化学原理化学键与分子结构PPT课件
合集下载
第十二章 化学键与分子结构-2
原子轨道的杂化（Hybridization of Atomic Orbitals ） 中心原子在键合原子作用下，价层中若干 能量相近的AO可能改变原有状态，重新混 合组成新的轨道（杂化轨道）。 杂化轨道数＝参与杂化的原子轨道数。 杂化轨道比原来未杂化的原子轨道有更强 的成键能力。
+
+
•杂化轨道（Hybrid Orbitals）理论
Pauling方法(1960) r±= C/Z∗规则 首先测得碱金属和卤素等电子离子对 (Na+F−, K+Cl−)的离子半径 再用这种单价离子半径的计算式和C值去求 其它离子的单价半径 然后再经高价离子在晶体中的压缩效应校 正求得Mg2＋和O2−离子的半径 再以rO2- = 140 pm为基准，由实验ro推算其 它所有离子半径。 Pauling离子半径广泛被采用
Combining Atomic Orbitals
轨道线性叠加： 同相位波增强，能量降低，形成成键轨道； 反相位波减弱，能量升高，形成反键轨道。
Molecular-orbital diagrams for the diatomic molecules and ions of the first-period elements.
C 2H 2 3 121 962
1 C-C键级 154 C-C键长/pm 碳碳间键/(kJ⋅mol−1) 376
杂化轨道的主要特征
杂化轨道具有确定的方向性
杂化轨道中s成分增加对键长和键能的影响
杂化轨道随s成分增加键能增大键长减小 p < sp3 < sp2 < sp
•共振体的概念
NO2, NO3-, SO2, SO3等分子或离子中的单 键和双键的键长相等而且键长数值一般介 于单、双键键长之间的实验事实 1931－1933年Pauling提出了共振体 （resonance form）的概念 一些分子或离子的真实结构实际上是两种 或两种以上结构式的共振体。
+
+
•杂化轨道（Hybrid Orbitals）理论
Pauling方法(1960) r±= C/Z∗规则 首先测得碱金属和卤素等电子离子对 (Na+F−, K+Cl−)的离子半径 再用这种单价离子半径的计算式和C值去求 其它离子的单价半径 然后再经高价离子在晶体中的压缩效应校 正求得Mg2＋和O2−离子的半径 再以rO2- = 140 pm为基准，由实验ro推算其 它所有离子半径。 Pauling离子半径广泛被采用
Combining Atomic Orbitals
轨道线性叠加： 同相位波增强，能量降低，形成成键轨道； 反相位波减弱，能量升高，形成反键轨道。
Molecular-orbital diagrams for the diatomic molecules and ions of the first-period elements.
C 2H 2 3 121 962
1 C-C键级 154 C-C键长/pm 碳碳间键/(kJ⋅mol−1) 376
杂化轨道的主要特征
杂化轨道具有确定的方向性
杂化轨道中s成分增加对键长和键能的影响
杂化轨道随s成分增加键能增大键长减小 p < sp3 < sp2 < sp
•共振体的概念
NO2, NO3-, SO2, SO3等分子或离子中的单 键和双键的键长相等而且键长数值一般介 于单、双键键长之间的实验事实 1931－1933年Pauling提出了共振体 （resonance form）的概念 一些分子或离子的真实结构实际上是两种 或两种以上结构式的共振体。
10化学键与分子结构-PPT课件
三方 a ＝ b ＝ c α＝β＝γ≠90°
Al2O3
NaCl
SnO2
I2
Al2O3
S
CuSO4.5H2O
Mg
自然界晶体和人工晶体，外形上很难和七 大晶系完全相同，但是晶轴夹角总是不变的，我 们只要测出晶轴夹角和晶轴长短，就能准确地确 定晶体所属晶系。
三、晶体的内部结构
1. 十四种晶格
2.
晶体的外形是晶体内部结构的反映，是构成
原子或离子半径是无法严格确定的。当正负离子
通过离子键形成离子晶体时，正负离子通过静电
引力和核外电子之间的排斥达到平衡，使正负离
子保持着一定的平衡距离，这个距离叫核间距，
用d表示。
如果近似将构成AB型离子晶体的质点 A+ 和B- 看作互相接触的球体，
r1 r2
d
则，d = r1 +r2
其中d 可以通过X- 射线衍射法测得，只
四、晶格能（P176）
离子键的强度通常用晶格能U的大小来度 量。所谓晶格能，是指相互远离的气态正离子和 负离子结合成离子晶体时所释放的能量，
m Mn+ (g) + n Xm- (g) MmXn (s) -△H = U 晶格能可用波恩～哈伯(Born-Haber)循环
法通过热化学计算求得。以NaCl为例，
4. 离子键的本质是静电作用力
q q f R2
4. 离子键的强度一般用晶格能U来代表。 5. 离子键没有方向性（P150） 6. 离子键没有饱和性 7. 离子键的离子性与元素的电负性有关。
电负性差越大，它们之间键的离子性也就越大。
Xa-Xb 离子性百分比（%）Xa-Xb 离子性百分比（%）
0.2
实例
2023届高考化学一轮复习 第4讲 元素周期表 化学键 分子结构与性质 课件(103张PPT)
逐渐__增_强___
逐渐__减_弱___
酸性_增__强___
酸性_减__弱___
碱性_减__弱___
碱性_增__强___
_增_强__
_减_弱__
(1) 元素主要化合价 ①F 无正价，O 无最高正价。 ②主族元素最高正价＝原子核外最外层电子数(O、F 除外)。 ③非金属元素的最低化合价＝原子核外最外层电子数－8(H 除外)；最高正化合价 ＋|最低负化合价|＝8(H、B 除外)。
族序数等于周期序数 3 倍的元素 根据金属性、非 金属性最强的元素
金属性推断
非金属性最强的元素
空气中含量最多的元素
根据含量推断 地壳中含量最多的元素
地壳中含量最多的金属元素
元素 _____H_、_B_e_、__A_l ______
___C_、_S_____ __O____
___N_a____ ___F___ ___N___ ___O___
类型 6 利用元素在周期表中的位置推断元素 (2021·南京、盐城一模)图为元素周期表中短周期的一部分，下列说法不正
确的是( A ) A. 离子半径：M－>Z2－>Y－ B. 电负性：Y>M>Z C. 简单气态氢化物的稳定性： Y>M>Z D. Y 元素基态原子的简化电子排布式：[X]2s22p5
逐渐_减__弱___
逐渐__增_强___
非金属性
逐渐__增_强___
逐渐__减_弱___
元素性质 化合物性质
内容 第一电离能 电负性
最高价氧化物对应水化物 氢化物稳定性
同周期(从左到右) 同主族(自上而下)
总体呈现__增__大____的
趋势，但__Ⅱ_A___族和 逐渐__减__小__
第九章 双原子分子结构与化学键理论(下)
19
20
14
/7
/2
3
南
京
大
学
化 学 原 理 课 件
离子极化 (ionic polarization)
p 通常正离子带有多余的正电荷（外壳上缺少电子） ，
一 般 半径 较 小 ，它 对相 邻 的 负离 子 会 发生 诱 导作用， 而使之极化。
20
20
14
/7
化作用和负离子的变形性。
/2
3
p 通常考虑离子间的相互作用时，一般考虑正离子的极
20
14
/7
/2
3
南
京
大
学
离子极化 (ionic polarization)
离子化合 物的性质 离子键 的强度
取决于
15
20
14
/7
/2
（2）离子半径 (radius)
3
南
（1）离子电荷 (charge)
京
大
学
化 学 原 理 课 件
取决于
正、负离 子的性质
1. 对同一主族具有相同电荷的离子，半径自上而下增大。
14
/7
/2
3
南
京
大
极强 Conductivity
学
极弱 熔融导电
sodium chloride
不同的外在性质反应了不同的内部结构
3
20
14
/7
/2
化学键发生了改变
3
南
京
大
各自内部的结合力不同
学
化 学 原 理 课 件
p Pauling 化学键定义：如果原子之间的作用力强 得足以形成足够稳定的、可被化学家看作独立 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。
20
14
/7
/2
3
南
京
大
学
化 学 原 理 课 件
离子极化 (ionic polarization)
p 通常正离子带有多余的正电荷（外壳上缺少电子） ，
一 般 半径 较 小 ，它 对相 邻 的 负离 子 会 发生 诱 导作用， 而使之极化。
20
20
14
/7
化作用和负离子的变形性。
/2
3
p 通常考虑离子间的相互作用时，一般考虑正离子的极
20
14
/7
/2
3
南
京
大
学
离子极化 (ionic polarization)
离子化合 物的性质 离子键 的强度
取决于
15
20
14
/7
/2
（2）离子半径 (radius)
3
南
（1）离子电荷 (charge)
京
大
学
化 学 原 理 课 件
取决于
正、负离 子的性质
1. 对同一主族具有相同电荷的离子，半径自上而下增大。
14
/7
/2
3
南
京
大
极强 Conductivity
学
极弱 熔融导电
sodium chloride
不同的外在性质反应了不同的内部结构
3
20
14
/7
/2
化学键发生了改变
3
南
京
大
各自内部的结合力不同
学
化 学 原 理 课 件
p Pauling 化学键定义：如果原子之间的作用力强 得足以形成足够稳定的、可被化学家看作独立 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。
《无机化学》第7章化学键理论与分子结构
根据共用电子对来源不同, 可分为: 一般共价键 共价键 特殊共价键（配位键）
◎配位共价键（共价键的一个特例） ◆定义：在成键的两原子中，由一方单独 提供孤对电子进入另一方的价层空轨道共 用所形成的共价键。 ◆形成条件 （1）一个原子的价电子层有孤对电子。 （2）另一个原子的价电子层有空轨道。
现代价键理论 NH3 + H+ NH4+
2 Be 的外层电子排布： 2s 4
已知实验事实： 有2个等同的Be—Cl键
键角180。
直线形分子
BeCl2分子空间构型—等性sp杂化 2p 2p
激发
2s （基态）
2s （激发态）
杂 化
2p
σ sp—p
与2个Cl的3p （化合态）轨道重叠成键
2pLeabharlann sp （杂化态）2个sp杂化轨道
BeCl2的空间构型—sp杂化
■当相互靠近的两个氢原子中的单电子自
旋方向相同时
不能成键 ψ2
排斥态 0
0
电子云稀疏区
r(pm)
排斥态：
图9-2 两个氢原子接近时的能量变化曲线（排斥态）
【例】两个H原子所处状态
n=1, l=0, m=0, ms = +1/2 可配对成键 n=1, l=0, m=0, ms = -1/2
若两个H原子的ms同为+1/2 （或-1/2）， 则不能配对成键。
原子轨道杂化后，其角度分布发生 了变化。 杂化轨道的角度波函数在某个方向 的值比杂化前大得多（从角度分布图形 可看出），更有利于原子轨道间最大程 度的重叠，提高了成键能力。其大小顺 序为：
s＜p＜sp＜sp2＜sp3
杂化轨道理论
y
+ x y
化学键与分子结构
子键。
Na+ + [:C·l·:]－ NaCl
首页
上··一页
下一页
末页
6
❖ 键的离子性与元素电负性的关系
离子键形成的重要条件是相互作用的原子的电
负性差值较大。一般电负性差值越大，形成键的离子
性越强。以电负性差值为1.7作标准。
在CsF中离子性约占92%。
❖ 晶格能U 由气态离子生成一摩尔稳定的固态晶体所放出的
首页
上一页
下一页
末页
15
现代价键理论
1927年， Heitler和London用量子力学处理H2分 子的形成过程，得到 E—R关系曲线。
首页
上一页
下一页
末页
16
共价键的本质是由于原子相互接近时轨道重叠（即波 函数叠加），原子间通过共用自旋相反的电子对使能 量降低而成键。
首页
上一页
下一页
末页
17
一、价键理论
杂化轨道数 2 3 4
4
成键轨道夹角 180 120 10928' 10928'
分子空间构型
s+(2)p 3
120
直线形 三角形 四面体 三角锥
实例
BeCl 2 BF3 CH4 NH 3
HgCl 2 BCl 3 SiCl 4 PH 3
中心原子 Be(ⅡA) B(ⅢA) C,Si N,P
1.理论要点 a.具有自旋相反的未成对电子的原子相互接近时，
自旋相反的单电子可以相互配对成键—共价键。
H－H H－Cl 共价单键
O=O 共价双键
N≡N 共价叁键
b. 成键双方的原子轨道对称性匹配，最大程度重叠。
4-分子结构-化学原理 PPT课件
共价键类型
Multiple Bonds
double bonds triple bonds
配位健（Coordination covalent bond）
CO
2019/10/17 26
键参数 (Bond Parameters)
键长(bond length) 键角(bond angle) 键能(bond energy)
O HH
S HH
2019/10/17 17
6.2 Covalent Bonding
价键理论
Valence bond theory (VB)
杂化轨道理论 Hybrid orbital theory
2019/10/17 18
离子键 （ionic bond）
Walther Kossel 1916
2019/10/17 19
1s
x
1s
3px
(a)
x 3px
(b)
x 3px
(c) 2019/10/17 24
共价键类型 σ键
s-s s-px px-px
π键
py-py pz-pz
x
x
轨道的重叠部分沿键轴呈圆 柱形对称分布
键轴（internuclear axis）
轨道的重叠部分垂直于键 轴并呈镜面反对称分布
2019/10/17 25
键的极性
(Polarity of bond)
电负性
分子的空间构型
极性共价键
(Polar covalent bond)
非极性共价键
(nonpolar covalent bond)
2019/10/17 27
e- poor e- rich
d+ d-
化学键ppt课件完美版
化学键作用
使离子相结合或原子相互结合形成 分子，构成物质的化学键有离子键、 共价键和金属键。
离子键、共价键和金属键
离子键
由正离子和负离子之间通过静电引力形成，通常在活泼金属和活泼非金属之间形成，例如氯 化钠(NaCl)。
共价键
两个或多个原子共同使用它们的外层电子，在理想情况下达到电子饱和的状态，由此组成比 较稳定的化学结构，像这样由几个相邻原子通过共用电子并与共用电子之间形成的一种强烈 作用叫做共价键。
材料改性
利用化学键的变化改善材料的性能，如提高材料的强度、硬度、 耐腐蚀性等。
界面科学
研究不同材料界面间的化学键合作用，揭示界面现象对材料性能 的影响。
化学键理论在生命科学中的应用
生物大分子结构
阐述蛋白质、核酸等生物大分子中的化学键合作用，揭示生物大分 子的结构和功能关系。
药物设计
通过模拟药物与靶标间的化学键合作用，设计具有高效、低毒的药 物分子。
氢键对物质性质的影响
氢键的形成条件
氢原子与电负性大、半径小的原子（F、 O、N等）形成共价键后，再与其他分 子中的电负性大、半径小的原子之间 形成的相互作用力。
氢键对物质性质的影响
使物质的熔沸点升高、溶解度增大、粘 度增大等。例如，HF的沸点比HCl高很 多，就是因为HF分子之间存在氢键。
物质性质的综合分析
简单离子晶体
离子晶体的结构特点
由相同或不同的正、负离子按一定比 例排列而成，如NaCl、CsCl等。
高对称性、高稳定性，具有特定的晶 格能。
复杂离子晶体
包含复杂离子或离子集团的晶体，如 硅酸盐、磷酸盐等。
离子键的强度与性质
1 2
离子键的强度 与离子的电荷、半径及电子云密度有关。电荷越 高、半径越小，离子键越强。
使离子相结合或原子相互结合形成 分子，构成物质的化学键有离子键、 共价键和金属键。
离子键、共价键和金属键
离子键
由正离子和负离子之间通过静电引力形成，通常在活泼金属和活泼非金属之间形成，例如氯 化钠(NaCl)。
共价键
两个或多个原子共同使用它们的外层电子，在理想情况下达到电子饱和的状态，由此组成比 较稳定的化学结构，像这样由几个相邻原子通过共用电子并与共用电子之间形成的一种强烈 作用叫做共价键。
材料改性
利用化学键的变化改善材料的性能，如提高材料的强度、硬度、 耐腐蚀性等。
界面科学
研究不同材料界面间的化学键合作用，揭示界面现象对材料性能 的影响。
化学键理论在生命科学中的应用
生物大分子结构
阐述蛋白质、核酸等生物大分子中的化学键合作用，揭示生物大分 子的结构和功能关系。
药物设计
通过模拟药物与靶标间的化学键合作用，设计具有高效、低毒的药 物分子。
氢键对物质性质的影响
氢键的形成条件
氢原子与电负性大、半径小的原子（F、 O、N等）形成共价键后，再与其他分 子中的电负性大、半径小的原子之间 形成的相互作用力。
氢键对物质性质的影响
使物质的熔沸点升高、溶解度增大、粘 度增大等。例如，HF的沸点比HCl高很 多，就是因为HF分子之间存在氢键。
物质性质的综合分析
简单离子晶体
离子晶体的结构特点
由相同或不同的正、负离子按一定比 例排列而成，如NaCl、CsCl等。
高对称性、高稳定性，具有特定的晶 格能。
复杂离子晶体
包含复杂离子或离子集团的晶体，如 硅酸盐、磷酸盐等。
离子键的强度与性质
1 2
离子键的强度 与离子的电荷、半径及电子云密度有关。电荷越 高、半径越小，离子键越强。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
七、 晶体结构
根据组成晶体的基本粒子的性质及粒子间结合 力的性质，可将晶体划分为四大类：
•金属晶体
金属原子（离子），通过金属键
•离子晶体
正负离子，通过离子键
•分子晶体
分子，通过分子间作用力
•原子晶体
中性原子，通过共价键
7.1 等径球的堆积
(1) 简单立方堆积 (简单立方晶胞)
配位数：晶格中，一个原子（或离子）周 围环绕的原子（或离子）的数目。堆积紧密程 度的量度。
电子的运动使热运动扩展开来 • 延展性：由于自由电子的胶合作用，金属正
离子容易滑动
(2) 能带理论（分子轨道理论在金属键中的应用） 以金属Li为例：1s22s1
• 在金属Li中，N个Li的原子轨道组合成N个分子 轨道，分子轨道间能级差很小，可看成连续能级 而形成能带，电子按充填规则填入能带中。
能带 （连续能级）
8.3 金属合金
合金——含有元素混合物且具有金属特性的物质
取代合金
填隙合金
黄铜的晶体结构
钢的晶体结构
九、离子晶体
当电负性相差较大(>1.7)的金属原子和 非金属原子相互接近时，分别失去或得到电 子生成正离子和负离子。
正离子和负离子由于静电引力相互吸 引而形成离子化合物，离子化合物形成的结 晶状固体为离子晶体。在离子晶体中，正离 子和负离子形成离子键。
杂质缺陷
本征缺陷
所有高于完美晶体，升 高温度，晶格中粒子在平衡位置振动加剧， 有利于缺陷的形成。
杂质缺陷
在Si中掺杂P：N型（电子型）半导体 在Si中掺杂B：P型（空穴型）半导体
八、金属晶体
8.1 金属晶体结构
金属晶体是由圆球状的金属原子或离子以 确定的几何结构紧密堆积而成
室温下
-Fe bcc
906 C ~1400 C
-Fe ccp
1400 C ~1535 C
-Fe bcc
• 金属键没有方向性和饱和性，粒子尽可能多 地与邻近粒子形成紧密堆积，配位数较高
2/3为12，一些为8，极少数为6
• 金属晶体具有高密度、高硬度、高熔沸点、 易导热、导电、有金属光泽、机械加工性和 延展性好
四面体空隙：一层的三个球与相邻层的第四个 球之间的空隙。
八面体空隙：一层的三个球与交错排列的另一 层的三个球之间的空隙。
7.2 晶体缺陷
实际晶体与理想晶体
1. 实际晶体的大小有限 2. 实际晶体中的质点在平衡位置附近振动 3. 实际晶体中存在位错、裂缝、杂质包藏等
晶体中一切偏离理想的晶格结构都称为缺陷 按照缺陷的形成和结构分类： 本征缺陷
离子键理论和共价键理论并不是彼此 完全无关的，而是各自描述了价键的一个方 面，它们彼此是相互补充的。
例题：指出下列分子或离子的几何构型、键角、 中心原子的杂化轨道，并估计分子中键的极性。 (1) KrF2 (2) BF4- (3) SO3 (4) XeF4 (5)PCl5 (6) SeF6
KrF2 : (8+2-0)/2=5 直线型 180 sp3d 极性 BF4-：(3+4+1)/2=4 正四面体 109.5 sp3 极性 SO3 ：(6+0-0)/2=3 正三角形 120 sp2 极性 XeF4 ：(8+4-0)/2=6 平面四方 90 sp3d2 极性 PCl5 ：(5+5-0)/2=5 三角双锥 90,120 sp3d 极性 SeF6 ：(6+6-0)/2=6 正八面体 90 sp3d2 极性
8.2 金属键理论
(1) 电子海模型
金属中，价电子可以自由地从一个原子跑 向另一个原子，价电子为许多原子或离子共有， 起到把原子或离子粘在一起的作用，形成金属 键。金属离子沉浸在电子的海洋之中。
电子海模型的成功应用：解释金属的特性
• 高密度：晶体的紧密堆积 • 金属光泽：由电子吸收可见光再发射出来 • 导电性：电子在外场下的定向流动 • 导热性：金属离子受热振动加快，通过自由
• 能带之间的能量间隔，称为禁带，大小称为禁 带宽度。
能带理论对物质导电性的解释： 金属导电性：具有导带，由导带中的电子体现
重叠 形成导带
导体，具有导带或满带与空带重叠形成导带 绝缘体，只有满带和空带，且带隙大(> 3eV)， 满带电子难以激发到空带来形成导带。 半导体，只有满带和空带，但带隙小(0.1～ 3eV)，满带电子容易激发到空带，从而产生由 满带空穴传递，和导带电子传递构成混合传导
在简单立方堆积中为配位数为6。
(2) 体心立方堆积 (体心立方晶胞) 体心立方堆积中为配位数为8
• 球的最紧密堆积 (配位数为12)
六方 最密堆积
ABAB
面心立方 最密堆积
ABCABC
(3) 面心立方最密堆积 (面心立方晶胞) ABCABC
(4) 六方最密堆积 (六方晶胞) ABAB
最密堆积层间的空隙
键的极性
非极性共价键：同种原子间形成的共价键，原 子双方吸引电子的能力相同(电负性相同)，电 子对恰好在键的中央出现的几率最大。
极性共价键：不同种原子间形成的共价键，不 同原子吸引电子的能力不同(电负性不同)，电 子对偏向电负性较大的原子一边。在键的两端 出现了电的正极和负极。
键的极性可以由成键原子的电负性大小判断： 电负性相等：非极性共价键 电负性相差不大：极性共价键 电负性相差很大：离子键
常见排列方式：六方最密堆积（hcp），面心 立方最密堆积（ccp）体心立方堆积（bcc）
金属晶体结构的经验性的规律：
价层s和p电子较少——bcc，如碱金属 价层s和p电子居中——hcp，如Be，Mg 价层s和p电子较多——ccp，如Al，Pb
• 金属的多晶现象：在不同外界条件下（如温度、 压力），金属可能具有不同的晶体结构。
Na+ + [:C·l·:]－ NaCl ··
9.1 离子晶体的特点
离子晶体中，正负离子的静电吸引力 较强，所以离子晶体一般具有较高的熔点、 沸点和硬度。
• N个1s原子轨道组合成N个分子轨道，形成1s能 带，每个能级充入2个电子，1s能带全充满，称 为满带。
• N个2s原子轨道组合成N个分子轨道，形成2s能 带，电子充填时只能半充满，有一半能级是空 的，此能带称为导带。
导带
• N个2p原子轨道组合形成2p能带， 2p能带称为 空带，2s轨道与2p轨道能级相近，发生2s能带与 2p能带的重叠。