3.3化学键 分子间力 高分子材料

4、键的离子性和共价性
大多数物质的化学键都具有离子性和共价性 双重性质。 离子键和共价键并没有严格的界限，离子键 中包含着共价键成分，共价键中蕴藏着离子 键成分。

二、范德华力、氢键和次价力
1.分子的极性 分子中，由于原子核所带正电荷的电量和核外电子所带负
电荷的电量相等，所以就分子总体上说是电中性的。但从分子
如： F2
Cl2
Br2
I2
沸点升高
分子体积越大，变形性越大，色散力越大。 说明下列物质熔沸点的高低：SiF4 、SiCl4 、SiBr4 、SiI4。
PF3 、PCl3 、PBr3、 PI3。
4. 氢键
氢键：分子中与高电负性原子X以共价键相连的氢原子，与 另一个高电负性原子Y之间形成的弱键。 X—H…Y X、Y：高电负性的F、O、N。
分子轨道理论
Basic Principles: 分子轨道由原子轨道线性组合而成. 原子轨道线性组合遵循三原则： ①对称性匹配; ②能量相近; ③最大重叠. 分子轨道上的电子排布同样遵循原子轨道上电子排布原则： ① Pauli 不相容原理; ② 能量最低原理; ③ Hund规则.
配位键：在分子中某些原子提供未成对电子，另外的原子 提供空的原子轨道，然后两者共享这些成键电子。即一个原子 有杂化空轨道，另外的原子有孤对电子，两者结合形成一种稳
( Mg 3s2) ( Zn 3d104s2) ( Sn 5s25p2) ( Fe 3d64s2)
2. 共价键 当同种元素或电负性相差不是很大的不同种元素相互 靠近（反应）时，一般以共价键结合形成共价型单质或共
价型化合物。即生成分子的两原子分别提供未成对电子参
与成键，这些电子为两者共有。共价键的本质是两个原子 有自旋方向相反的未成对电子，它们原子轨道发生重叠， 使体系的能量降低。 由相同原子形成的单质分子(如H2、O2、N2)和由电负性
①结构特征
离子键无方向性、无饱和性。
②性能特征 a. 熔点高、硬度大、挥发性低、韧性和延展性差；
b. 固体一般不导电，融熔态或水溶液可导电 c. 溶解度有很大差异





离子的类型 离子半径 d=r++r离子电荷 得失电子数 离子的电子构型 2电子构型 如：Li+、Be2+ 8电子构型 如：Na+、Mg2+ 18电子构型 如：Zn2+、Sn2+ 18+2电子构型 如：Sn4+ 不规则电子构型 如：Fe2+
电偶极矩，通常用μ表示：μ=q.l。
偶极矩越大，分子的极性就越大。
H H H Cl F F
Cl
Cl
H
Br
F
H
O +
H
非极性共价键
极性共价键
极性共价键
极性共价键
μ=0
μ=q·d
μ=0
μ=q·d
3. 范德华力 (分子间作用力)
Dipole—dipole forces(取向力) Dipole-induced dipoleForces(诱导力) Dispersion forces (色散力) 取向力(极性分子间)：由固有偶极之间的作用而产生的分子间力。 δ- δ+ δ- δ+ δ+ δδ- δ+
内部正负电荷的分布情况，可以把分子分成极性分子和非极性 分子。设想在分子中有一个等效的正电荷和负电荷中心，正负 电荷等效中心完全重合的分子就是非极性分子；正负电荷等效 中心不完全重合的分子就是极性分子。 显然，离子键结合的分子是极性分子，不同非金属元素形 成的共价键分子，且空间排布不对称时是极性分子；同种原子 形成的双原子分子是非极性分子，不同非金属元素形成的共价
生成离子键的条件：原子间电负性相差一般要大于2.0.
Na
Cl
NaCl
+
-
ຫໍສະໝຸດ Baidu
(1) 本质: Electrostactic attraction between anion (Mn+) & cation (Xn-). (2) 特点: * 无方向性和饱和性 . (3) r+/r- 越大，周围异号离子越多。
polar covalence in an “ionic” solid
分子正负电荷重叠------非极性分子
shared electron pair (Covalent) bond
F
+
F
F
F
Two fluorine atoms
a fluorine molecule
δ-
O
O
δ+ C
δ-
O
O
homon unclear molecule, no permenanent dipole moment
键分子，且空间排布对称时是非极性分子。
分子正负电荷不重叠------极性分子。
δO H δ+ H H δ .. O δ+ H H
..
N
H
107.30
H NH3 δ+ δO
water molecule
water molecule
Li
F
Li
F
C
252pm
156pm
carbon monoxide
μ = 0.1D
δ-
A +
δ+
δ-
B +
δ+
偶极-偶极间力
诱导力(极性分子与非极性分子间) ：诱导偶极与固有偶极之间的
分子间力。 δδ+
A +
B +
δ+ δδ+ δ-
δ-
A +
δ-
δ+
δ-
B +
δ+
δ+
诱导偶极
δ+ δδδ+
诱导偶极
δ+ δ- δ+ δ-
吸引
吸引
色散力(所有分子间) ：瞬间偶极之间的异极吸引而产生的分子 间力。
配位键可用以下3种理论来解释

①价键理论。认为配体上的电子进入中心原子的杂化轨道。 例如钴（Ⅲ）的配合物〔CoF6〕3-中F的孤对电子进入Co3+的 sp3d2杂化轨道，这种配合物称为外轨配合物或高自旋配合物， 有4个未成对电子，因而是顺磁性的。〔Co(NH3)-6〕3+中NH3的 孤对电子进入Co3+的d2sp3杂化轨道 ，这种配合物称为内轨配合 物或低自旋配合物，由于所有电子都已成对，因而没有顺磁性 而为抗磁性。 ②晶体场理论。 将配体看作点电荷或偶极子，同时考虑配体产生的静电场对中 心原子的原子轨道能级的影响。 ③分子轨道理论 。 假定电子是在分子轨道中运动，应用群论或根据成键的基本原 则就可得出分子轨道能级图。再把电子从能量最低的分子轨道 开始按照泡利原理逐一填入，即得分子的电子组态。分子轨道 分为成键轨道和反键轨道。分子的键合程度取决于分子中成键 电子数与反键电子数之差。
A +
B +
δ- δ+ A +
δ-
δ+ A +
δ-
B +
B +
δ+
B
定向力(极性分子间) 诱导力(极性分子与非极性分子间)
色散力(所有分子间)
分子间力的特点
(1)能量小：几个~几十KJ.mol; (2)近距离的（作用范围约几百pm）、无方向性、无饱和性。 (3)色散力为主，定向力只在极性很强的分子的分子间作用力中 占较大比重。 分子间力对理化性质有影响。

轨道重叠时必须相位相同（即方向相同）。
轨道以最大程度重叠构成一个共价键，且不能 再与第三个电子结合。
2）共价键的特性 具有饱和性和方向性 B: 具有一定的键长、键角、键能。
A:
键长：分子内两个成键原子核间的平均离。 键角：分子中相邻两个键间的夹角。 键能：原子轨道重叠释放出的能量。
1 x
1 y
0 z
*
1
1 x
1 y
1 z
杂化
sp 3

②
BeCl2

③
BF3
B[He]2s 2p B [He]2s 2p 2p
2 1 x * 1 1 x
1 y
杂化
B [He](sp ) (sp ) (sp )
*
2 1 1
2 1 2
2 1 3
sp
2
非等性杂化

NH3

H2O
说明：

杂化轨道理论是对价键理论的发展，很好的解 释了许多分子的成键情况和多原子分子的空间 结构 ， 但也有一些分子的空间结构无法解释。 如硫酸根是正四面体构型。
离子键的强度与离子的电荷成正比，与离子的半径成反比。
离子晶体的性能比较
编号
晶体 核间距d/pm 晶格能
U/kJ· mol-1
1
NaF 231 933
2
NaCl 279 770
3
NaBr 294 732
4
NaI 318 686
熔点/K
硬度（金刚石=10）
1261
3.2
1074
2.0
1013
935
离子键特征
Cs+
Cl-
Na+
Cl-
(4) 离子半径 吸引力(正负离子间)=排斥力(电子间、原子核间),d=r++r离子半径越小，离子间的吸引力越大，离子化合物的熔 点、沸点越高。 LiF NaF KF 856℃
r(M+)
m.p.
60pm
95pm 133pm
1040℃ 995℃
(5)离子电荷:离子电荷越高，对反离子的吸引力越大，使化 合物熔点越高。 如：CaO----2590℃; KF----856℃.

表 键长和键角
分子式
H2O H2S NH3
键长 / pm
95.8 133.6 100.8
键角
104°45’ 92.1° 107°18’
PH3 CH4
CO2
145.9 109.1
116.2
93.6 109°28’
180°
3）共价键的类型

键：
成键轨道沿键轴方向以头碰头方式重叠。可绕键轴自由旋转。
carbon dioxide zero parmenant dipole moment because bond dipole cancel out
2.电偶极矩 (Dipole moment) 分子的极性可用偶极矩来定量地量度。若正负电荷所带 的电量为q，正负电荷等效中心的距离为l，则两者的乘积就叫


2）常见的杂化轨道即空间构型
SP 杂化 直线 SP2 杂化 三角 形 SP3 杂化 四面 体 SP3d 杂化 三角 双锥 d2SP3杂化 八面 体

实例
C[He]2s 2p 2p 2p C [He]2s 2p 2p 2p
2

①
3 1 3 1 3 1 CH4 C*[He](sp3 )1 (sp ) (sp ) (sp )4 1 2 3
第三章物质的结构和材料 的性质
3.3
化学键(Chemical Bond )
一、化学键：大多数物质通过某种强的相互作用将两个或多个 原子(离子）结合成分子，这种强的相互作用就称为化学键。 化学键主要包括：离子键
共价键 金属键
1.
离子键：当电负性较小的活泼金属和电负性较大的活泼非金 属元素相互靠近（反应）时，前者易失去电子成为正离子， 后者易得到电子成为负离子，从而正负离子之间以静电引力 结合在一起，形成了离子型化合物。
硫原子以sp3杂化轨道成键、离子中存在4个σ键，离子为正 四面体形。 硫酸根是一个硫原子和四个氧原子通过共价键连 接形成的正四面体结构，硫原子位于正四面体的中心位置上， 而四个氧原子则位于它的四个顶点，一组氧-硫-氧键的键角为 109°28'，而一组氧-硫键的键长为1.44埃。因硫酸根失去两 个电子才形成稳定的结构，因此带负电，且很容易与金属离 子或铵根结合，产生离子键而稳定下来。
定的离子或分子。
四面体形[Zn(NH3)4]2+配离子(4个sp3杂化轨道)。
NH3
Zn2+
NH3
NH3 NH3
ligends
3.配位键

例如氨和三氟化硼可以形成配位化合物：图片式中→ 表示配位键。在N和B之间的一对电子来自N原子上的 孤对电子。
配位键是极性键，电子总是偏向一方，根据极性的强弱，或接 近离子键，或接近极性共价键。在一些配合物中，除配体向受 体提供电子形成普通配位键外，受体的电子也向配体转移形成 反馈配键 。例如Ni（CO）4中CO中碳上的孤对电子向镍原子 配位形成σ配位键 ，镍原子的d电子则反过来流向CO的空π*反 键轨道，形成四电子三中心d-pπ键，就是反馈配键。非金属配 位化合物中也可能存在这种键。
相近的元素原子形成的化合物(如HCl 、 H2O、NH3)不能用离
子键理论解释。因为原子的核外电子间是互相排斥的，原子 之间不应结合在一起。 为了解释以上事实，可用共价键理论。
电子配对理论（价键理论）

1）形成 价键理论认为 若原子在未化合之前有未充满电子的轨道则这 两轨道相互重叠形成共价键。
键：
成键轨道垂直于键轴而且相互平，以行肩并肩的方式重叠。不能
绕键轴自由旋转。
杂化轨道理论

价键理论有较大的局限性,有许多现象不能解释,导致了 杂化轨道理论的发展。 例如：CH4 （C 2s22p2） BF3（B 2s22p1）
1）Pauling提出了杂化轨道理论:

在形成分子的过程中，由于原子间的相互影响，若干类型不同而 能量相近的原子轨道相互混杂，重新组合成一组能量相等 , 成分 相同的新轨道，叫做杂化轨道，这一过程称为杂化。 杂化轨道 ,相互以最大距离分布在原子核周围。与其他原子轨道 重叠时形成σ键。 轨道在杂化前后的数目总和相同、能量总和相同。