北京大学：《普通化学》课程教学资源（讲义）第九章 分子结构

第九章分子结构 9.1离子键理论 9.2共价键的概念与经典 Lewis学说 93价键理论 9.4分子轨道理论 95价层电子对互斥理论 96分子的极性 97金属键理论 9.8分子间作用力和氢键

第九章 分 子 结 构 9.1 离子键理论 9.2 共价键的概念与经典 共价键的概念与经典Lewis学说 9.3 价键理论 9.4 分子轨道理论 9.5 价层电子对互斥理论 价层电子对互斥理论 9.6 分子的极性 9.7 金属键理论 9.8 分子间作用力和氢键 分子间作用力和氢键

9.1离子键理论

9.1 离 子 键 理 论

口离子键的定义与离子化合物 Nac 20世纪初,德国化学家Kose根据惰性气体原子具有稳定结 构的事实提出了离子键理论

‰ 离子键的定义与离子化合物 离子键的定义与离子化合物 NaCl 20世纪初，德国化学家 世纪初，德国化学家Kossel根据惰性气体原子具有稳定结 根据惰性气体原子具有稳定结 构的事实提出了离子键理论。 构的事实提出了离子键理论

离子键的定义: 电离能较小的金属原子(如碱金属与碱土金属)和电子亲和 能较大的非金属原子(如卤素及氧族原子)靠近时,前者易失去 电子变成正离子,后者易获得电子变成负离子,这样正、负离子 便都具有类似稀有气体原子的稳定结构。它们之间靠库仑静电引 力结合在一起而生成离子化合物。这种正负离子间的静电吸引力 叫作离子键。 ●● Li+·F 4S2 Hel Nel

¾ 离子键的定义 ： 电离能较小的金属原子（如碱金属与碱土金属）和电子亲和 电离能较小的金属原子（如碱金属与碱土金属）和电子亲和 能较大的非金属原子（如卤素及氧族原子）靠近时，前者易失去 能较大的非金属原子（如卤素及氧族原子）靠近时，前者易失去 电子变成正离子，后者易获得电子变成负离子，这样正、负离子 电子变成正离子，后者易获得电子变成负离子，这样正、负离子 便都具有类似稀有气体原子的稳定结构。它们之间靠库仑静电引 便都具有类似稀有气体原子的稳定结构。它们之间靠库仑静电引 力结合在一起而生成 力结合在一起而生成离子化合物。这种正负离子间的静电吸引力 离子化合物。这种正负离子间的静电吸引力 叫作离子键。 Li + F 1s22s1 1s22s22p5 1s2 1s22s22p6 [He] [Ne] Li+ − F

离子键存在的实验依据 )离子化合物的熔融盐导电; 2)离子化合物的水溶液导电 3)X射线衍射实验对晶体中各质点电子相对密度的测量

¾ 离子键存在的实验依据 离子键存在的实验依据 1) 离子化合物的熔融盐导电； 离子化合物的熔融盐导电； 2) 离子化合物的水溶液导电； 离子化合物的水溶液导电； 3) X射线衍射实验对晶体中各质点电子相对密度的测量。 射线衍射实验对晶体中各质点电子相对密度的测量

(1)离子键的特点: 既没有方向性,也不具饱和性。 (a)NaCl (b)CSCI 正负离子周围邻接的异电荷离子数目主要取决于正负离子的 相对大小,而与它们所带电荷多少无直接关系。只要周围空间许 可,一个负正离子可以尽量多地吸引异电荷离子

(1) 离子键的特点： 离子键的特点： 既没有方向性，也不具饱和性。 既没有方向性，也不具饱和性。 (a) NaCl (b) CsCl 正负离子周围邻接的异电荷离子数目主要取决于正负离子的 正负离子周围邻接的异电荷离子数目主要取决于正负离子的 相对大小，而与它们所带电荷多少无直接关系。只要周围空间许 相对大小，而与它们所带电荷多少无直接关系。只要周围空间许 可，一个负(正)离子可以尽量多地吸引异电荷离子。 离子可以尽量多地吸引异电荷离子

离子化合物的表达符号: 实际上没有独立的“分子单元”,因此无分子式,而只有化 学式。 例如,NaC拼不代表氯化钠的分子式,只是表示在氯化钠 体中Na+和C的摩尔比为11

¾ 离子化合物的表达符号： 离子化合物的表达符号： 实际上没有独立的 实际上没有独立的“分子单元”，因此无分子式，而只有化 ，因此无分子式，而只有化 学式。 例如，NaCl并不代表氯化钠的分子式，只是表示在氯化钠 并不代表氯化钠的分子式，只是表示在氯化钠 晶体中Na+和Cl−的摩尔比为1:1

(2)离子键的强度—晶格能( lattice energy 离子键的强度可用晶格能,也称点阵能U的大小来衡量。 晶格能表示相互远离的气态正离子和负离子结合成1mol离子晶 体时所释放的能量,或1mol离子晶体解离成自由气态离子时所 吸收的能量。在热化学计算中,正向反应释放的能量和逆向反 应吸收的能量,数值相同,符号相反,取其绝对值称为晶格能 (U)。例如,对以下晶体生成反应, mM+(g)+xm(g)+上Mn×x(S) 晶格能:U=-AH 晶格能数值常用来比较离子键的强度和晶体的稳定性

(2) 离子键的强度 —— 晶格能 (lattice energy) lattice energy) 离子键的强度可用 离子键的强度可用晶格能，也称点阵能U的大小来衡量。 的大小来衡量。 晶格能表示相互远离的气态正离子和负离子结合成 晶格能表示相互远离的气态正离子和负离子结合成1mol离子晶 体时所释放的能量，或 体时所释放的能量，或1mol离子晶体解离成自由气态离子时所 离子晶体解离成自由气态离子时所 吸收的能量。在热化学计算中，正向反应释放的能量和逆向反 吸收的能量。在热化学计算中，正向反应释放的能量和逆向反 应吸收的能量，数值相同，符号相反， 应吸收的能量，数值相同，符号相反，取其绝对值称为晶格能 取其绝对值称为晶格能 (U)。例如，对以下晶体生成反应， 例如，对以下晶体生成反应， 晶格能数值常用来比较离子键的强度和晶体的稳定性。 晶格能数值常用来比较离子键的强度和晶体的稳定性。 mMx+(g) + xXm−(g) (g) MmXx(s) 晶格能：U = −∆H

Born-Haber Cycle for Determining Lattice Energy Li(g)+F(g) AH3=520 kJ AHD=-328 kJ 4H2=-1017 kJ Li(g)+ f(e 4H9=155.2 kJ AH8=75.3 kJ AHoverall =-594. 1 kJ LiF(s) △H。ea=△H+△H2+△H3+△H8+△Hs

Born-Haber Cycle for Determining Lattice Energy Cycle for Determining Lattice Energy ∆Hoverall overall = ∆H1 + ∆H2 + ∆H3 + ∆H4 + ∆H5 ° ° ° ° ° °

晶格能的理论计算方法: 根据库仑定律,电荷分别为+Z1和-Z2!的正负离子间吸引力 和正负离子间电子排斥力达平衡时,相邻正负离子间距为n(称为 平衡距离),体系位能(V)的最小值为V,由此可推算出晶格能表 达式: U=-- NAZZe 4Ter 式中,A—— Madelung常数,它与晶格的类型(包括原子配位数) 有关,不同晶体类型,A值相差并不是很大; 与原子的电子构型有关的因子; Z1,Z2离子电荷数; 引力和斥力平衡时的正负离子间距

¾ 晶格能的理论计算方法： 晶格能的理论计算方法： 根据库仑定律，电荷分别为 根据库仑定律，电荷分别为+Z1e和−Z2e的正负离子间吸引力 的正负离子间吸引力 和正负离子间电子排斥力达平衡时，相邻正负离子间距为 和正负离子间电子排斥力达平衡时，相邻正负离子间距为r0 (称为 平衡距离)，体系位能(V)的最小值为Vr0，由此可推算出晶格能表 由此可推算出晶格能表 达式： 4πε 0r0 NA A Z1Z2e2 1 n U = −Vr0= (1 − ) 式中，A —— Madelung Madelung常数，它与晶格的类型 常数，它与晶格的类型(包括原子配位数 包括原子配位数) 有关，不同晶体类型， 有关，不同晶体类型，A值相差并不是很大； 值相差并不是很大； n —— 与原子的电子构型有关的因子； 与原子的电子构型有关的因子； Z1, Z2 —— 离子电荷数； r0 —— 引力和斥力平衡时的正负离子间距。 引力和斥力平衡时的正负离子间距