最新3化学键与分子结构

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一个形象的说法就是,在金属晶体中,金属原子整齐 的排列在一起,并浸泡在自由电子的海洋中。
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图:金属的电子海模型,带正电的球表示内层电子原 子核,周围的著色表示非定域电子构成的电子海
特点: 无方向性、无饱和性
金属特性:
•导电性:自由电子在外电场作用下可定向流动; •导热性:不断碰撞的自由电子可将热量交换和递; •延展性:金属可以在不破坏晶体结构,受力作用时整 层滑动。 •金属光泽:自由电子能够吸收并重新发射很宽波长范 围的光线,使金属不透明而具有金属光泽。
由于金属的自由电子模型过于简单化, 不能解释金属晶体为什么有结合力,也不 能解释金属晶体为什么有导体、绝缘体和 半导体之分。随着科学和生产的发展,主 要是量子理论的发展,建立了能带理论。
金属能带理论
分子轨道理论将金属晶体看作一个巨大分子,结合在 一起的无数个金属原子形成无数条分子轨道,某些电子就 会处在涉及构成整块金属原子在内的轨道,这样就产生了 金属的能带理论(金属键的量子力学模型)。
但离子键和共价键之间,并非可以截然区分的。
化合物中不存在百分之百的离子键,即使是 CsF 的化学 键,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。
X > 1.7 ,实际上是指离子键的成分大于 50 %。
2° 易形成稳定离子 Na + 2s 2 2p 6,Cl- 3s 2 3p 6 ,达到稀有气体式稳定结构。 Ag + 4d10 , Zn 2 + 3d10 , d 轨道全充满的稳定结构。 只转移少数的电子,就达到稳定结构。
nNaCl
相应的电子构型变化: 2s 2 2p 6 3s 1 —— 2s 2 2p 6 , 3s 2 3p 5 —— 3s 2 3p 6 形成 Ne 和 Ar 的稀有气体原子的结构,形成稳定离子。
离子键:原子之间由于价电子转移形成正、负 离子,靠静电引力结合形成的化学键。
2 离子键的形成条件
1°元素的电负性差比较大 X > 1.7,发生电子转移,形成离子键; X < 1.7,不发生电子转移,形成共价键。
由于每个锂原子只有1 个价电子,该离域轨道应处 于半满状态。电子成对地处 于能带内部能级最低的轨道 上,使能级较高的一半轨道 空置。在充满了的那一半能 带的最高能级上,电子靠近 能量较低的空能级,从而很 容易离开原来能级,进入能 量略高的空能级。
根据能带结构中禁带宽度和能带中电子填充 状况,可把物质分为导体、绝缘体和半导体。
3化学键与分子结构
本章教学要求
基本要求: 掌握化学键和分子结构的基本概念和有关
理论,了解化学键的成键本质。 重 点: 共价键的基本理论。 难 点: 分子轨道理论。
金属键理论主要有两种:
改性共价键理论 ,能带理论
改性共价键理论
金属元素的电负性较小,电离能也较小,最外层价电 子容易脱离原子核的束缚,形成“自由电子”或“离域电 子”。在金属晶体中,自由电子作穿梭运动,它不专属于 某个金属离子而为整个金属晶体所共有(自由电子模型)。 这些自由电子与全部金属离子相互作用,从而形成某种结 合,这种作用称为金属键。
导体中存在导带,在电场作用下,导带中的电子很容易跃入导 带中的空分子轨道中去,从而导电。绝缘体和半导体中不存在导 带,这是它们的共同点,不同的是满带和空带之间的禁带的能量间 隔不同。一般绝缘体的能量间隔大,一般电子很难获得能量跃过禁 带;而一般半导体的能量间隔,在一定条件下,少数高能电子能跃 过禁带而导电。
能能带带理理论论中中的的一一些些重重要要概概念念
能带: 一组连续状态的分子轨道 导带: 电子在其中能自由运动的能带 满带: 完全充满电子的能带 禁带: 能带和能带之间的区域
空带:没有电子的能带
能带理论的基本要点
(1)成键时价电子必须是“离域”的,属于整个金属晶 格 的原子所共有; (2)金属晶格中原子密集,能组成许多分子轨道,相邻
【讨论2】金属为什么易导热?
金属容易导热,是由于自由电子 运动时与金属离子碰撞把能量从温 度高的部分传到温度低的部分,从 而使整块金属达到相同的温度。
【讨论3】金属为什么具有较好的延 展性?
金属晶体中由于金属离子与自由电子间的 相互作用没有方向性,各原子层之间发生相对 滑动以后,仍可保持这种相互作用,因而即使 在外力作用下,发生形变也不易断裂。
的分子轨道间的能量差很小 ,以致形成“能带 ”; (3)“能带”也可以看成是紧密堆积的金属原子的电子 能级发生的重叠, 这种能带是属于整个金属晶体的;
(4)以原子轨道能级的不同,金属晶体中可有不同的能 带,例如导带、禁带等;
(5)金属中相邻的能带有时可以互相重叠。
Mg的外层电子构 型为3s2,其3s能带是 满带,没有空轨道, 似乎不能导电。但Mg 的相邻能带之间的能 量间隔很小,使Mg的 3s和3p能带发生部分 重叠,从而形成一个 更大的导带。
•金属易形成合金:硬度、強度、韧性及熔沸点发生 改变(如加碳、磷、硫等)
•较高熔沸点:强静电作用
金属晶体的结构与金属性质的内在联系
【讨论1】 金属为什么易导电? 在金属晶体中,存在着许多自由电子,
这些自由电子的运动是没有一定方向的, 但在外加电场的条件下自由电子就会发 生定向运动,因而形成电流,所以金属 容易导电。
2 离子键
由电负性相差很大元素所形成的化合物中组 成的质点是离子,连接异号电荷离子的作用力主 要是静电引力,这种化学键称为离子键。为了说 明这类化合物的原子相互结合的本质,人们提出 了离子键理论。
1 形成过程 -ne-
Biblioteka BaidunNa(3s1)
+nenCl(3s23p5)
Na+(2s22p6) 静电引力
Cl- (3s23p6)
金属的延展性
➢金属晶体受外力时,金属阳离子因自由电子的环绕而不断裂。 ➢离子晶体受外力时,产生同性离子间的斥力而崩裂
不同的金属在某些性质方面,如密度、硬度、熔点等又表 现出很大差别。这与金属原子本身、晶体中原子的排列方式 等因素有关。
一般说来,价电子多的金属元素单质的电导率、硬度和 熔沸点都比较高。
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