大学化学 第七章 化学键与分子结构
化学键和分子结构
化学键和分子结构化学键是指两个或更多原子之间的相互作用力，它们通过共用或转移电子来结合在一起形成化合物。
化学键的类型和能量决定了分子的性质和行为。
本文将介绍几种常见的化学键和分子结构。
一、离子键离子键是通过正负电荷相互吸引而形成的化学键。
一般来说，金属与非金属之间的化合物常常形成离子键。
例如，氯化钠（NaCl）是由钠离子和氯离子通过离子键结合在一起的。
离子键的特点是电子从一个原子转移到另一个原子，形成带正电荷的阳离子和带负电荷的阴离子。
二、共价键共价键是通过原子间的电子共享而形成的化学键。
一般来说，两个非金属原子之间的化合物常常形成共价键。
例如，二氧化碳（CO2）是由一个碳原子和两个氧原子通过共价键结合在一起的。
根据原子间电子的共享程度，共价键可以进一步分为极性共价键和非极性共价键。
极性共价键是指电子不均匀地分布在两个原子之间，形成部分正电荷和部分负电荷的情况。
例如，水分子（H2O）中的氧原子比氢原子更电负，因此氧原子带负电荷，氢原子带正电荷。
非极性共价键则是指电子均匀地分布在两个原子之间，没有电荷分离现象。
例如，氧气分子（O2）中的两个氧原子通过非极性共价键结合在一起。
三、金属键金属键是金属原子之间的强电子云共享力。
金属原子的外层电子能够自由移动，并形成一个电子云，使得金属原子形成一种特殊的化学键。
金属键的典型代表是金属元素，如铁、铜和锌等。
四、氢键氢键是一个相对较弱的非共价键，主要存在于氢原子与强电负性的原子（如氧、氮和氟等）之间。
氢键在许多生物大分子（如DNA和蛋白质）的结构中起着重要的作用。
例如，DNA的双螺旋结构中，氢键稳定了两个螺旋链之间的连接。
五、其他键和结构除了上述几种常见的键之外，还存在一些特殊的键和分子结构。
比如，茂金属化合物中的π键，芳香化合物中的芳香键，以及大分子聚合物中的键和结构等等，它们都具有特殊的化学性质和结构特点。
总结：化学键和分子结构是理解化学反应和物质性质的关键。
《无机化学》第7章.化学键理论与分子结构
(2)方向性
①根据原子轨道最大重叠原理，形成共价键时，原 子间总是尽可能沿着原子轨道最大重叠的方向成 键，原子轨道重叠越多，两核间电子概率密度越 大，形成的键越牢固。
②在形成共价键时，除s轨道能在任何方向最大重叠 外，其它p、d、f 轨道只能沿一定方向才能最大重 叠成键。所以，当一个 A原子与其它一个或几个 B 原子形成共价分子时，B原子在A原子周围的成键 方位是一定的，这就是共价键的方向性。
激发
2p
2s
（激发态）
杂 化
p （杂化态）
sp2
3个sp2杂化轨道
杂化轨道理论
+
σ 2 sp -p
F
F
σ 2 sp -p
+
- + - +
B
F
120° F
-
F +
B
+F
-
平面三角形
图9-8 sp2杂化轨道的空间取向和BF3分子构型
sp2杂化
BF3分子形成时中心B原子的轨道杂化情况 和分子的空间构型。
对于同核双原子分子和多原子分子，如 H2 ， O2，P4，S8等，由于成键原子的电负性相同， 共用电子对不发生偏移，核间的电子云密集区 域在两核的中间位置，两原子核正电荷所形成 的正电荷重心和成键电子对的负电荷重心恰好 重合，这种键叫非极性共价键。
极性共价键
NH3 等，成键原子的电负性不同，共用电子对 发生偏移，核间的电子云密集区域偏向电负性 较大的原子一端，使之带部分负电荷，电负性 较小的原子一端则带部分正电荷，键的正负电 荷重心不重合，这种键叫极性共价键。
BF3分子的空间构型
(3) sp3杂化: 杂化轨道间夹角109.5 º ，正四面体结构。
化学键与分子结构
PART 2
化学键的类型
化学键的类型
化学键主要分为 共价键、离子键 和金属键三种类
型
共价键
共价键是指两个或多 个原子通过共享电子 对形成的相互作用。 这种相互作用使得原 子能够稳定地结合在 一起，形成稳定的分 子。共价键的形成主 要是由于原子之间的 电子云重叠
化学键的类型
离子键
离子键是指由正离子 和负离子之间形成的 相互作用。正离子失 去电子，负离子得到 电子，从而形成稳定 的离子。离子键的形 成主要是由于静电相 互作用
化学键与分子结构
-
1 化学键的定义 3 分子结构与化学键的关系 5 化学键的断裂与形成 7 总结
2 化学键的类型 4 总结 6 化学键与生命活动
PART 1
化学键的子或晶体中原 子或离子之间的相互作用， 这种相互作用使得原子或离 子能够稳定地结合在一起
化学键的形成是化学反应的 基础，也是生命活动的基础
分子结构与化学键的关系
分子的物理性质
分子的物理性质如熔点、沸点、导电性和透 明度等主要由其化学键的类型和强度决定。 例如，共价化合物的熔点和沸点通常比离子 化合物要高，而金属化合物的导电性和透明 度则受到金属原子的种类和数量的影响
分子结构与化学键的关系
分子的化学性质
分子的化学性质如反应活性、氧化还原性质等主要由其 化学键的类型和强度决定。例如，共价化合物的反应活 性通常比离子化合物要低，而金属化合物的氧化还原性 质则受到金属原子的种类和数量的影响
化学键的类型
化学键的类型
金属键
金属键是指金属原子之间形成的相互作用。 金属原子最外层电子很容易失去，从而形成 自由电子。这些自由电子在金属原子之间流 动，形成了金属键。金属键的形成主要是由 于自由电子的流动
分子结构4 PPT课件
第七章 化学键与分子结构
二、氢键的形成
如 HF分子之间的氢键，F － H ····F － H 又如水分子之间的氢键
氢键的形成有两个条件： 有与电负性大且半径小的原子 ( F，O， N ) 相连的H ； 在附近有电负性大，半径 小的原子 ( F，O，N ) 。
第四节 分子间作用力和氢键
5、为什么常温下Cl2是气体，Br2是液体，I2是固体？
第四节 分子间作用力和氢键
F－H···F E/kJ ·mol-1 28.0
O－H···O 18.8
N－H···N 5.4
第四节 分子间作用力和氢键
第七章 化学键与分子结构 氢键有分子间氢键和分子内氢键
H OO
N O
分子间氢键
OH
N
O
O
分子内氢键
第四节 分子间作用力和氢键
第七章 化学键与分子结构
四、氢键对化合物性质的影响 1、对分子熔沸点的影响
取向力 诱导力 色散力
第四节 分子间作用力和氢键
第七章 化学键与分子结构
一、取向力
两个永久偶极间存在的同极相斥、异极相吸的定向作用
+
+_ +_
+_
_
分子离得较远
取向
取向力只存在于极性分子之间。
第四节 分子间作用力和氢键
第七章 化学键与分子结构
二、诱导力
由于诱导偶极－永久偶极之间相互作用所产生的。
第四节 分子间作用力和氢键
第七章 化学键与分子结构 3、永久偶极------极性分子本身所固有的
极性分子放入电场中
第四节 分子间作用力和氢键
第七章 化学键与分子结构
7-4-2 分子间作用力
化学键和分子结构
化学键和分子结构化学键和分子结构是化学中非常重要的概念。
化学键是指原子之间的相互作用力，它决定了分子的性质和化学反应的进行。
而分子结构则是由化学键的连接方式所决定的，不同的分子结构会导致不同的化学性质和物理性质。
一、离子键离子键是一种化学键，它是由正负电荷之间的相互吸引力所形成的。
通常情况下，金属元素会失去电子成为正离子，非金属元素会获得电子成为负离子，然后通过电荷之间的吸引力形成离子键。
离子键通常比较稳定，具有高熔点和高沸点。
二、共价键共价键是一种化学键，它是由两个非金属原子之间电子的共享所形成的。
在共价键中，原子之间的电子云相互重叠，形成共享电子对，从而形成共价键。
共价键通常比较稳定，具有较低的熔点和沸点。
共价键可以分为单键、双键和三键。
单键是由一个电子对共享而成，双键是由两个电子对共享而成，三键是由三个电子对共享而成。
双键和三键比单键更强，因此分子中的双键和三键通常比较容易发生化学反应。
三、金属键金属键是一种化学键，它是由金属原子之间的电子云形成的。
金属原子通常具有较低的电负性，因此它们会失去外层电子形成正离子，并形成一个电子云，这个电子云中的电子可以自由移动。
金属键通常比较稳定，具有高熔点和高电导率。
四、分子结构分子结构是由化学键的连接方式所决定的。
分子可以是线性的，也可以是非线性的。
线性分子通常由两个原子组成，原子之间通过共价键连接在一起。
非线性分子通常由三个或更多原子组成，原子之间通过共价键连接在一起。
分子结构的不同会导致分子的性质和化学反应的进行。
例如，线性分子通常比较极性，因此它们在溶液中会很容易溶解。
而非线性分子通常比较非极性，因此它们在溶液中不容易溶解。
此外，分子结构还可以影响分子的立体构型。
立体构型是指分子中原子的空间排列方式。
分子的立体构型决定了分子的手性性质，也会影响分子的反应性和生物活性。
总结起来，化学键和分子结构是化学中非常重要的概念。
化学键决定了分子的性质和化学反应的进行，而分子结构则是由化学键的连接方式所决定的。
化学键与分子结构
化学键与分子结构化学键和分子结构是化学中两个重要的概念，它们影响着物质的性质和反应方式。
化学键指的是将原子结合在一起的力，而分子结构则表示物质中原子的排列方式。
下面将详细讨论化学键的种类以及它们在形成分子结构中的作用。
1. 离子键离子键是由正负电荷之间的相互作用力形成的。
在离子化合物中，金属原子通常失去电子变为正离子，非金属原子则得到电子形成负离子。
这些正负离子通过吸引力结合在一起，形成离子晶格。
离子键的典型代表是氯化钠（NaCl），其中钠离子和氯离子通过强烈的静电作用相互吸引。
2. 共价键共价键是通过两个原子间相互共享电子而形成的。
共价键可进一步分为极性共价键和非极性共价键。
非极性共价键在原子间平均共享电子，反映了原子间的平等关系，如氢气（H2）。
而极性共价键中，一个原子对电子的吸引力比另一个更强，导致电子在共价键中不对称分布。
水分子（H2O）中氧原子对电子的吸引力比氢原子强，因此氧原子部分带负电荷，而氢原子则部分带正电荷。
3. 金属键金属键是金属原子间的一种特殊化学键。
在金属晶体中，金属原子失去外层电子形成正离子，而这些正离子被自由移动的电子所包围。
金属键的特点在于电子可在整个晶体中自由移动，因此金属具有优良的导电性和热传导性。
典型的金属化合物是铁（Fe），其中铁原子通过金属键形成具有结晶结构的金属晶体。
化学键在形成分子结构时起到了至关重要的作用。
不同种类的化学键决定了分子的性质和反应方式。
比如，离子键的极性和强度决定了离子化合物的溶解性和熔点；共价键决定了分子的结构和相对稳定性；金属键则赋予金属物质特有的导电性和塑性。
总结起来，化学键与分子结构密不可分。
通过了解不同种类的化学键以及它们的作用，我们可以更好地理解物质的性质和相互作用，进一步推动化学科学的发展与应用。
以上就是关于化学键与分子结构的文章内容。
通过对化学键种类和其在分子结构中的作用的了解，我们能够更好地理解化学现象和物质性质的本质。
化学键与分子结构
化学键与分子结构在化学领域中，化学键和分子结构是两个关键概念。
化学键是指将原子相互连接并形成化合物的力，而分子结构则描述了化合物中原子的排列方式和空间结构。
通过理解化学键与分子结构之间的关系，我们可以更好地理解物质的性质和反应机理。
在本文中，将详细介绍不同类型的化学键和其在分子结构中的作用。
一、离子键离子键是指由离子间的静电吸引力在正负电荷之间形成的键。
一般来说，金属与非金属形成离子化合物，如氯化钠（NaCl）。
在氯化钠中，钠离子失去一个电子，成为正离子（Na+），而氯离子获得一个电子，成为负离子（Cl-）。
这些离子通过静电吸引力形成了强大的离子键。
离子键通常具有高熔点和高沸点，因为需要克服大量的离子间吸引力才能改变其相态。
此外，离子键还给物质带来了电导性和溶解性。
二、共价键共价键是指原子通过共享电子而形成的化学键。
共价键的形成涉及到非金属原子之间的电子云重叠。
共价键可以进一步分为两种类型：极性共价键和非极性共价键。
极性共价键是指电子在共享时被一个原子更强烈地吸引，导致两个原子间形成部分正、负电荷。
而非极性共价键是指电子在两个原子之间均匀地共享，没有电荷偏移。
比如，氧气（O2）中的氧原子通过非极性共价键相互连接。
共价键的强度通常比离子键弱，因此共价化合物的熔点和沸点较低。
共价键也可以形成双键或三键，例如乙炔（C2H2）中的碳碳三键。
共价键的长度和强度受到原子间距离和电负性之间的影响。
较短的共价键通常更强，而较长的共价键通常较弱。
三、金属键金属键是金属原子之间形成的一种特殊化学键。
金属键的形成涉及金属原子之间的电子云共享，使得金属中的原子由正离子核团和移动的自由电子构成。
这些自由电子在整个金属中移动，并形成所谓的“海洋模型”。
金属键使得金属具有高导电性和高热导率的特点。
此外，金属键通常具有高密度和良好的延展性和形变性。
四、氢键氢键是用氢原子连接两个原子之间的相互作用力。
氢键通常发生在含有氧、氮或氟的原子与具有部分正电荷的氢原子之间。
7化学键与分子结构b
N2 、C2、 B2分子轨道能级图
σ2p* π2py* π2pz* 2p π2py 2s σ2p π 2pz σ2S* σ2S σ1S* 1s σ1S 1s
Z＜8
2p E
ΔE小 可组合
2s
1.B2 MO 电子填充 2.C2 MO 电子填充 3.N2 MO 电子填充
30
AO
MO
AO
π2py*
N2 B2
a b
19
在分子中, 成键电子多, 体系的能量低, 分 子就稳定; 反键电子多, 体系能量高, 不利于分 子的稳定存在. 分子轨道没有双键或单键等概念。 键级 = (成键电子数 - 反键电子数) / 2
键级越高, 分子越稳定.
键级为0的分子不能稳定存在. 键级----H2: (2-0)/2=1 稳定存在 He2: (2-2)/2=0 不能够稳定存在
x (c2 )
旋转 180
x
a b
16
π对称：绕 x 轴旋转180°，形状不变，符号 改变。例如：原子轨道pz，py，dxy，dxz，dyz为 π对称。
x
(c2 )
旋转
180
o
x
a b
17
σ轨道
填入σ与σ*轨道上的电子叫σ电子，构成的键 叫σ键；
特点：沿键轴呈园柱形对称。 π轨道 填入π和π*轨道上的电子叫π电子，构成的键 叫π键。
轨道(σ2S*)2能量效应基本抵消, 剩成键的σ2px构
成一个σ键; 成键的π2py和反键的π2py*空间方位一
致, 可共同构成一个“三电子π键”, π2pz和π2pz*
构成另一个“三电子π键”.
结论：O2分子是由一个σ键和两个“三电子π键”
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第 7 章 化学键与分子 结构
Chapter 7 Chemical Bond and Molecular Structure
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； 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，会解释其对物质性 质的影响。
第二节 离子键理论
第七章 化学键与分子结构
7.2.2 离子的特征
离子化合 物的性质
取决于
离子键 的强度
取 决 于
1. 离子电荷 (charge) 去电子数目。
正、负离 子的性质
◆ 正离子通常只由金属原子形成，其电荷等于原子失 ◆ 负离子通常只由非金属原子组成，其电荷等于原子 获得电子的数目；出现在离子晶体中的负离子还可 是多原子离子。
Li+
②8e-构型
Be2+ 、H- .
——最外层有8个e-的离子 IA M+ 、IIA M2+ F- 、 Cl- 、Br- 、I- 、O2- 、N3- 、S2第二节 离子键理论
第七章 化学键与分子结构
③18e-构型 —最外层有18个电子的离子.
Cu+ 、 Ag+ 、Au+ Zn2+ 、Cd2+ 、Hg2+
×
×
Cu2+ [Ar]3d94s0 Pb2+ 1s 22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s26p0 [Xe]4f145d106s26p0
第二节 离子键理论
第七章 化学键与分子结构
（2）离子的电子构型 －－主要是针对正离子 ①2e-构型 ——最外层有2个e-的离子
离子键形成的条件：原子间的电负性差值＞2.0
第二节
离子键理论
第七章 化学键与分子结构 （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） ● 键的离子性与元素的电负性有关
NaCl
CsCl
第二节
离子键理论
第七章 化学键与分子结构 xA-xB 离子性百分率(%) 离子键中键的极性 离子键中键的离子性 0.2 01 元素电负性的关系 0.4 04 与元素电负性的关系 0.6 09 0.8 15 1.0 22 1.2 30 1.4 39 1.7 50 1.8 55 2.0 63 2.2 70 2.4 76 XA-XB﹥1.70单键具有50%以 也可用 Hannay & Smyth 公式 2.6 82 上的离子性即形成离子化合 2.8 86 来计算键的离子性。 物，否则，XA-XB﹤1.70则形 3.0 89 成共价化合物 .)+3.5 (△x)2]×100% 离子性 =[16(△x 3.2 92
第三节
晶格能
第七章 化学键与分子结构
晶格能对离子晶体物理性质的影响
对同一类型的晶体，离子电荷数越大，半径越小，晶格能 越大，离子键越牢固，晶体的熔沸点越高。
第三节
晶格能
第一节 化学键的定义
第七章 化学键与分子结构
7.2 离子键理论
7.2.1 离子键及其特点
（1）离子键的形成
形成化学键 -450 kJ· mol-1
第二节 离子键理论
第七章 化学键与分子结构
V 0 V0 r0
r
r > r0 ，当 r 减小时，正负离子靠静电相互吸引，势能 V 减小，体系趋于稳定。
离子键理论
第七章 化学键与分子结构 离子半径的变化规律 a ) 同主族从上到下，具有相同电荷数的离子半径增加。 Li+< Na+ < K+ < Rb+ < Cs+； F－< Cl－< Br－< I－ b ) 同周期的主族元素，从左至右正离子的半径随电荷数的升 高而减小，而负离子的半径增大。 Na + > Mg 2 + > Al 3 + K + > Ca 2 + Cl - ＜S2-＜P3c ) 同一元素，不同价态的正离子，电荷高的半径小。
第二节 离子键理论
第七章 化学键与分子结构
2. 离子半径
离子半径概念 将离子晶体中的离子看成是相切的球 r+ d r-
体，正负离子的核间距 d 是 r + 和 r－ 之
和。 d 值可由晶体的 X 射线衍射实验测定得到，
例如 MgO d = 210 pm 。
1926年，哥德希密特 ( Goldschmidt ) 用光学方法测得F－和O2得到一系列离子半径－哥德希密特半径 。
第三节
晶格能
第七章 化学键与分子结构
二、晶格能的计算
------Born-Haber循环法----Hess定律的应用 Na(s) + 1/2Cl2(g) △rHmθ＝ △fHmθ(NaCl) NaCl(s) △rH1＝S(升华热) Na(g) + 1/2 Cl2(g) △rH2＝1/2D(离解能) Na(g) + Cl (g)
第一节
化学键的定义
第七章 化学键与分子结构 不同的外在性质反映了不同的内部结构
各自内部的结合力不同
Pauling L在《The Nature of The Chemical Bond》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。
如 Ti4 + < Ti3 + ；
Fe3 + < Fe2 +
d ) 同一元素的正离子半径＜原子半径＜负离子半径
第二节
离子键理论
第七章 化学键与分子结构
3、离子的电子层结构 （1）基态离子的电子排布
64s2 Fe [Ar]3d 26
Fe2+ [Ar]3d44s2 [Ar]3d64s0
Fe3+ [Ar]3d34s2 [Ar]3d54s0
第二节 离子键理论
的半径，分别为133pm 和132pm。 结合 X 射线衍射所得的d值，
第七章 化学键与分子结构 1927 年，Pauling 把最外层电子到核的距离，定义为离 子半径。并利用有效核电荷等数据，求出一套离子半径 数值，被称为 Pauling 半径 。
一般采用Pauling半径
第二节
第七章 化学键与分子结构
注：
离子的电子构型不同， 对应的化合物性质不同 Na+，K+ —— 8e-构型， Ag+，Cu+ ——18e-构型， 因而它们的化合物的性质有差别， IA 、 IB 元素的最外层均 NaCl 、KCl 有 1易溶于水 个电子，均可形成 +1 氧 化数的离子，如 Na+ ， K+ ， 难溶于水 AgCl、CuCl 均为白色沉淀， Ag+，Cu+，但它们的电子构 型不同。
④(18+2)e-构型
------ 最外层2个电子、
次外层18个电子的离子
Pb2+ 、Sn2+ 、 Bi3+ 、Tl+
⑤(9—17)e-不规则构型 Ti3+ 、V3+ 、 Cr2+ 、Cr3+ Mn2+、 Fe3+ 、 Fe2+ 、Co3+ Co2+ 、 Ni2+ 、 Cu2+
第二7.1 化学键的定义 7.2 离子键理论 7.3 共价键理论 7.4 金属键理论 7.5 分子间作用力和氢键
第七章 化学键与分子结构
7.1 化学键的定义
1. 什么是化学键
2Na (s) + Cl2 (g) 银灰色 颜色 固体 状态 极强 导电性 通电下 黄绿色 气体 极弱 2NaCl (s) 白色 晶体 极弱，熔融导电
r < r0 ，当 r 减小时，V 急剧上升。因为Na+和Cl－彼此 再接近时，电子云之间的斥力急剧增加，导致势能骤然 上升。 r = r0 ，V 有极小值，此时体系最稳定，形成离子键。
第二节 离子键理论
第七章 化学键与分子结构
离子键：由原子间发生电子的转移，形成 正负离子，并通过静电引力作用 而形成的化学键。
△rH5＝－U(晶格能)
△rH3＝ I(电离能)
Na+(g) + Cl(g) △rH4＝－E(亲和能)
第三节 晶格能
Na+(g) + Cl-(g)
第七章 化学键与分子结构
△rHmθ＝ △fHmθ(NaCl)
＝ △ rH 1 ＋ △ rH 2 ＋ △ rH 3 ＋ △ rH 4 ＋ △ rH 5 ＝S + 1/2D + I + (-E) + (-U) S=109KJ/mol； D=242KJ/mol； I=496KJ/mol； E=349KJ/mol； △fHmθ(NaCl) = -411KJ/mol 将数据代入得： U=788KJ/mol
第二节
离子键理论
第七章 化学键与分子结构
7.2.3 晶格能
一、含义
在pθ、指定温度下，由气态正离子和负离子 结合形成1mol离子晶体所释放出的能量。
M ( g ) X ( g ) MX (s)
晶格能常用U表示，单位是KJ/mol。
晶格能为负值，但通常取其绝对值，教材中所给数
据也为绝对值。