无机化学_化学键与分子结构 PPT课件

案
r ( 3 1) r
结论
r r
0.732

r r
0.732
时 ，配位数为 8 , CsCl 式晶体结构。
四配位的介稳状态图。
无
机
化
学
电
子 教
AD = r r 3 a A E= r 2 a
2
2
案
r r 6
r
2
r r
0.225
结论
r r 0.225
电 子
3. 离子晶体的构型除了与正、负离子的半径比有关外，还与离
教 案
子的电子层构型、离子数目、外界条件等因素有关。CsCl
4. 离子型化合物的正、负离子半径比规则，只能应用于离子型
晶体，而不能用它判断共价型化合物。
4.1.5 晶格能
(1)定义：互相远离的气态正、负离子结合生成1 mol 离
子晶体时所释放的能量，用 U 表示。
化 学
d rMg2 rO2 21O rO2 210 132 78 d r r
教 案
1926 年，哥德希密特 ( Goldschmidt ) 用光学方法测
得了 F－ 和 O 2－ 的半径，分别为 133 pm 和 132 pm。 结
别,掌握价键理论、杂化轨道理论、价层电子对互斥理论、
分子轨道理论,掌握金属键的改性共价键理论、了解能带理
论,理解分子间作用力的概念、氢键的特性和形成条件。
为什么要讨论分子的内部结构？
分子的内部结构包含哪些内容？
分子中原子间的相互作用，即化学键问题；
无 机 分子或晶体的空间构型；
化 学
分子与分子之间的相互作用；
⑤ 9 -17电子构型，如
无
机
Fe2 , Cr 3 , Mn2 , Fe3 , Ni 2 , Co 2 , Cu 2等(ns2np6nd19 )
化
学 离子的电子层构型同离子的作用力，即离子键的强度有密切
电 子 关系。在离子的半径和电荷大致相同条件下，不同构型的正
教 案
离子对同种负离子的结合力的大小规律：
和氯；对过渡元素，d 轨道一般处于半充满，例外较多。
② 原子间发生电子转移而形成具有稳定结构的正负离子， 当正、负离子的吸引和排斥力达到平衡时形成离子键。
离子键: 原子间发生电子的转移，形成正、负离子，并通过静
无 电作用形成的化学键。
机 化
以NaCl为例
学 Na→Na+
电 子
Cl→Cl-
2s 2 2p 6 3s 1 → 2s 2 2p 6 2s 2 2p 5 → 2s 2 2p 6
主要以晶体形式存在
较高熔点和沸点
无 机
熔融或水溶解后能导电 ？
化 学
4.1.1
离子键的形成
电 子（1）离子键理论 1916 年德国科学家 Kossel ( 科塞尔 ) 提出
教 ① 当活泼金属的原子与活泼的非金属原子相互化合时，均有通
案 过得失电子而达到稳定电子构型的倾向；
对主族元素，稳定结构是指具有稀有气体的电子结构，如钠
熔点、沸点较高
无
机 ② 因离子键强度大
硬度高
化
学
受到外力冲击时，易发生位错
导致破碎 。
电
子
+－+－
位错
+－+－
教
－+－+
案
－+－+
③ 离子的定向迁移
导电性
④ 离子晶体中不存在单个分子
巨型分子
（2）离子晶体的类型
AB型离子化合物的三种主要的晶体结构类型
无 （a）CsCl型晶体
机
属简单立方晶格
化
学
配位比 8 ‫ ׃‬8
无
机
A
化
学
D
C
电
B
子
教
案
AB 2 AC 即 2(r r ) 2(2 r )
r ( 2 1) r

r r
0.414
无
+
机
化
学
电
子
教 案 如果 r+ 再大些, 则阴离子同号相离, 异号相切的稳定状态。
结论
r r
0.414
时 ，配位数为 6 , NaCl 式晶体结构。
电 子
晶胞中离子的个数：
a
教
Cs+: 1个
案
Cl‾: 8(1/8) = 1 个
异号离子间的距离 d 3 a 0.866a 2
（b）NaCl型晶体
属立方面心晶格 配位比 6 ‫ ׃‬6
晶胞中离子的个数：
Na+: 12(1/4)+1=4个
无
Cl‾: 8(1/8)+6 (1/2) = 4 个
时 ，配位数为 3 。
AB型化合物离子半径比与配位数和晶体类型的关系
r +/ r－
配位数 晶体类型
实例
无 机
0.225~0.414
化
学
电 子
0.414~0.732
教
案
4
ZnS型
ZnS, ZnO,
BeS, BeO,
CuCl, CuBr
6
NaCl型 NaCl, KCl, NaBr,
LiF, CaO, MgO,
机 化（2）离子键没有方向性
学
与任何方向的电性不同的离子相吸引，所以无方向性。
电
子（3）离子键没有饱和性
教 案
只要是正负离子之间，则彼此吸引，即无饱和性。
（4）键的离子性与元素的电负性有关
χ > 1.7，发生电子转移，形成离子键； P125 χ < 1.7，不发生电子转移，形成共价键。
化合物中不存在百分之百的离子键，即使是 CsF 的化
学 ④ 负离子半径一般较大(150 - 250 pm)；正离子半径一般较
电 子
小( 10 - 170pm)。
教 ⑤ 周期表中对角线上，左上的元素和右下的元素的离子半
案 径相近 。
Li
Na
Mg 2
Sc3
Ca 2
Zr4
4.1.4 离子晶体
（1） 离子晶体的特性
① 正负离子间的静电作用力较强
离子键
AB型化合物单键的离子性百分数与电负性差值之间的关系
电负性差
无
0.2
机
0.4
化 学
0.6
电
0.8
子
1.0
教
案
1.2
1.4
1.6
离子性/% 1 4 9 15 22 30 39 47
电负性差 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2
离子性/% 55 63 70 76 82 86 89 92
35chenli共价键的本质两原子互相接近时由于原子轨道重叠两原子共用自旋相反的电子对使体系能量降低而形成化a电子配对原理2成键原理paulingslater近代价键理论c原子轨道最大重叠原理两原子接近时自旋相反的未成对电子可以配对形成共价键b能量最低原理自旋相反的未成对电子配对成键后放出能量使体系量降低
电 子
分子结构与物质性质的关系。
教 案 什么是化学键？元素的原子之间为什么能化合？
化学键——分子或晶体中原子间的强相互作用 （> 40 kJ·mol-1）
离子键理论
1916
共价键理论
无
机 化
科塞尔(Kossel)
学
电
子
教
案
海特勒
伦敦
价键理论 1927
1916
路易斯(G.N. Lewis)
西奇威克(sidgwick) 1940 吉来斯必(R.J. Gillrdpie) 价层电子对互斥理论
学 1976年，Shanon通过归纳氧化物中正负离子核间距数据并考
电 子
虑配位数、几何构型和电子自旋等因素，提出了一套新数据。
教 案
2. 离子半径的变化规律
① 同主族从上到下，随电子层增加，具有相同电荷数的同
族离子半径增加。
Li + < Na + < K + < Rb + < Cs + F－ < Cl－ < Br－ < I－
CaS, BaS
0.732~1
8
CsCl型 CsCl, CsBr, CsI,
NH4Cl, TlCN
注意点：
1. 对于离子化合物中离子的任一配位数来说，都有一相应的正
负离子半径比值范围。例外，RbCl 0.82
无 机 2. 当一个化合物的正、负离子半径比处于接近极限值时，则该
化 学
化合物可能同时具有两种构型的晶体。GeO2 0.38
密立根(RS Mulliken) 1928
鲍林
休克尔(E.Huckel) 1931 分子轨道轨道理论
杂化轨道理论 1931
§4.1 离子键理论
4.1.1 离子键的形成
无 机
4.1.2 离子键特点
化
学
4.1.3 离子特征
电
子 教
4.1.4 离子晶体
案
4.1.5 晶格能
离子型化合物：活泼金属原子与活泼非金属原子所形成的 化合物。如KCl，CaO等。
机 化
异号离子间距离 d 0.5a
学 （c）立方ZnS型
电 子
属立方面心晶格 配位比 4 ‫ ׃‬4
教
晶胞中离子的个数：
案
Zn2+: 4个
S2‾: 6 (1/2) + 8(1/8) = 4 个
异号离子间距离 d 3 a 0.433a
4
(3) 离子半径比与配位数和晶体构型的关系
从六配位的介稳状态出发，探讨半径比与配位数之间的关系。
无 Na+ ( g ) + Cl－ ( g ) = NaCl ( s )
U = -△rHm ø
机 化 晶格能的数据是指在0K和100k Pa条件下上述过程的能量变化。如
学 果上述过程是在298K和101325 Pa条件下进行时，则释放的能量为
电 晶格焓。晶格能 U 越大，则形成离子键得到离子晶体时放出的能
首先形成稳定离子
教
案
然后由静电吸引形成化学键
V总势能
V吸引
V排斥

qq
4 0 R

AeR

(2) 离子键的形成条件
1. 元素的电负性差比较大
χ > 1.7，发生电子转移，产生正、负离子，形成离子键；
无 χ < 1.7，不发生电子转移，形成共价键。（χ > 1.7 ，实 机 际上是指离子键的成分大于 50 %） 化 学 2. 易形成稳定离子 电 Na + 2s 2 2p 6，Cl－ 3s 2 3p 6 ， 子 教 只转移少数的电子就达到稀有气体式稳定结构。 案 3. 形成离子键时释放能量多
学键(92%离子性)，其中也有共价键的成分。即除离子间靠
静电相互吸引外，尚有共用电子对的作用。
无
机
X > 1.7 ，实际上是指离子键的成分大于 50 %。
化 学 离子键和共价键之间, 并非可以截然区分的，可将离子键视
电 子
为极性共价键的一个极端, 另一极端为非极性共价键。
教
案
极性增大
非极性共价键
极性共价键
教
案
② 8电子构型，如 Na , Mg2 等 (ns2np6 )
③ 18电子构型，如
Zn 2 , Cd 2 , Hg 2 , Cu , Ag等(ns2np6nd10 )
④ (18+2)电子构型，如 Pb 2 ,Sn 2 , Bi 3 , Tl (n 1)s2 (n 1)p6 (n 1)d10ns2
无 机 化 学 电 子 教 案
4.1.3 离子的特征
（1）离子的电荷 ——相应原子的得失电子数
电荷高，离子键强。 +1, +2, +3, +4
无 机（2）离子的电子层构型
化
简单负离子的电子层构型一般都具有稳定的8电子结构如F-
学 电
正离子的电子层构型大致有 5 种
子
① 2电子构型，如 Li , Be 2 (1s2 )
+
+
无
+
机
化 学
+
+
电
子 教 如果r+ 小些, 则阴离子同号相切, 异号相离的不稳定状态，使
案 晶体中离子的配位数下降。
结论
r r
0.414
时 ，配位数为
4 , ZnS式晶体结构。
八配位的介稳状态的对角面图。
C
D
C
D
无
机
化
B
学
A
B
电
A
子
教 A C 3 BC 即 2(r r ) 3(2 r )
Na ( s ) + 1/2 Cl 2 ( g ) = NaCl ( s ) H = －410.9 kJ·mol－1 在形成离子键时，以放热的形式，释放较多的能量。
4.1.2 离子键特点
(1) 离子键的本质是静电引力
F q1 q2
q1 ，q2 分别为正负离子所带电量 ，
无
r2
r 为正负离子的核间距离，F为静电引力。
② 同周期的主族元素随族数增加，正离子电荷数升高，最
高价离子半径减小。Na + > Mg 2 + > Al 3 + K + > Ca 2 +
过渡元素，离子半径变化规律不明显 。
无 ③ 同一元素，不同价态的离子，电荷高的半径小。
机 化
如 Ti 4 + < Ti 3 + ； Fe 3 + < Fe 2 + 。
8电子构型离子 < 9— 17电子构型离子 < 18或18+2电子构型
的离子
NaCl CuCl
（3）离子半径
1. 概念: 将离子晶体中的离子看成是相切的球体，正负离子 的核间距 d 是 r + 和 r－ 之和 。
d 值可由晶体的 X 射线衍射实验测定得到。 r+ r -
无 机
例： MgO
d = 210 pm
合 X 射线衍射所得的 d 值，得到一系列离子半径，称为
哥德希密特半径。
离子的作用半径
1927 年，Pauling 把最外层电子到核的距离，定义为离子半 径。并利用有效核电荷等数据，求出一套离子半径数值，被
称为 Pauling 半径 。
无 机 化
r cn
Z
Z为核电数，σ为屏蔽常数，Cn为取决于最外 电子层主量子数n的一个常数。
无机化学
无
机 第四章 化学键与分子结构
化
学
电 Chapter 4 Chemical bond and
子
教 案
molecular structure
基本内容和重点要求
§4.1 离子键理论
无 机
§4.2 共价键理论
化 学
§4.3 金属键理论
电
子
§4.4 分子间作用力
教
案 掌握离子键、共价键和金属键的基本特性及其它们的区