西北大学：《普通化学》课程教学资源（PPT课件）第二章 化学键与化学结构 Chemical Bond And Molecular Structure

第2章 化学键与 分子结构 Chapter 2 Chemical Bond And Molecular Structure

Chapter 2 Chemical Bond And Molecular Structure 第 2 章 化学键与 分子结构

本章教学要求 1. 认识化学键的本质； 2.掌握离子键的形成及其特点 3.掌握离子的特征，离子极化概念； 4.掌握价键理论的内容；会用价键理论解释共价键的特征，会用 价电子对互斥理论和杂化轨道理论解释简单的分子结构； 5.初步认识分子轨道，掌握第二周期元素的分子轨道特点； 6.理解金属键理论，特别是能带理论，会用能带理论解释固体分 类； 7.认识分子间作用力和氢键的本质，会用其解释对物质性质的影 响。 上页下页 节首 节尾

2 本章教学要求 7．认识分子间作用力和氢键的本质，会用其解释对物质性质的影 响. 1．认识化学键的本质； 2．掌握离子键的形成及其特点； 3．掌握离子的特征，离子极化概念； 4．掌握价键理论的内容；会用价键理论解释共价键的特征，会用 价电子对互斥理论和杂化轨道理论解释简单的分子结构； 5．初步认识分子轨道，掌握第二周期元素的分子轨道特点； 6．理解金属键理论，特别是能带理论，会用能带理论解释固体分 类；

本章教学内容 2.1化学键的定义 Definition of chemical bonding 2.2离子键理论 Ionic bond theory 2.3理想晶体结构 Structure of ideal crystal 2.4共价键的概念与路易斯，Concept of the covalent bond 结构式 theory and Lewis'structure formula 2.5用以判断共价分子几何形VSEPR for judging the configuration 状的价层电子对互斥理论of the covalence molecular 2.6原子轨道的重叠一价键Superposition of atomic orbital-一 理论 valence bond theory 2.7分子轨道理论 Molecular orbital theory 2.8金属键理论 Metallic bond theory 2.9分子间作用力和氢键 Intermolecular forces and hydrogen bonding 首 结束

2.1 化学键的定义 Definition of chemical bonding 2.2 离子键理论 Ionic bond theory 2.4 共价键的概念与路易斯 结构式 Concept of the covalent bond theory and Lewis’ structure formula 2.8 金属键理论 Metallic bond theory 2.9 分子间作用力和氢键 Intermolecular forces and hydrogen bonding 本章教学内容 2.5 用以判断共价分子几何形 状的价层电子对互斥理论 VSEPR for judging the configuration of the covalence molecular 2.6 原子轨道的重叠 — 价键 理论 Superposition of atomic orbital — valence bond theory 2.7 分子轨道理论 Molecular orbital theory 2.3 理想晶体结构 Structure of ideal crystal

2.1 化学键的定义(definition of chemical bond) 2.1.1什么是化学键？ sodium 2Na (s)+Cl(g) 2NaCl(s) Color 银灰色 黄绿色 无色 State 固体 气体 晶体 Electrical conductivity 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 000 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？ 上页下页 节首节尾

4 2.1 化学键的定义 (definition of chemical bond) 2.1.1 什么是化学键？ 2Na (s) + Cl2 (g) 2NaCl (s) Color State Electrical conductivity 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

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>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 止质下页节首节尾

5 Pauling L 在>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

2.1.2已明确了的化学键类型 离子配 键 电价键一离子键.电价配键 离子偶极配键. 配键 电子对键 极性键. 共价配键 (单、双、叁键) 非极性键 双原子 化学键 共价键 单电子键 三电子键 共价键 多原子 共轭π键 共价键 多中心键 金属键 6 上页 下页 节首 节尾

6 化 学 键 共价键 金属键 离 子 配 键 离子偶极配键 离子键 电价配键 配键 双原子 共价键 多原子 共价键 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 2.1.2 已明确了的化学键类型 电价键

2.2 离子键理论(ionic bond theory) 2.2.1离子键的形成 -ne nNa(3s') ☑=496kmm →nNa(2s22p) 静电引力>nNaCl +ne nCl(3s23P5) E=-3487m→nC1(3s23p) 形成化学键 形成条件X-Xg>2.0 -450 kJmol-1 NaC的晶体形成时显然有能量 Na+CL 变化，右图为其形成时的势能曲线。 25 当到达最低点时，引力与斥力达到 Na+CL 平衡状态. 2成46804今 R/10pm 上页下页 节首节尾

7 2.2.1 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>2.0 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. Na+CL 2 R0 4 6 8 10 12 14 R/102pm 0 80 500 250 2.2 离子键理论( ionic bond theory )

2.2.2离子键的特点 本质是静电引力（库仑引力）才=gq ●没有方向性和饱和性（库仑引力的性质所决定） ●键的极性与元素的电负性有关 NaCl Arrangement of ions in crystalline sodium chloride and Cesium chloride 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 上页下页 节首节尾

8 2.2.2 离子键的特点 ● 本质是静电引力（库仑引力） ● 没有方向性和饱和性（库仑引力的性质所决定） ● 键的极性与元素的电负性有关 2 R q q f + −  = NaCl CsCl Arrangement of ions in crystalline sodium chloride and Cesium chloride 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 式XB ionic nature percent (% B ionic nature percent (% 0.2 1.8 55 0.4 4 2.0 63 0.6 2.2 70 0.8 15 2.4 76 1.0 22 2.6 82 1.2 3 2.8 86 1.4 39 3.0 89 1.6 47 3.2 92 100 K 75 CsF. 也可用Hannay&Smth公式 50 来计算键的离子性 证 25 %离子性-16（△x)+3.5(△x)2 2 Electronegativity difference 上页 下页 节首 节尾

9 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 (%)

2.2.3晶格能(lattice energ) ◆定义：1mo1的离子晶体解离为自由气态离子时所吸收的能量，以符号 U表示. MX(S)→M(g)+X(g ◆作用：用以度量离子键的强度.晶格类型相同时，内正、负离子电荷 数成正比，与它们之间的距离成反比. Lattice energy and melting point of some ionic compounds Compound charge of the ions r pm AU/kJ-mol t(m.p.)/C NaF +1,-1 231 923 993 NaCl +1.-1 282 786 801 NaBr +1,-1 298 747 747 Nal +1,-1 323 704 661 MgO +2,-2 210 3791 2852 Cao +2.-2 240 3401 2614 SrO +2,-2 257 3223 2430 BaO +2,-2 256 3054 1918 ◆晶体类型相同时，晶格能与正、负离子数成正比，与它们之间的距离 o成反比 ◆ 晶格能越大，正、负离子间结合力越强，相应晶体的熔点越高、硬度 越大、压缩系数和热膨胀系数越小。 10 上页 页 节首 节尾

10 2.2.3 晶格能 (lattice energy) ◆ 定义：1mol 的离子晶体解离为自由气态离子时所吸收的能量，以符号 U 表示. ◆ 作用：用以度量离子键的强度.晶格类型 相同时，U与正、负离子电荷 数成正比，与它们之间的距离r0成反比. MX (S) M+ (g) + X- (g) ◆ 晶体类型相同时，晶格能与正、负离子数成正比，与它们之间的距离 r0成反比. ◆ 晶格能越大，正、负离子间结合力越强，相应晶体的熔点越高、硬度 越大、压缩系数和热膨胀系数越小。 993 801 747 661 2 852 2 614 2 430 1 918 +1,-1 +1,-1 +1,-1 +1,-1 +2,-2 +2,-2 +2,-2 +2,-2 231 282 298 323 210 240 257 256 923 786 747 704 3 791 3 401 3 223 3 054 Lattice energy and melting point of some ionic compounds Compound charge of the ions ro /pm ΔU/kJ·mol￾t (m. p.)/℃ NaF NaCl NaBr NaI MgO CaO SrO BaO