同济大学：《普通化学》课程教学资源（PPT课件讲稿）第四章 结构化学（4.2）化学键和分子结构

结构化学 第一节化学键和分子结构

1 结构化学 第二节 化学键和分子结构

化学键( Chemical band)是指分子或晶体中 相邻两个或多个原子或离子之间的强烈作用 力。根据作用力性质的不同,化学键可分为 离子键、共价键和金属键等基本类型。不同 的分子或晶体具有不同的化学组成和不同的 化学键结合方式,因而具有不同的微观结构 和不同的化学性质

2 化学键（Chemical band）是指分子或晶体中 相邻两个或多个原子或离子之间的强烈作用 力。根据作用力性质的不同，化学键可分为 离子键、共价键和金属键等基本类型。不同 的分子或晶体具有不同的化学组成和不同的 化学键结合方式，因而具有不同的微观结构 和不同的化学性质

、离子键 离子键的形成 1916年,德国化学家柯塞尔(W. Kosse1)提出了离 子键理论,解释电负性差别较大的元素间所形成的 化学键。 能量 核间距 离子键形成过程的能量曲线

3 一、离子键 1．离子键的形成 1916年，德国化学家柯塞尔（W. Kossel）提出了离 子键理论，解释电负性差别较大的元素间所形成的 化学键。 离子键形成过程的能量曲线

令当带有相反电荷的离子彼此接近时,通过静电吸引, 逐渐靠近,并使体系的总能量不断降低。但当两 个或多个异性离子彼此相吸达到很近的距离时, 正负离子的电子云之间,以及它们的原子核之间 的斥力将随着核间距的缩小而迅速变大,并使整 个体系的能量也迅速增大。当原子核间的距离达 到某一个特定值时,正负离子间的引力和斥力达 到平衡,体系的总能量降至最低。此时体系处于 相对稳定状态,正负离子间形成一种稳定牢固的 结合,即形成了化学键。这种由正负离子间的静 电引力形成的化学键称为离子键 通过离子键形成的化合物或晶体,称为离子化合 物或离子晶体

4 ❖ 当带有相反电荷的离子彼此接近时,通过静电吸引， 逐渐靠近，并使体系的总能量不断降低。但当两 个或多个异性离子彼此相吸达到很近的距离时， 正负离子的电子云之间，以及它们的原子核之间 的斥力将随着核间距的缩小而迅速变大，并使整 个体系的能量也迅速增大。当原子核间的距离达 到某一个特定值时，正负离子间的引力和斥力达 到平衡，体系的总能量降至最低。此时体系处于 相对稳定状态，正负离子间形成一种稳定牢固的 结合，即形成了化学键。这种由正负离子间的静 电引力形成的化学键称为离子键。 ❖ 通过离子键形成的化合物或晶体，称为离子化合 物或离子晶体

2.离子键的特征 (1)无方向性 由于离子电荷的分布可看作是球形对称的,在各个 方向上的静电效应是等同的。 (2)无饱和性 同一个离子可以和不同数目的异性电荷离子结合, 只要离子周围的空间允许,每一离子尽可能多地吸 引异号电荷离子,因此,离子键无饱和性。但不应 误解为一种离子周围所配位的异性电荷离子的数目 是任意的。恰恰相反,晶体中每种离子都有一定的 配位数,它主要取决于相互作用的离子的相对大小 并使得异性离子间的吸引力应大于同性离子间的排 斥力

5 2．离子键的特征 (1) 无方向性 由于离子电荷的分布可看作是球形对称的，在各个 方向上的静电效应是等同的。 (2) 无饱和性 同一个离子可以和不同数目的异性电荷离子结合， 只要离子周围的空间允许，每一离子尽可能多地吸 引异号电荷离子，因此，离子键无饱和性。但不应 误解为一种离子周围所配位的异性电荷离子的数目 是任意的。恰恰相反，晶体中每种离子都有一定的 配位数，它主要取决于相互作用的离子的相对大小， 并使得异性离子间的吸引力应大于同性离子间的排 斥力

3.影响离子键强弱的主要因素 1)离子半径,离子电荷与离子势Zr 离子半径r是指离子在晶体中的接触半径。把晶体中 的正、负离子看作是相互接触的两个球,两个原子 核之间的平均距离——核间距d,即为正、负离子半 径之间之和,即d=r1+n 离子半径的测算示意图6

6 3．影响离子键强弱的主要因素 (1) 离子半径，离子电荷与离子势Z/r 离子半径r是指离子在晶体中的接触半径。把晶体中 的正、负离子看作是相互接触的两个球，两个原子 核之间的平均距离——核间距d，即为正、负离子半 径之间之和，即 d = r+ + r− 离子半径的测算示意图

元素的离子半径周期性变化规律与原子半径的变化 规律大致相同: 同一主族各元素的电荷数相同的离子,离子半径随 电子层数的增加而增大。 如 <1-<F-<7 同一周期各元素的离子,当电子构型相同时,随离 子电荷数的增加,阳离子半径减小,阴离子半径增 大。如 F-<2。<F 而阴离子半径总比同周期元素的阳离子半径大。同 元素的高价阳离子总比低价阳离子小

7 元素的离子半径周期性变化规律与原子半径的变化 规律大致相同： 同一主族各元素的电荷数相同的离子，离子半径随 电子层数的增加而增大。 如 ； 。 同一周期各元素的离子，当电子构型相同时，随离 子电荷数的增加，阳离子半径减小，阴离子半径增 大。如 ， 。 而阴离子半径总比同周期元素的阳离子半径大。同 一元素的高价阳离子总比低价阳离子小。 −  −  −  − F Cl Br I r r r r 2+  2+  2+  2+ Mg Ca Sr Ba r r r r +  2+  3+ Na Mg Al r r r −  2−  3− F O N r r r

离子电荷Z是指离子所带的电荷。按照物理原理,离 子电荷(绝对值)越大,其静电作用越强。而当所 带电荷相同时,离子半径越小,其静电作用越强。 对于同种构型的离子晶体,离子电荷越大,半径越 小,正负离子间引力越大,晶格能越大,化合物的 熔点、沸点一般越高。通常用离子势Z/来表示乙及 「对离子静电作用的综合影响。离子势越大,则对异 号离子的静电作用愈强,生成的离子键愈牢固

8 离子电荷Z是指离子所带的电荷。按照物理原理，离 子电荷（绝对值）越大，其静电作用越强。而当所 带电荷相同时，离子半径越小，其静电作用越强。 对于同种构型的离子晶体，离子电荷越大，半径越 小，正负离子间引力越大，晶格能越大，化合物的 熔点、沸点一般越高。通常用离子势Z / r来表示Z及 r对离子静电作用的综合影响。离子势越大，则对异 号离子的静电作用愈强，生成的离子键愈牢固

(2)离子的电子构型,特别是其价层电子构型 事实表明,离子的电子构型亦将影响到离子静电作 用的大小,特别是当离子的离子势(z/r)大小差不 多时,离子的电子构型将是决定形成的离子键强弱 的主要因素

9 (2) 离子的电子构型，特别是其价层电子构型 事实表明，离子的电子构型亦将影响到离子静电作 用的大小，特别是当离子的离子势（Z/r）大小差不 多时，离子的电子构型将是决定形成的离子键强弱 的主要因素

通常,原子得到电子形成负离子时电子将填 充在最外层轨道上,形成稀有气体的电子层 结构;而原子失去电子形成正离子时,先失 去最外层的电子 负离子的电子层构型,与稀有气体的电子层 构型相同。例如,C|-:3s23p6;O 2s2p6。 10

10 通常，原子得到电子形成负离子时电子将填 充在最外层轨道上，形成稀有气体的电子层 结构；而原子失去电子形成正离子时，先失 去最外层的电子。 负离子的电子层构型，与稀有气体的电子层 构型相同。例如，Cl－：3s23p6；O2－： 2s22p6