離子鍵價鍵理論

離子鍵價鍵理論第1頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月物質(zhì)結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵晶體結(jié)構(gòu)離子鍵共價鍵理論金屬鍵價鍵理論（電子配對法VB)雜化軌道理論價層電子對互斥理論（VSEPR)分子軌道理論第2頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月第四章化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu)一．離子鍵理論二．共價鍵理論(1)路易斯價鍵理論(2)電子配對法(3)雜化軌道理論(4)價層電子對互斥理論三．金屬鍵理論四.分子間作用力和氫鍵第3頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月一、離子鍵理論離子鍵(ionicbond)理論是1916年德國化學(xué)家柯塞爾(W.Kossel)提出的，他認(rèn)為原子在反應(yīng)中失去或得到電子以達(dá)到稀有氣體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，由此形成的正離子(positiveion)和負(fù)離子(negativeion)以靜電引力相互吸引在一起。

離子鍵的形成：與元素的電負(fù)性差有關(guān)。

第4頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月1.離子鍵的本質(zhì)就是正、負(fù)離子間的靜電作用。2.既無方向性，也無飽和性由于離子鍵是正負(fù)離子通過靜電引力作用相連接的，從而決定了離子鍵的特點是既無方向性，也無飽和性。正負(fù)離子近似看作點電荷，所以其作用不存在方向問題。沒有飽和性是指在空間條件許可的情況下，每個離子可吸引盡可能多的相反離子。NaCl晶體，其化學(xué)式僅表示Na離子與Cl離子的離子數(shù)目之比為1∶1，并不是其分子式，整個NaCl晶體就是一個大分子。離子鍵的要點第5頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月NaCl的晶胞結(jié)構(gòu)第6頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月3.鍵的離子性與元素的電負(fù)性有關(guān)用兩元素的電負(fù)性差x判斷鍵的性質(zhì)

離子鍵的形成：與元素的電負(fù)性差有關(guān)。實驗表明，即使是電負(fù)性差值最大的氟與銫形成化合物，離子性也只有92%，仍有8%的共價性。當(dāng)兩個原子的電負(fù)性差為1.7時，單間具50%的離子性，這是參考數(shù)據(jù)。如果兩個原子的電負(fù)性大于1.7。可判斷它們之間形成了離子鍵，是離子化合物，兩個原子的電負(fù)性小于1.7，可判斷它們形成共價鍵，形成共價化合物。形成條件：兩原子的電負(fù)性差值較大，電負(fù)性差值＞1.7，離子性大于50%，形成離子鍵。第7頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月離子半徑：離子晶體中，正負(fù)離子之間吸引和排斥保持平衡時的距離為正負(fù)離子半徑之和A.同主族比較B.電子層結(jié)構(gòu)相同的離子比較離子鍵強(qiáng)弱判斷：A.NaClNaBrNaIB.NaClMgCl2AlCl3熔點比較8010C、7470C、6600C8010C、7140C、1940C第8頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月離子鍵的強(qiáng)度常用晶格能表示。１mol氣體陽離子和氣態(tài)陰離子結(jié)合生成１mol固態(tài)離子化合物所放出的能量稱為晶格能離子電荷越大，離子半徑越小，則晶格能越大,離子鍵越強(qiáng),離子化合物的熔沸點、硬度越高晶格能（Ｕ）第9頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月二．共價鍵理論1路易斯結(jié)構(gòu)式（Lewis）

認(rèn)為分子中的原子都有形成稀有氣體電子結(jié)構(gòu)的趨勢（8電子穩(wěn)定構(gòu)型，又稱八隅律）

，求得本身的穩(wěn)定。而達(dá)到這種結(jié)構(gòu)，可以不通過電子轉(zhuǎn)移形成離子和離子鍵來完成，而是通過共用電子對來實現(xiàn)。

H2ONH3例如?H+H=HH???＋ClClHH第10頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月Lewis1875年10月25日路易斯出生于美國麻薩諸塞州的西牛頓市。他從小聰明過人，在三歲時，父母就開始在家里讓他接受教育。1893年進(jìn)入著名的哈佛大學(xué)學(xué)習(xí)，1896年獲理學(xué)士學(xué)位，以后在T．W．理查茲指導(dǎo)下繼續(xù)研究化學(xué)，于1899年24歲時獲哲學(xué)博士學(xué)位。第11頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月

●路易斯結(jié)構(gòu)式的寫法：①畫出分子或離子的骨架結(jié)構(gòu)(選擇合理的、與實驗事實相符的，一般氫原子、鹵原子在末端)在每兩個成鍵原子之間畫上短線(其數(shù)目等于成鍵數(shù))②計算成鍵數(shù)：成鍵數(shù)為成鍵電子數(shù)ns的1／2

ns=no

-nv

no：各原子按相應(yīng)周期稀有氣體結(jié)構(gòu)計算的最外層電子數(shù)之和

nv

：各原子的價電子數(shù)之和③計算孤對電子數(shù)：孤電子對數(shù)為未參與成鍵電子數(shù)(nl)的1／2nl=nv

–ns

④將孤對電子分配到各原子，使其周圍電子數(shù)達(dá)到8個(H為2)，不足時，可畫成重鍵(短線數(shù)目應(yīng)等于成鍵數(shù))

畫出H2O、CO2的路易斯結(jié)構(gòu)式第12頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月［例］COCl2(光氣)的路易斯結(jié)構(gòu)式

no=8+8+2×8=32nv=4+6+2×7=24

ns=no

-nv=32-24=8成鍵數(shù)=8/2=4

nl=nv

–ns=24-8=16孤電子對數(shù)=16/2=8

畫出結(jié)構(gòu)式：第13頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月畫出CO32-的路易斯結(jié)構(gòu)式no=8+3×8=32nv=4+3×6＋2=24

ns=no

-nv=32-24=8成鍵數(shù)=8/2=4

nl=nv

–ns=24-8=16孤電子對數(shù)=16/2=8

畫出結(jié)構(gòu)式：

第14頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月●形式電荷：原子滿足八隅體時多余或缺少的電子數(shù)QF=nv

–ns–nl

形式電荷為0時最穩(wěn)定

相鄰原子的形式電荷為同號時，最不穩(wěn)定書寫時形式電荷應(yīng)盡可能地小

第15頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月［例］寫出CO的路易斯結(jié)構(gòu)式，并標(biāo)出形式電荷。

解：no=8+8=16；nv=4+6=10ns=no

-nv=16-10=6

成鍵數(shù)=ns／2=3

未參與成鍵的電子數(shù)nl=nv

–ns=10-6=4

孤電子對數(shù)=4／2=2

畫出結(jié)構(gòu)式：C原子應(yīng)有5個價電子，比實際有的4個價電子多1個，形式電荷為-1；O原子應(yīng)有5個價電子，比實際有的6個價電子少1個，形式電荷為+1

第16頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月●多電子結(jié)構(gòu)：為達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，成鍵原子價電子數(shù)比八隅體多如：POCl3的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)中，P原子周圍有10個價電子，多于8

●缺電子結(jié)構(gòu)：為達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，成鍵原子價電子數(shù)比八隅體少如：BF3的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)中，B原子周圍只有6個價電子，少于8

第17頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月練習(xí)：畫NO2-、NO2+路易斯結(jié)構(gòu)式：

◢第18頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月●路易斯價鍵理論的缺陷：路易斯結(jié)構(gòu)式可表示分子中的成鍵情況，但：不能說明分子的空間幾何構(gòu)型；八隅規(guī)則例外較多；無法解釋共價鍵的方向性；無法解釋單電子、叁電子鍵等。

第19頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月量子力學(xué)處理：對于H2，如從電子云角度考慮,可認(rèn)為H的1s軌道在兩核間重疊,使電子在兩核間出現(xiàn)的幾率大,形成負(fù)電區(qū),兩核吸引核間負(fù)電區(qū),使H結(jié)合在一起。如圖:2價鍵理論第20頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月氫分子的形成當(dāng)具有自旋狀態(tài)反平行的未成對電子的兩個氫原子相互靠近時，它們之間產(chǎn)生了強(qiáng)烈的吸引作用，形成了共價鍵,從而形成了穩(wěn)定的氫分子。第21頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月量子力學(xué)從理論上解釋了共價鍵形成原因：當(dāng)核外電子自旋平行的兩個氫原子靠近時，兩核間電子云密度小，系統(tǒng)能量E

始終高于兩個孤立氫原子的能量之和Ea+Eb，稱為推斥態(tài)，不能形成H2分子。若電子自旋反平行的兩個氫原子靠近時，兩核間的電子云密度大，系統(tǒng)的能量E

逐漸降低，并低于兩個孤立氫原子的能量之和，稱為吸引態(tài)。當(dāng)兩個氫原子的核間距L=74pm時，其能量達(dá)到最低點，Es=436kJmol1，兩個氫原子之間形成了穩(wěn)定的共價鍵，形成了氫分子。量子力學(xué)對氫分子結(jié)構(gòu)的處理闡明了共價鍵的本質(zhì)是電性的。第22頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月自旋方向相同自旋方向相反第23頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月價鍵理論的基本要點*共價鍵的本質(zhì)是電性的，但也不能完全用經(jīng)典的靜電理論去解釋。*成鍵的原理：

a.電子配對原理.b.能量最低原理，電子配對時放出能量越多形成的化學(xué)鍵越穩(wěn)定。

c.原子軌道最大重疊原理。第24頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月共價鍵的方向性和飽和性

共價鍵的數(shù)目由原子中單電子數(shù)決定，包括原有的和激發(fā)而生成的。例如氧有兩個單電子，H有一個單電子，所以結(jié)合成水分子時，只能形成2個共價鍵。C最多能與4個H形成共價鍵。各原子軌道在空間分布方向是固定的，為了滿足軌道的最大程度重疊，原子間成的共價鍵，當(dāng)然要具有方向性。原子中單電子數(shù)決定了共價鍵的數(shù)目。即為共價鍵的飽和性。+++1sz+3pzz以HCl為例。第25頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月電子云在空間的取向（s電子云）

s電子是球形的，一原子核為中心的任何方向離核一定距離的微小空間里電子云的密度是相等的，也就是說，s電子的電子云圖像是球形對稱的，不存在取向問題。無論1s電子、2s電子、3s電子等都只有一個取向。第26頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月電子云在空間的取向（p電子云）量子力學(xué)的結(jié)論是：p電子由3種取向，它們是互相垂直的（正交），分別叫px,py,pz電子。

第27頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月dxy

dxzdyzdz2Dx2y2第28頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月第29頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月d電子云圖第30頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月Cl的3pz和H的1s軌道重疊，只有沿著z軸重疊，才能保證最大程度的重疊，而且不改變原有的對稱性。Cl2分子中成鍵的原子軌道，也要保持對稱性和最大程度的重疊。pzzpz++z++第31頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月如下圖所示的重疊，將破壞原子軌道的對稱性。X++X++++sp+pzz－+pz－第32頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月思考：H2O分子成鍵軌道方向第33頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月共價鍵的鍵型

成鍵的兩個原子核間的連線稱為鍵軸。按成鍵軌道與鍵軸之間的關(guān)系，共價鍵的鍵型主要分為兩種。

鍵

將成鍵軌道沿著鍵軸旋轉(zhuǎn)任意角度，圖形及符號均保持不變。即鍵的鍵軸是成鍵軌道的任意多重軸。

一種形象化描述：鍵是成鍵軌道的“頭碰頭”重疊。第34頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月

鍵成鍵軌道繞鍵軸旋轉(zhuǎn)180°時，圖形復(fù)原，但符號變?yōu)橄喾础＠鐑蓚€px沿z軸方向重疊的情況。xx++pxz++繞鍵軸旋轉(zhuǎn)180°

YOZ平面是成鍵軌道的通過鍵軸的節(jié)面。則鍵的對稱性可以描述為：對通過鍵軸的節(jié)面呈反對稱，即圖形相同，但符號相反。第35頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月［例］N2分子的共價鍵。N2分子中，N原子外層電子結(jié)構(gòu)為

3個未成對電子，形成一個σ鍵，兩個π鍵第36頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月鍵型σ鍵π鍵重疊方式頭碰頭肩并肩特征繞軸向轉(zhuǎn)動不破壞鍵軌道側(cè)面不能轉(zhuǎn)動存在所有共價鍵所有重鍵重疊程度重疊程度大、所以鍵能大重疊程度小、鍵能小，活潑實例甲烷、鹵化氫O2、N2、乙烯、乙炔第37頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月配位鍵

一種原子中有孤對電子,而另一原子中有可與對電子所在軌道相互重疊的空軌道，在配位化合物中,經(jīng)常見到配位鍵。在CO里是Π配鍵。

分子形成的解釋：在形成共價鍵時,單電子也可以由對電子分開而得到,如CH4:C原子:

第38頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月形成條件：成鍵原子一方有孤對電子，另一方有空軌道。例：OC練習(xí):Al2Cl6第39頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月

共價鍵類型按共用電子對數(shù)目:單鍵、雙鍵、三鍵按共用電子對是否偏移：極性鍵、非極性鍵按共用電子對的來源：一般共價鍵、配位鍵（d－p，p－p配鍵）按原子軌道重疊方式：σ鍵、π鍵按共用電子對是否定域：定域鍵、不定域鍵（離域鍵）第40頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月

共價鍵的鍵參數(shù)：①鍵能：在298K，101.3kPa條件下，將1mol理想氣態(tài)分子AB拆開成為A原子和B原子所需的能量鍵能越大，分子越穩(wěn)定

②鍵長：分子中成鍵原子核間的平均距離原子軌道重疊程度越大，鍵長越短，鍵越強(qiáng)③鍵角：分子中鍵與鍵之間的夾角④鍵的極性：

非極性共價鍵：同種元素原子之間形成的共價鍵

極性共價鍵：不同元素原子之間形成的共價鍵共用電子對偏向電負(fù)性大的原子第41頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月1）鍵能鍵能(E)：在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下將氣態(tài)分子AB(g)解離為氣態(tài)原子A(g)、B(g)所需要的能量(kJmol1)。其數(shù)值通常用一定溫度下該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變表示，即：

AB(g)A(g)+B(g)rHm=E(A—B)A與B之間的化學(xué)鍵可以是單鍵、雙鍵或三鍵。雙原子分子，鍵能E(A—B)等于鍵的解離能D(A—B)，可直接從熱化學(xué)測量中得到。例如，Cl2(g)2Cl(g)rHm,298.15(Cl2)=E(Cl2)=D(Cl2)=247kJmol1第42頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月把一個氣態(tài)多原子分子分解為組成它的全部氣態(tài)原子時所需要的能量叫原子化能，應(yīng)該恰好等于這個分子中全部化學(xué)鍵鍵能的總和。如果分子中只含有一種鍵，且都是單鍵，鍵能可用鍵解離能的平均值表示。如NH3含有三個N―H鍵，NH3(g)=H(g)+NH2(g)D1=433.1kJmol1NH2(g)=NH(g)+H(g)D2=397.5kJmol1NH(g)=N(g)+H(g)D3=