、電荷多少等因素決定。第六頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日三．決定離子化合物性質(zhì)的主要因素

離子電荷、離子半徑和離子的電子構(gòu)型等，但是離子化合物采用哪一種晶格，主要取決于陰、陽(yáng)離子半徑比，也就決定著化合物的性質(zhì)。1．離子電荷2．離子半徑3．離子的電子構(gòu)型(1)2電子構(gòu)型：最外層為2個(gè)電子的離子。如Li+、Be2+等。(2)8電子構(gòu)型：最外層為8個(gè)電子的離子。如K+等。(3)18電子構(gòu)型：最外層為18個(gè)電子的離子。如Zn2+、Cd2+、Ag+等。(4)(18+2)電子構(gòu)型：次外層為18個(gè)電子，最外層為2個(gè)電子的離子。如Pb2+、Sn2+等。(5)不飽和電子構(gòu)型：最外層為9～17個(gè)電子的離子，如Fe2+、Mn2+等。第七頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日離子的電子層構(gòu)型對(duì)化合物的性質(zhì)有一定的影響，例如堿金屬和銅分族，它們最外層只有1個(gè)ns電子，都能形成+1價(jià)離子，如Na+、K+、Cu+、Ag+，但由于它們的電子層構(gòu)型不同。Na+、K+為8電子構(gòu)型，Cu+、Ag+為18電子構(gòu)型。因此它們的化合物(如氯化物)的性質(zhì)就有明顯的差別。如：NaCl易溶于水，CuCl、AgCl難溶于水。第八頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日五．離子晶體離子化合物在室溫下以晶體形式存在。離子間通過(guò)離子鍵結(jié)合而成的晶體叫做離子晶體。

在離子化合物中，離子間存在著較強(qiáng)的離子鍵，離子鍵的強(qiáng)度可用晶格能的大小來(lái)衡量。晶格能是指將1mol離子晶體中的正離子和負(fù)離子完全氣化而相互遠(yuǎn)離所吸收的能量，或指相互遠(yuǎn)離的氣態(tài)正離子和負(fù)離子結(jié)合成1mol離子晶體時(shí)所釋放的能量。晶格能越大，表明離子鍵越強(qiáng)，離子晶體越穩(wěn)定。離子化合物的晶格能越大，正、負(fù)離子的結(jié)合力越強(qiáng)，相應(yīng)晶體的熔點(diǎn)越高，硬度越大，壓縮系數(shù)和熱膨脹系數(shù)越小。第九頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日3.3金屬的通性與金屬鍵

一．金屬的通性固體。銀白色。金屬的密度、硬度、熔點(diǎn)等性質(zhì)的差別很大。大多數(shù)金屬有延性和展性。金屬一般都是電和熱的良導(dǎo)體。第十頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日二．金屬鍵金屬原子的價(jià)電子比較少，電離能又比較低，所以金屬原子容易失去電子。因此，金屬的結(jié)構(gòu)實(shí)際上是金屬原子釋出電子后所形成的金屬離子按一定規(guī)律堆積，釋出的價(jià)電子在整個(gè)晶體里自由地運(yùn)動(dòng)著。這些電子叫做自由電子或離域電子。后一名稱(chēng)強(qiáng)調(diào)金屬晶體里的自由電子不專(zhuān)屬于某幾個(gè)特定的金屬離子，而為許多金屬離子所共有，它們幾乎均勻地分布在整個(gè)晶體里。金屬離子跟自由電子之間存在著較強(qiáng)的作用，因而使許多金屬離子相互結(jié)合在一起。像這種金屬陽(yáng)離子跟自由電子之間存在的較強(qiáng)的作用，叫做金屬鍵。金屬鍵本質(zhì)上也是一種電性作用。通過(guò)金屬鍵形成的單質(zhì)晶體，叫做金屬晶體。第十一頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日把金屬鍵想象為：“失去了價(jià)電子的金屬離子沉浸在自由電子的海洋里。”第十二頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日二．金屬鍵的特點(diǎn)1.本質(zhì)是靜電作用力2.沒(méi)有方向性3.沒(méi)有飽和性第十三頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日試用金屬鍵解釋?zhuān)?.金屬導(dǎo)電性2.導(dǎo)熱性3.延展性4.密度、硬度、熔點(diǎn)第十四頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日一．共價(jià)鍵的形成和本質(zhì)3.4共價(jià)鍵H+H＝H2氫分子又可表示為：H－H。這種用短線(xiàn)來(lái)代表一對(duì)共用電子的圖式叫做結(jié)構(gòu)式。試從原子結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)明氫氣形成過(guò)程試從電子云來(lái)說(shuō)明氫氣形成過(guò)程象氫分子那樣，原子間通過(guò)共用電子對(duì)(電子云重疊)所形成的化學(xué)鍵，叫做共價(jià)鍵。第十五頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日第十六頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日二．共價(jià)鍵的特點(diǎn)0.本質(zhì)電性的，但不是純粹的靜電作用1．共價(jià)鍵的飽和性

共價(jià)鍵的形成條件之一是原子中必須有單電子，而且單電子的自旋方向必須相反。由于一個(gè)原子的一個(gè)單電子只能與另一個(gè)單電子配對(duì)，形成一個(gè)共價(jià)單鍵，因此一個(gè)原子有幾個(gè)單的電子(包括激發(fā)后形成的單電子)便可與幾個(gè)自旋相反的單電子配對(duì)成鍵。例如：H2、NH3Li、N、O、F的常見(jiàn)共價(jià)鍵數(shù)目均等于其原子的未成對(duì)電子數(shù)，但Be、B、C的常見(jiàn)共價(jià)數(shù)，則與未成對(duì)電子數(shù)不符。第十七頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日2．共價(jià)鍵的方向性所謂共價(jià)鍵的方向性，是指一個(gè)原子與周?chē)有纬傻墓矁r(jià)鍵具有一定的角度。共價(jià)鍵具有方向性的原因是因?yàn)樵榆壍纏，d，f有一定的方向性，它和相鄰原子的軌道重疊成鍵要滿(mǎn)足最大重疊條件。共價(jià)鍵的方向性決定著分子的空間構(gòu)型，進(jìn)而影響分子的性質(zhì)。第十八頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日三．鍵參數(shù)1．鍵能鍵能是表示在通常外界條件下化學(xué)鍵強(qiáng)弱的一個(gè)物理量。鍵能的定義是：在101.3kPa、298K時(shí)，將1mol氣態(tài)AB分子中的化學(xué)鍵斷開(kāi)，生成氣態(tài)A、B原子時(shí)所吸收的能量，稱(chēng)為A－B鍵的鍵能(嚴(yán)格地應(yīng)叫標(biāo)準(zhǔn)鍵離解能)。通常用符號(hào)EA－B表示。H(g)+H(g)EH－H＝432kJ/mol鍵能越大，鍵越牢固，由該鍵構(gòu)成的分子也就越穩(wěn)定。第十九頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日第二十頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日1．鍵長(zhǎng)分子中成鍵原子核間的距離稱(chēng)為鍵長(zhǎng)(也叫鍵距或核間距)同一族元素的單質(zhì)或同類(lèi)化合物的雙原子分子，鍵長(zhǎng)隨原子序數(shù)的增大而增加；同一原子間形成的單鍵、雙鍵或叁鍵的鍵長(zhǎng)各不一樣，鍵數(shù)越多則鍵長(zhǎng)越短。一般說(shuō)來(lái)，兩個(gè)原子間所形成的鍵越短，表示化學(xué)鍵越強(qiáng)、越牢固。第二十一頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日1．鍵角分子中鍵和鍵之間的夾角叫做鍵角，它是由成鍵原子軌道要滿(mǎn)足最大重疊原理，按一定方向重疊成鍵的結(jié)果。109°28′107.3°104.5°第二十二頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日四．共價(jià)鍵類(lèi)型1．不同的原子軌道重疊方式原子軌道按“頭碰頭”的方式發(fā)生軌道重疊，軌道重疊的部分沿著鍵軸呈圓柱形對(duì)稱(chēng)，這種共價(jià)鍵稱(chēng)為σ鍵。σ鍵的特征是：以形成化學(xué)鍵的兩原子核間的聯(lián)線(xiàn)為軸（即鍵軸），作旋轉(zhuǎn)操作，共價(jià)鍵的電子云圖形不變，這稱(chēng)為軸對(duì)稱(chēng)?？梢詫?duì)鍵軸呈圓柱形對(duì)稱(chēng)的重疊形式有s－s軌道重疊(H2分子)，s－p軌道重疊(HCl分子)，p－p軌道重疊(Cl2分子)。它們都形成σ鍵。第二十三頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日N原子的電子組態(tài)為1s22s22px12py12pz1，其中3個(gè)單電子分別占據(jù)3個(gè)互相垂直的p軌道。當(dāng)兩個(gè)N原子結(jié)合成N2分子時(shí)，各以1個(gè)px

軌道沿鍵軸以“頭碰頭”方式重疊形成1個(gè)σ鍵后，余下的2個(gè)2py

和2個(gè)2pz

軌道只能以“肩并肩”方式進(jìn)行重疊。原子軌道按“肩并肩”的方式發(fā)生軌道重疊，軌道重疊部分對(duì)通過(guò)鍵軸的一個(gè)平面具有鏡面反對(duì)稱(chēng)，這種共價(jià)鍵稱(chēng)為π鍵。例如N2分子中有三個(gè)鍵，一個(gè)σ鍵，兩個(gè)π鍵。其分子結(jié)構(gòu)式可用N≡N表示。p軌道的方向決定了N2分子中三個(gè)鍵互相垂直。第二十四頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日π鍵一般是與σ鍵共存于具有雙鍵或叁鍵的分子中。σ鍵是構(gòu)成分子的骨架，可單獨(dú)存在于兩原子間，以共價(jià)鍵結(jié)合的兩原子間只可能有1個(gè)σ鍵。如果兩個(gè)原子可以形成多重鍵，其中必定先形成一個(gè)σ鍵，其余為π鍵。共價(jià)單鍵一般是σ鍵，雙鍵中有1個(gè)σ鍵和1個(gè)π鍵，叁鍵中有1個(gè)σ鍵和2個(gè)π鍵。第二十五頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日2．配位鍵共價(jià)鍵的共用電子對(duì)由一個(gè)原子提供的稱(chēng)為配位共價(jià)鍵或稱(chēng)配位鍵。提供電子對(duì)的原子稱(chēng)為電子對(duì)給予體，接受電子對(duì)的原子稱(chēng)為電子對(duì)接受體。第二十六頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日五．分子的極性1．鍵的極性正負(fù)電荷重心不重合相當(dāng)于物理學(xué)上的一個(gè)偶極子，鍵就有一定的極性。因而這種電荷分布不均勻、正負(fù)電荷重心不重合的鍵就叫極性鍵。而把上述電荷均勻分布、正負(fù)電荷重心重合的鍵叫做非極性鍵。鍵的極性與電負(fù)性有關(guān)第二十七頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日2.分子的極性分子內(nèi)部正負(fù)電荷重心不相重合的分子叫做極性分子，而正負(fù)電荷重心相重合的分子就叫做非極性分子。HF、HCl、CO等分子就是極性分子，而H2、CO2、CCl4等分子就是非極性分子。組成原子、鍵的極性、分子構(gòu)型S8、P4、SO2，CO2，CCl4，CHCl3，如何表示分子極性大小？第二十八頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日大小相等符號(hào)相反彼此相距為d的兩個(gè)點(diǎn)電荷(+q和－q)組成的體系稱(chēng)為偶極子，其電量q與距離d的乘積就是偶極矩，符號(hào)為μ。偶極矩μ的數(shù)值是判斷分子有無(wú)極性的定量標(biāo)準(zhǔn)。偶極矩μ為零的分子，就是非極性分子；偶極矩μ不為零的分子就是極性分子。第二十九頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日六．原子晶體

固態(tài)CO2是分子晶體，它的熔、沸點(diǎn)都很低。我們也知道，Si與C同屬于第ⅣA族，那么SiO2晶體與CO2晶體是否具有相似的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)呢？第三十頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日SiO2和CO2的晶體結(jié)構(gòu)不同。在SiO2晶體中，1個(gè)Si原子和4個(gè)O原子形成4個(gè)共價(jià)鍵，每個(gè)Si原子周?chē)Y(jié)合4個(gè)O原子；同時(shí)，每個(gè)O原子跟2個(gè)Si原子相結(jié)合。實(shí)際上，SiO2晶體是由Si原子和O原子按1∶2的比例所組成的立體網(wǎng)狀的晶體。這種相鄰原子間以共價(jià)鍵相結(jié)合而形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，叫做原子晶體。第三十一頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日3.5分子間作用力

一．分子的極化由于極性分子的正、負(fù)電荷重心不重合，因此分子中始終存在著一個(gè)正極和一個(gè)負(fù)極，極性分子的這種固有的偶極叫做永久偶極。非極性分子在外電場(chǎng)的影響下可以變成具有一定偶極的極性分子，而極性分子在外電場(chǎng)的影響下其偶極增大，這種在外電場(chǎng)影響下所產(chǎn)生的偶極叫誘導(dǎo)偶極，其偶極矩叫誘導(dǎo)偶極矩。分子內(nèi)部的原子核電子都在不停地運(yùn)動(dòng)著，不斷地改變它們的相對(duì)位置。在某一瞬間，分子的正電荷重心和負(fù)電荷重心會(huì)發(fā)生不重合現(xiàn)象，這時(shí)所產(chǎn)生的偶極叫做瞬間偶極，其偶極矩叫瞬間偶極矩。第三十二頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日二．分子間作用力(范德華力)分子間還存在著一種較弱的相互作用，其結(jié)合能大約只有2～20kJ·mol

1，比化學(xué)鍵能約小一二個(gè)數(shù)量級(jí)。氣體分子能凝聚成液體和固體，主要就靠這種分子間作用。分子間的范德華力是決定物質(zhì)熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、溶解度等物理化學(xué)性質(zhì)的一個(gè)重要因素。1．取向力。取向力發(fā)生在極性分子和極性分子之間。由于極性分子具有偶極，因此兩個(gè)極性分子相互接近時(shí)，同極相斥，異極相吸，使分子發(fā)生相對(duì)的轉(zhuǎn)動(dòng)。這就叫做取向。這種靠永久偶極而產(chǎn)生的相互作用力叫做取向力。第三十三頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日2．誘導(dǎo)力。在極性分子和非極性分子之間以及極性分子和極性分子之間都存在誘導(dǎo)力。誘導(dǎo)偶極同極性分子的永久偶極間的作用力叫做誘導(dǎo)力。

3．色散力。所有分子中都存在色散力任何一個(gè)分子，由于電子的運(yùn)動(dòng)和原子核的振動(dòng)可以發(fā)生瞬間的相對(duì)位移，從而產(chǎn)生“瞬間偶極”。這種瞬間偶極也會(huì)誘導(dǎo)鄰近的分子產(chǎn)生瞬間偶極，于是兩個(gè)分子可以靠瞬間偶極相互吸引在一起。這種由于存在“瞬間偶極”而產(chǎn)生的相互作用力稱(chēng)為色散力。第三十四頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日范德華引力有下面的一些特點(diǎn)：(1)它是永遠(yuǎn)存在于分子或原子間的一種作用力。(2)它是吸引力，其作用能約比化學(xué)鍵能小一至二個(gè)數(shù)量級(jí)。(3)與共價(jià)鍵不同，范德華引力一般沒(méi)有方向性和飽和性。(4)范德華引力的作用范圍很小，大約只有幾pm。

范德華力有三種。取向力只存在于極性－極性分子間，誘導(dǎo)力存在于極性－極性分