无机化 第二章分子结构 医药化工学院无机化学教研室 www.yyhg.tzc.edu.cn
1 医药化工学院 无机化学教研室 www.yyhg.tzc.edu.cn 第二章 分子结构
学习要求 本章共8学时 本章讨论现代价键理论。要求掌握离子键和共价键的基本特征 和区别、掌握轨道的杂化作用和离域轨道的概念，能够用价键 理论判断简单分子杂化类型和几何形状。 本章介绍键能、键长。要求掌握离解能的概念。了解 物质的性质与其结构的关系，以及键参数的关系。 本章通过简单双原子的原子轨道线性组合(LCAO)近似 法讨论分子轨道理论。要求了解双原子分子的分子轨道 理论。了解用分子轨道理论解释分子的磁性和键序。 理解分子间作用力与物质熔沸点关系
2 学习要求 理解分子间作用力与物质熔沸点关系 本章共8学时 本章讨论现代价键理论。要求掌握离子键和共价键的基本特征 和区别、掌握轨道的杂化作用和离域轨道的概念，能够用价键 理论判断简单分子杂化类型和几何形状。 本章介绍键能、键长。要求掌握离解能的概念。了解 物质的性质与其结构的关系，以及键参数的关系。 本章通过简单双原子的原子轨道线性组合(LCAO)近似 法讨论分子轨道理论。要求了解双原子分子的分子轨道 理论。了解用分子轨道理论解释分子的磁性和键序
教学内容 第0节化学键的定义 第一节离子键理论 第二节共价键的概念与路易斯结构式 第三节共价键现代价键理论 第四节价层电子对互斥理论 第五节轨道的杂化 第六节共轭大π键 第七节等电子体原理 第八节分子轨道理论简介 第九节共价键参数和分子的性质 第土节金属键和键型过渡 第土一节分子间作用力 第土二节氢键
3 教学内容 第0节 化学键的定义 第一节 离子键理论 第二节 共价键的概念与路易斯结构式 第三节 共价键现代价键理论 第四节 价层电子对互斥理论 第五节 轨道的杂化 第六节 共轭大 π 键 第七节 等电子体原理 第八节 分子轨道理论简介 第九节 共价键参数和分子的性质 第十节 金属键和键型过渡 第十一节 分子间作用力 第十二节 氢键
第0节化学键的定义(definition of chemical bond) 什么是化学键？ sodium 2Na (s)+Cl2(g) -2NaCl (s) 颜色 银灰色 黄绿色 无色 状态 固体 气体 晶体 导电性 极强 极弱 极弱 sodium 熔融导电 chloride Elective 无变化 无变化 熔融下反 应逆转 上边三种物质的性质的不同是由什么引起的？反映出什么问题？
4 1 什么是化学键？ 2Na (s) + Cl2 (g) 2NaCl (s) 颜色 状态 导电性 Elective 银灰色 黄绿色 无色 固体 气体 晶体 极强 极弱 极弱 熔融导电 无变化 无变化 熔融下反 应逆转 上边三种物质的性质的不同是由什么引起的？反映出什么问题？ sodium sodium chloride 第0节 化学键的定义(definition of chemical bond)
化学键的定义 不同的外在性质反应了不同的内部结构 各自内部的结合力不同 Pauling L在《The Nature of The Chemical Bond,》中提出了用得最 广泛的化学键定义：如果两个原子（或原子团）之间的作用力强得足以 形成足够稳定的、可被化学家看作独立分子物种的聚集体，它们之间就 存在化学键简单地说，化学键是指分子内部原子之间的强相互作用力 化学键理论可以解释 分子的形成与稳定性 共价键的本质及饱和性 分子的几何构型和共价键的方向性 化学键与分子的物化性质间的关系
5 Pauling L 在《The Nature of The Chemical Bond》中提出了用得最 广泛的化学键定义：如果两个原子（或原子团）之间的作用力强得足以 形成足够稳定的、可被化学家看作独立分子物种的聚集体，它们之间就 存在化学键.简单地说，化学键是指分子内部原子之间的强相互作用力. 化学键理论可以解释 分子的形成与稳定性 共价键的本质及饱和性 分子的几何构型和共价键的方向性 化学键与分子的物化性质间的关系 不同的外在性质反应了不同的内部结构 各自内部的结合力不同 化学键的定义
2化学键类型 离子键 离子配键 电价键 电价配键 离子偶极配键 配键 电子对键 极性键 双原 (单、双、叁键) 共价配键 子共 非极性键 价键 单电子键 键 共价键 三电子键 多原 子共 共钣π键 价键 多中心键 金属键 6
6 化 学 键 离子键 电价配键 双原 子共 价键 多原 子共 价键 2 化学键类型 共价键 金属键 电价键 电子对键 （单、双、叁键） 单电子键 三电子键 共轭 π 键 多中心键 极 性 键 共价配键 非极性键 配键 离 子 配 键 离子偶极配键
第一节离子键理论(ionic bond theory) 一离子键的形成 -ne nNa(3s')- h46m→nNa(2s22p 静电引力→NaC】 +ne nCl(3s23P5)- -387u→nC(3s23p 形成化学键 -450 kJ-mol-1 形成条件XA-X>1.7 80 0 Nr+CL NaCl的晶体形成时显然有能量 变化，右图为其形成时的势能曲线 当到达最低点时，引力与斥力达到 00 平衡状态 R04 6 8101214 R/10pm
7 一 离子键的形成 Na(3s ) Na (2s 2p ) 2 6 - e 496kJmol 1 - 1 1 + n ⎯⎯= ⎯⎯ ⎯− →n n I Cl(3s 3P ) Cl (3s 3p ) 2 6 e 348.7k J mol 2 5 - 1 − + n ⎯⎯=− ⎯⎯ ⎯− →n n E ⎯⎯ ⎯→nNaCl 静电引力 形成条件 XA-XB>1.7 形成化学键 -450 kJ·mol-1 NaCl的晶体形成时显然有能量 变化，右图为其形成时的势能曲线. 当到达最低点时，引力与斥力达到 平衡状态. 第一节 离子键理论 ( ionic bond theory ) Na+CL 2 R0 4 6 8 10 12 14 R/102pm 0 80 500 250
离子键的形成 离子键的本质静电引力 F=Z.Z/d2 原子或原子团发生电子得失 而形成正负离子，通过正负 离子从无限远处靠近 离子键包 离子间的静电作用 形成离子晶体而作 括同号离 的功。其吸引力为 库仑势能是 子间的斥 力和异号 E-Z,Z2e2/4πer Ro 离子间的 ternuclear separation 引力 离子间所产生的排斥力是 一种短程力，相应的位 阴阳离子不可能无限靠近， 能可以相当满意地用 离子的核外电子以及原子核 E=0/4πeorn 间都有强烈相互作用 式中n是玻恩(Bom)指数r 两个离子在距离为时，净相互作用能是 是核间距，α是常数， c是真空电容率 E=u/4πeorn-Z,Z2e2/4πeo 最后在一适当距离达到平衡，即斥力和引力相等
8 E=α ∕ 4πε0 r n -Z1Z2 e 2 ∕ 4πε0 r 离子键的本质 静电引力 离子键包 括同号离 子间的斥 力和异号 离子间的 引力 原子或原子团发生电子得失 而形成正负离子，通过正负 离子间的静电作用 离子从无限远处靠近 形成离子晶体而作 的功。其吸引力为 库仑势能是 E=-Z1Z2 e 2 ∕ 4πε0 r F=Z+Z- /d2 阴阳离子不可能无限靠近， 离子的核外电子以及原子核 间都有强烈相互作用 离子间所产生的排斥力是 一种短程力，相应的位 能可以相当满意地用 E=α ∕ 4πε0 r n 式中n是玻恩(Born)指数r 是核间距，α是常数， ε0是真空电容率 两个离子在距离为r时，净相互作用能是 最后在一适当距离达到平衡，即斥力和引力相等 一 离子键的形成
二离子键的特点 本质是静电引力（库仑引力） f=99 R 特点：没有方向性和饱和性（库仑引力的性质所决定） 离子周围与其接触的异号离子数称之为配位数 NaCl:6 CsCl:8 ZnS:4 NaCl 这个例子能够说明一个离子周围的异电荷离子数与各自所带电 荷的多少（或者说由引而产生的作用力的强弱）无关
9 二 离子键的特点 本质是静电引力（库仑引力） 特点：没有方向性和饱和性（库仑引力的性质所决定） 2 R q q f + − = NaCl CsCl 这个例子能够说明一个离子周围的异电荷离子数与各自所带电 荷的多少(或者说由引而产生的作用力的强弱)无关. 离子周围与其接触的异号离子数称之为配位数 NaCl: 6 CsCl: 8 ZnS: 4
离子键中键的极性与元素电负性的关系 Relationship of ionic nature percent of single bond and the difference of electronegativity XA-XB ionic nature percent (% XAXB ionic nature percent (% 1.8 55 49152 1.0 6 607 1.2 0 2.8 86 1.4 39 3.0 89 1.6 47 3.2 ·K 也可用Hannay&Smyth公式 来计算键的离子性 公 %离子性=16（△x)+3.5(△x)2 ®9的 10
10 离子键中键的极性与元素电负性的关系 也可用Hannay & Smyth 公式 来计算键的离子性. % 离子性=16（△x）+3.5 （△x）2 0.2 1 1.8 55 0.4 4 2.0 63 0.6 9 2.2 70 0.8 15 2.4 76 1.0 22 2.6 82 1.2 30 2.8 86 1.4 39 3.0 89 1.6 47 3.2 92 Relationship of ionic nature percent of single bond and the difference of electronegativity xA -xB ionic nature percent (%) xA -xB ionic nature percent (%)