第八章化學(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)

第八章化學(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)第1頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三在離子鍵理論中，把離子看成是帶電的小球，這些小球在空間各個(gè)方向上吸引相反電荷離子的能力都是等同的，所以形成的離子鍵就沒有方向性。NaCl晶體中，Na+除了和最鄰近的6個(gè)Cl相互

吸引外，還可以與遠(yuǎn)層的若干Cl相互吸引，從這個(gè)意義上講，離子鍵沒有飽和性。P126/NaCl的晶胞第2頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三金屬離子的配位數(shù)：最鄰近的相反離子的數(shù)目NaCl，Na+：6，Cl-：6AB型離子晶體：陽離子的配位數(shù)=陰離子的配位數(shù)NaCl：經(jīng)驗(yàn)式或最簡式

負(fù)離子比正離子大，金屬離子（正離子）的配位數(shù)取決于正負(fù)離子的半徑比第3頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三r+/r-比:0.225r+/r-<0.414,

0.414r+/r-<0.732,0.732r+/r-<1配位數(shù):468離子晶體類型:ZnS型NaCl型CsCl型四面體空隙八面體空隙P125第4頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三

4.2.

離子鍵的強(qiáng)度

離子鍵的強(qiáng)度可用晶格能的大小來衡量，晶格能（絕對值）越大，離子鍵的強(qiáng)度越強(qiáng)。晶格能（U）---由氣態(tài)離子形成1mol離子晶體的過程中所釋放的能量稱為晶格能例如：Na+(g)+Cl-(g)=NaCl(s)H1=U2Al3+(g)+3O2-(g)=Al2O3(s)H2=UCa2+(g)+2F-(g)=CaF2(s)H3=U第5頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三NA---阿佛伽德羅常數(shù)A

---馬德隆常數(shù)（與晶體中原子空間排列有關(guān)）CsCl型晶體

A=1.76267；NaCl型晶體

A=1.74756ZnS型晶體

A=1.63806n：波恩指數(shù)（P126/表19-9）；0：真空介電常數(shù)e：1個(gè)電子所帶的電量；r：正負(fù)離子間距離晶格能的計(jì)算：（a）根據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算

U=(1)P128/例19-3Z+,Z：電荷數(shù)第6頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三

（b）由熱化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算

波恩-哈勃（Born-Haber）循環(huán)

第7頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三=S+?D+I+(-A)+U

Na(s)+1/2Cl2(g)=NaCl(s)H=HfNa(s)=Na(g)H1=S1/2Cl2(g)=Cl(g)H2=1/2DNa(g)=Na+(g)+e-

H3=ICl(g)+e-=Cl-(g)H4=-ANa+(g)+Cl-(g)=NaCl(s)H5=U

Hf

=H1+H2

+H3

+

H4+H5

第8頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三

氯化鈉的Hf

=411.15kJ·mol-1金屬鈉的S

=107.32kJ·mol-1Cl2分子的D=243.36kJ·mol-1氣態(tài)鈉原子的I=495.8kJ·mol-1氣態(tài)氯原子的A=348.7kJ·mol-1氯化鈉的實(shí)驗(yàn)晶格能：U

=Hf

S

?DI+A

U=411.15107.321/2243.36495.8+348.7=-787kJ·mol-1第9頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三4.3.離子晶體晶體的類型a.金屬晶體b.離子晶體c.共價(jià)晶體d.分子晶體第10頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三離子晶體的特性：a.具有規(guī)則的幾何外形，非晶體則沒有。b.具有確定的熔點(diǎn)，非晶體只有軟化溫度。c.具有各向異性，即在不同的方向上有不同的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性等。第11頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三第12頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三氯化鈉的晶體結(jié)構(gòu)晶胞：實(shí)際晶體最小的結(jié)構(gòu)重復(fù)單元氯化鈉的晶胞第13頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三氯化銫的晶體結(jié)構(gòu)

晶胞：實(shí)際晶體最小的結(jié)構(gòu)重復(fù)單元氯化銫的晶胞第14頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三氯化銫晶體及其空間點(diǎn)陣

晶格：點(diǎn)陣的基本結(jié)構(gòu)單元簡單立方晶格第15頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三

CsClNaClZnS晶格P126晶胞簡單立方面心立方面心立方第16頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三金屬原子的半徑都比較大，價(jià)電子數(shù)目較少，因此原子核對其本身價(jià)電子或其他原子電子的吸引力都較弱，電子容易從金屬原子上脫落成為自由電子或離域電子。這些電子不再屬于某一金屬原子，而可以在整個(gè)金屬晶體中自由流動(dòng)，為整個(gè)金屬所共有，留下的正離子就浸泡在這些自由電子的“海洋”中。金屬中這種自由電子與正離子間的作用力將金屬原子膠合在一起而成為金屬晶體，這種作用力即為金屬鍵。

5.

金屬鍵第17頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三第18頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三經(jīng)典的自由電子“海洋”概念雖能解釋金屬的某些特性，但關(guān)于金屬鍵本質(zhì)的更加確切的闡述則需借助近代物理的能帶理論。金屬鍵強(qiáng)弱可以用金屬原子化熱來衡量。金屬原子化熱是指1mol金屬變成氣態(tài)原子所需要吸收的能量。一般說來金屬原子化熱的數(shù)值較小時(shí)，這種金屬的質(zhì)地較軟，熔點(diǎn)較低；而金屬原子化熱數(shù)值較大時(shí)，這種金屬質(zhì)地較硬而且熔點(diǎn)較高。

第19頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三

6.1.分子的極性同核雙原子分子—正負(fù)電荷重心重疊(F2)

異核雙原子分子—正負(fù)電荷重心不重疊(HCl)

不同原子對電子的吸引不相等而使整個(gè)分子的正負(fù)電荷重心不重合的性質(zhì)稱為分子的極性,分子的極性用偶極矩描述：

=

l

常用單位：德拜(D)

1D=3.33610-30Cm6.

分子間作用力和氫鍵第20頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三

極性分子0

HClH2ONH3

非極性分子=0

O2CO2BF3CCl4

第21頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三6.2.分子間作用力(范德華力）范德華力特征：

a.強(qiáng)度與1/r6相關(guān)對距離非常敏感b.非常弱的相互作用一般2~20kJ·mol-1無方向性和飽和性范德華力包括：

a.取向力(刻松力)

極性分子產(chǎn)生的偶極稱為永久偶極。通過極性分子改變空間取向而在它們的電偶極之間產(chǎn)生的電性吸引力，稱為取向力或刻松力。第22頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三b.誘導(dǎo)力(德拜力)外電場會把非極性分子的正負(fù)電荷重心拉開，使本來沒有極性的分子顯極性。分子因外電場作用而形成的偶極矩叫誘導(dǎo)偶極矩。誘導(dǎo)偶極矩的大小和外電場的強(qiáng)度E成正比第23頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三分子間通過誘導(dǎo)偶極產(chǎn)生的作用力叫誘導(dǎo)力或德拜力極性分子互相取向彼此吸引的同時(shí)，分子還會在對方電場的作用下感生出誘導(dǎo)偶極。非極性分子在極性分子的永久偶極作用下也會感生出誘導(dǎo)偶極。

所以極性分子之間有誘導(dǎo)力存在，非極性分子和極性分子之間也有誘導(dǎo)力存在。第24頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三

c.色散力(倫敦力)

由于分子的振動(dòng)，可能在某個(gè)瞬間發(fā)生正負(fù)電荷重心的分離而形成瞬間的偶極矩；這種瞬間出現(xiàn)的偶極矩稱為瞬時(shí)偶極。因?yàn)樗矔r(shí)偶極的形成和物質(zhì)的色散現(xiàn)象都起源于分子的振動(dòng)，所以人們常把瞬時(shí)偶極間的作用力稱為色散力或倫敦力。第25頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三

取向力誘導(dǎo)力色散力極性分子極性和非極性分子非極性分子

第26頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三6.3.氫鍵

在N、O和F的氫化物分子中，由于這些元素的電負(fù)性較大，對價(jià)電子有強(qiáng)烈的吸引，氫原子核就會部分地“暴露”在分子表面，這些氫原子就可能吸引另一個(gè)分子中N、O、F等原子上的孤電子對。二個(gè)這樣的原子和氫原子核之間的作用稱為氫鍵。