第四章：化学键与分子结构 高子键 共价键 金属镜 分子间力 本章要 作
第四章：化学键与分 子 结 构 离 子 键 金 属 键 作 业 本 章 要 求 共 价 键 分 子 间 力
4.1离子键理论 一、基本要点 阴阳离子之间用库仑力相互作用形成的化学键叫 做离子键。 离子键的强度应当用拆开（均裂）1摩尔气态 “离子键分子”（例如Na+C)得到气态中性原子(Na和 C)所需要的能量。 如：这样计算得到的NaCl的键能为450kJ/mol。 这说明，离子键的能量数量级与共价键相同，是一种 强相互作用力。不过离子键的键能定义并无多大实用 价值，因为气态离子型分子通常遇不到。 离子键一既没有方向性，又没有饱和性
4.1 离子键理论 一、基本要点 阴阳离子之间用库仑力相互作用形成的化学键叫 做离子键。 离子键的强度应当用拆开（均裂）1摩尔气态 “离子键分子”(例如Na+Cl– )得到气态中性原子(Na和 Cl)所需要的能量。 如：这样计算得到的NaCl的键能为450kJ/mol。 这说明，离子键的能量数量级与共价键相同，是一种 强相互作用力。不过离子键的键能定义并无多大实用 价值，因为气态离子型分子通常遇不到。 离子键—既没有方向性，又没有饱和性
离子键 典型的离子晶体是指由带电的原子一阴离子和 阳离子通过离子键相互作用形成的晶体。 如：KCI晶体中存在K+离子和C离子，K+离子 与C离子之间的相互作用力是离子键。在KC这样的 典型离子晶体中没有分子，只有离子，没有其他化学 键，只有离子键。 但是，完全由单原子离子构成的离子晶体在总量 上并不多，大量离子晶体并非只有离子或只有离子键。 例如，尽管KNO,只有离子一K+离子和NO,离子，它 们之间的化学键是离子键，然而在NO,离子内的化学 作用力却是共价键。 广义地说，所有存在大量阴阳离子的晶体都是离 子晶体
离 子 键 典型的离子晶体是指由带电的原子——阴离子和 阳离子通过离子键相互作用形成的晶体。 如：KCl晶体中存在K+离子和Cl–离子，K+离子 与Cl–离子之间的相互作用力是离子键。在KCl这样的 典型离子晶体中没有分子，只有离子，没有其他化学 键，只有离子键。 但是，完全由单原子离子构成的离子晶体在总量 上并不多，大量离子晶体并非只有离子或只有离子键。 例如，尽管KNO3只有离子—K+离子和NO3 –离子，它 们之间的化学键是离子键，然而在NO3 –离子内的化学 作用力却是共价键。 广义地说，所有存在大量阴阳离子的晶体都是离 子晶体
离子键 二、离子的特征 简单离子可以看成带电的球体，它的特征主要有 离子电荷、离子的电子构型和离子半径3个方面。对 于复杂离子，还要讨论其空间构型等问题。 1、离子电荷 离子电荷是简单离子的核电荷（正电荷）与它的核 外电子的负电荷的代数和。 如：Na+和Ag的离子电荷都是+1，在它们周围 呈现的正电场的强弱不相等，否则难以理解NaC与 AgC在性质上为何有如此巨大的差别。由此可见， 所谓离子电荷，在本质上只是离子的形式电荷。 Na+和Ag+的形式电荷都等于+1，有效电荷(Z*) 却并不相等。不难理解，Ag+离子的有效电荷大大高于 Na+离子。这是由于它们的电子层构型不同
二、离子的特征 简单离子可以看成带电的球体，它的特征主要有 离子电荷、离子的电子构型和离子半径3个方面。对 于复杂离子，还要讨论其空间构型等问题。 1、离子电荷 离子电荷是简单离子的核电荷(正电荷)与它的核 外电子的负电荷的代数和。 如：Na+和Ag+的离子电荷都是+1，在它们周围 呈现的正电场的强弱不相等，否则难以理解NaCl与 AgCl在性质上为何有如此巨大的差别。由此可见， 所谓离子电荷,在本质上只是离子的形式电荷。 Na+和Ag+的形式电荷都等于+1,有效电荷（Z*） 却并不相等。不难理解,Ag+离子的有效电荷大大高于 Na+离子。这是由于它们的电子层构型不同。 离 子键
离子键 2、离子构型 通常把处于基态的离子电子层构型简称为离子构 型。负离子的构型大多数呈稀有气体构型，即最外层 电子数等于8。正离子则较复杂，可分如下5种情况： (1)2e构型：第二周期的正离子的电子层构型为2e 构型，如Li计、Be2+等。 (2)8e构型：从第三周期开始的A、LA族元素正 离子的最外层电子层为8e,简称8e构型，如Na+等； A+也是8e构型；IIB一VIIB族元素的最高价也具有 8e构型不过电荷高于+4的带电原子（如Mn7+)并不 以正离子的方式存在于晶体之中]
离 子键 2、离子构型 通常把处于基态的离子电子层构型简称为离子构 型。负离子的构型大多数呈稀有气体构型，即最外层 电子数等于8。正离子则较复杂，可分如下5种情况： (1)2e构型：第二周期的正离子的电子层构型为2e 构型，如Li+ 、Be2+等。 (2)8e构型：从第三周期开始的IA、IIA族元素正 离子的最外层电子层为8e，简称8e构型，如Na+等； Al3+也是8e构型；IIIB—VIIB族元素的最高价也具有 8e构型[不过电荷高于+4的带电原子（如Mn7+）并不 以正离子的方式存在于晶体之中]
离子键 (3)I8e构型：IB、B族元素表现族价时，如Cut、 Zn2+等，具有18e构型；p区过渡后元素表现族价时， 如Ga3+、Pb4+等也具有18e构型。 (4)9-17e构型：d区元素表现非族价时最外层有9- 17个电子，如Mn2+、Fe2+、Fe3+等。 (⑤)18+2)e构型：p区的金属元素低于族价的正价， 如TI+、Sn2+、Pb2+等，它们的最外层为2e,次外层为 18e,称为18+2e构型。 在离子电荷和离子半径相同的条件下，离子构型 不同，正离子的有效正电荷的强弱不同，顺序为： 8e<9-17e<18e或18+2e 这是由于，电子在核外空间的概率分布比较松散， 对核内正电荷的屏蔽作用较小，所以电子越多，离子 的有效正电荷越大
(3)18e构型：IB、IIB族元素表现族价时，如Cu+ 、 Zn2+等，具有18e构型；p区过渡后元素表现族价时， 如Ga3+ 、Pb4+等也具有18e构型。 (4）9-17e构型：d区元素表现非族价时最外层有9- 17个电子，如Mn2+ 、Fe2+ 、Fe3+等。 (5)(18+2)e构型：p区的金属元素低于族价的正价， 如Tl+ 、Sn2+ 、Pb2+等，它们的最外层为2e，次外层为 18e，称为18+2e构型。 在离子电荷和离子半径相同的条件下，离子构型 不同，正离子的有效正电荷的强弱不同，顺序为： 8e<9-17e<18e或18+2e 这是由于，d电子在核外空间的概率分布比较松散， 对核内正电荷的屏蔽作用较小，所以d电子越多，离子 的有效正电荷越大。 离 子键
离子键 3、离子半径 离子半径是根据实验测定离子晶体中正负离子 平衡核间距估算得出的。离子晶体的核间距可用 X一射线衍射的实验方法十分精确地测定出来，但 单有核间距不行，必须先给定其中一种离子的半径， 才能算出另一种离子的半径。 1927年，泡林认为哥尔智密特标度的基础数据 之一一氧离子的半径为132pm,小于氟离子半径 (133pm),不合理，另外提出一套推算离子半径 的理论方法，最终将氧离子的半径定为140pm,氟 离子半径定为136pm,以此为基础，得出另一套离 子半径数据，即泡林（离子）半径
3、离子半径 离子半径是根据实验测定离子晶体中正负离子 平衡核间距估算得出的。离子晶体的核间距可用 X—射线衍射的实验方法十分精确地测定出来，但 单有核间距不行，必须先给定其中一种离子的半径， 才能算出另一种离子的半径。 1927年，泡林认为哥尔智密特标度的基础数据 之一—氧离子的半径为132pm，小于氟离子半径 （133pm），不合理，另外提出一套推算离子半径 的理论方法，最终将氧离子的半径定为140pm，氟 离子半径定为136pm，以此为基础，得出另一套离 子半径数据，即泡林（离子）半径。 离 子键
离子键 泡林半径的思想大致有如下三个要点： (1)具有相同电子层构型的离子半径随核电荷增 大成比例地缩小。例如，泡林认为，Na+离子和F 离子的电子层构型都是1s22s22p,核电荷数分别为 +11和+9，前者比后者大30%，因而前者的半径也 应该相应比后者缩小30%。经测定NaF晶体中阴阳 离子的平衡核间距为231pm,按这种假设： rNa=(1-30%)rF-)=0.7r(F-) r(Na+)+r(F-)-231pm 1.7rf-)=231pm 即：rf=136 rNa+)=95pm
离 子键 泡林半径的思想大致有如下三个要点： (1)具有相同电子层构型的离子半径随核电荷增 大成比例地缩小。例如，泡林认为，Na+离子和F– 离子的电子层构型都是1s22s22p6，核电荷数分别为 +11和+9，前者比后者大30%，因而前者的半径也 应该相应比后者缩小30%。经测定NaF晶体中阴阳 离子的平衡核间距为231pm，按这种假设： r(Na+ )=(1-30%)r(F-)=0.7r(F-) r(Na+)+r(F-)=231pm 1.7r(F-)=231pm 即:r(F-)=136 r(Na+)=95pm
离子键 (2)测得KC1晶体中阴阳离子核间距为314pm,但 与K+和C同构型的Ar的主量子数为3，大于与Na、F 同构型的Ne的主量子数，K+与C半径比应跟Na+与F 的半径比有所不同，要作适当修正（约26.5%），泡林 修正的结果为133和181pm。以此为基准，泡林根据实 验测得的晶胞参数推出大量8构型离子的半径。 (3)泡林又对非8构型离子的半径作适当修正，得 出非8e构型离子的半径。这是因为非8e构型的离子比 起8e构型的离子有较大的有效核电荷，将使核间距相 应缩小些
离 子键 (2)测得KCl晶体中阴阳离子核间距为314pm，但 与K+和Cl–同构型的Ar的主量子数为3，大于与Na、F 同构型的Ne的主量子数，K+与Cl–半径比应跟Na+与F– 的半径比有所不同，要作适当修正(约26.5%)，泡林 修正的结果为133和181pm。以此为基准，泡林根据实 验测得的晶胞参数推出大量8e构型离子的半径。 (3)泡林又对非8e构型离子的半径作适当修正，得 出非8e构型离子的半径。这是因为非8e构型的离子比 起8e构型的离子有较大的有效核电荷，将使核间距相 应缩小些
离子键 Ti02型
离 子键 三、离子晶体结构模型 1、概述 CsCl（氯化铯）配位数8:8、NaCl（岩盐）配 位数6:6、ZnS（闪锌矿）配位数4:4、CaF2（萤石） 配位数8:4和TiO2（金红石）配位数6:3，是最具有 代表性的离子晶体结构类型，许多离子晶体或与 它们结构相同，或是它们的变形