13微粒间的相互作用力

Chapter1物质结构元素周期律1.3微粒之间的相互作用力什么是化学键？2Na(s)+Cl2(g)==2NaCl(s)Color银灰色黄绿色无色State固体气体晶体ElectricalConductivity极强极弱极弱，熔融导电Elective极强极弱熔融下反应逆转1.3.1化学键的定义和分类化学键是指分子中两个相邻原子之间强烈的相互吸引力。金属键3.共价键2.离子键1.化学键类型离子键和离子化合物定义：•离子键：活泼金属（如钠、钾、钙、镁等）与活泼非金属（如氟、氯、氧、硫等）相互化合时，活泼金属失去电子形成带正电荷的阳离子，活泼非金属得到电子形成带负电荷的阴离子，阳离子和阴离子靠静电作用形成了离子化合物。•本质：静电作用。•特征：没有方向性和饱和性。通常，金属与非金属之间的电负性差值≥1.7时即为离子键。电负性差值越大，离子键越强。离子键和离子化合物•常见的离子化合物1、活泼金属（指第一和第二主族的金属元素）与活泼的非金属元素（指第六和第七主族的元素）之间形成的化合物。2、金属元素与酸根离子之间形成的化合物。（酸根离子如硫酸根离子、硝酸根离子、碳酸根离子等等）3、铵根离子（NH4+）和酸根离子之间，或铵根离子与非金属元素之间。4、许多碱（如NaOH、KOH、Ba(OH)2等）。共价键和共价化合物定义：•原子间靠共用电子对形成的化学键称为共价键。•由共价键结合的化合物称为共价化合物•特性：具有方向性和饱和性共价键和共价化合物共价键的键参数：表征原子间所形成的各种性质的物理量称为键参数。键能键长键角键参数共价键和共价化合物•键能：在101.3kPa和298K下，将1mol气态分子AB断裂成理想气态原子所吸收的能量叫做AB的键能或离解能(KJ·mol),常用符号D（A-B）表示。AB（g）→A（g）+B（g）。通常，键能越大，键越牢固，分子越稳定。•键长：分子或晶体中两个原子核间的平均距离。通常，键长越短，键越牢固，分子越稳定。•键角：分子中键与键之间的夹角。键角越接近自然角越稳定。键角决定分子的构型。共价键和共价化合物共价键的分类非极性共价键：同种原子吸引共用电子对的能力相等，成键电子对匀称地分布在两核之间，不偏向任何一个原子，成键的原子都不显电性。分子中电荷的分布是对称的，整个分子的正电荷重心与负电荷重心重合，这种分子叫做非极性分子，这种键叫做非极性共价键。极性共价键：不同种原子之间共用电子对形成的共价键，原子电子明显偏向非金属性强的，是极性共价键，简称极性键。配位键：当共价键中共用的电子对是由其中一原子独自供应时，就称配位键。配位键形成后，就与一般共价键无异。共价键和共价化合物配位键N:HHH+BFFFNHHBFFFH共价键和共价化合物极性分子：分子中正负电荷中心不重合，从整个分子来看，电荷的分布是不均匀的，不对称的，这样的分子为极性分子，以极性键结合的双原子一定为极性分子，以极性键结合的多原子分子如果分子的构型不对称，则分子为极性分子（polarmolecules）。Eg.HCl,H2O,NH3,SO2共价键和共价化合物非极性分子：原子间以共价键结合，分子里电荷分布均匀，分子中正负电荷中心重合，从整个分子来看，电荷分布是均匀的，对称的，这样的分子为非极性分子（Non-polarmolecules）。分子中各键全部为非极性键时，分子是非极性的（O3除外)。当一个分子中各个键完全相同，都为极性键，但分子的构型是对称的，则分子是非极性的。Eg.Cl2,CO2,CS2,BF3,P4,C2H2,SO3,CH4共价键和共价化合物单原子分子一定是非极性分子；双原子分子同核都是非极性分子；异核都是极性分子；多原子分子空间结构对称的是非极性分子，空间结构不对称的是极性分子。共价键的极性取决于相邻两原子间共用电子对是否有偏移分子的极性取决于整个分子正负电荷中心是否重合金属键•定义：在金属晶体中，自由电子作穿梭运动，它不专属于某个金属离子而为整个金属晶体所共有。这些自由电子与全部金属离子相互作用，从而形成某种结合，这种作用称为金属键。•特性：无方向性、无饱和性。•金属晶体：通过金属键作用形成的单质晶体。金属键【讨论1】金属为什么易导电？在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由电子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下自由电子就会发生定向运动，因而形成电流，所以金属容易导电。金属键【讨论2】金属为什么易导热？金属容易导热，是由于自由电子运动时与金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。【讨论3】金属为什么具有较好的延展性？金属晶体中由于金属离子与自由电子间的相互作用没有方向性，各原子层之间发生相对滑动以后，仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作用下，发生形变也不易断裂。ClicktoaddTitleClicktoaddTitleClicktoaddTitle分子轨道理论1.3.2分子结构路易斯结构式价键理论—电子配对理论杂化轨道理论价层电子对互斥理论ClicktoaddTitle路易斯结构式路易斯认为，稀有气体最外层电子构型(8e)是一种稳定构型。他把用“共用电子对”维系的化学作用力称为“共价键”。后人就把这种观念称为路易斯共价键理论（八隅体规则）。分子有用于形成共价键的键合电子(成键电子)和未用于形成共价键的非键合电子，又称“孤对电子”，用小黑点来表示孤对电子。ClicktoaddTitle路易斯结构式•人们把这类(用短棍表示共价键，同时用小黑点表示非键合的“孤对电子”)添加了孤对电子的结构式叫做路易斯结构式,也叫电子结构式。例如，水、氨、乙酸、氮分子、CO32–的路易斯结构式可以表示为：OHH....HNHH..HCHHCOOH........NN....OCOO24e2-缺电子中心多电子中心CClClClCl电子中心32e24e40ePClClClClCl8BClClCl•价电子总数等于分子中所有原子的价电子数之和，但中心原子周围的电子总数(共用电子+孤对电子)并不总等于8，有多电子中心或缺电子中心如：NOOONOOONOOO+OOOOOO‥‥••路易斯结构式虽然能说明一些问题，但是它还是有一些局限性：1.对作为中心原子的第3周期及其以下周期的元素而言,价层电子数可以大于8.例如，[SiF6]2-，PCl5和SF6中的中心原子价层电子数分别为12，10和12(超价化合物).2.对于氧分子的结构，第一种表示虽然符合路易斯结构式，但它不能表达氧分子显示的磁性，后两种表示方法对.3.有些物种的合理结构能写出不止一个.例如对NO3-离子而言，可以写出能量相同的三个式子（但3个式子都不代表NO3-离子的实际结构，此时鲍林的共振论此时应运而生.价键理论—电子配对理论1.共价键的形成：随着量子力学的发展，1927年德国物理学家W.Heitler和F.London用量子力学处理了H2分子，提出了VB法，奠定了现代共价键理论的基础。(1)两原子中自旋方向相反的未成对电子可以相互配对形成共价键。(2)发生相互重叠的两个原子轨道的正、负号要相同——对称性匹配原则。只有同号的原子轨道重叠（“+”与“+”、“-”与“-”的重叠）才能使系统的能量降低，重叠才是有效的；异号的原子轨道重叠（“+”与“-”的重叠）使系统的能量升高，重叠是无效的。2.价键理论（VB法）基本要点(3)相互重叠的两个原子轨道要尽可能沿着能发生最大重叠的方向进行重叠——最大重叠原则。+-+++---++++Eg:HCl分子中H原子的1s轨道与Cl原子的3px轨道进行重叠，其重叠方式有以下四种：(a)(b)(c)(d)√••••••••原子轨道重叠的几种方式：++--++••x(a)s-s++•x(b)-•px-sx(c)••px-px(e)+x-•z+dxz-pz有效重叠正重叠++x(d)-•-•zpz-pz++•x(f)-•px-sx(g)••px-px+--+z++x(h)-•-•pz-pz++x(i)-••pz-sz无效重叠负重叠零重叠共价键的本质对称性相同、能量相近的原子轨道的重叠共价键的特征饱和性：原子形成共价键的数目取决于其所具有的未成对电子的数目HClHOHNN方向性：原子间总是尽可能沿着原子轨道最大重叠的方向成键共价键的类型按照原子轨道重叠方式的不同，可分为：※键：“头碰头”重叠，键能大x+–+px—sx++s—spx—pxx+–+–pz—pzx++zz––※键：“肩并肩”重叠键能小(s-s)(p-p)(s-p)(p-p)共价叁键：一条为键，两条为键注：在价键理论中：共价单键：均为键H—Cl、H—H、H—N—HH共价双键：一条为键，一条为键:NN:、:CO:Lewis分子结构式H2CCH2、OCO价键结构式价键结构式键类型σ键π键原子轨道重叠方式沿键轴方向相对重叠沿键轴方向平行重叠原子轨道重叠部位两原子核之间，在键轴处键轴上方和下方，键轴处为零原子轨道重叠程度大小键的强度较大较小化学活泼性不活泼活泼σ键和π键的特征比较Eg.H21s11s—1s1个σ键Cl23s23p53px—3px1个σ键HCl1s—3px1个σ键N22s22p32px—2px1个σ键2py—2py1个键2pz—2pz1个键ClicktoaddTitle杂化轨道理论形成分子时，同一原子中的若干不同类型、能量相近的原子轨道混合起来，重新分配能量和调整空间方向组成数目相同、能量相等的新的原子轨道，这种混合平均化的过程称为原子轨道的“杂化”1.杂化轨道概念杂化轨道：杂化后所形成的若干新原子轨道。有：spsp2sp3sp3dsp3d22.杂化轨道理论的要点(1)发生轨道杂化的原子一定是中心原子；(2)参加杂化的各原子轨道能量要相近（同一能级组或相近能级组的轨道）；(3)杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目；但杂化轨道在成键时更有利于轨道间的重叠；(4)杂化轨道在空间构型上都具有一定的对称性（以减小化学键之间的排斥力）。(5)杂化轨道只能填充孤电子对或σ键电子。+sp轨道杂化过程示意图每个sp杂化轨道的形状为一头大，一头小，含有1/2s轨道和1/2p轨道的成分两个轨道间的夹角为180°，呈直线型常见的杂化轨道类型：实验测得:两个共价键，直线形分子（键角180°）Cl—Be—ClBe原子：1s22s2没有单个电子180°ClClBe(1)sp杂化——BeCl2分子的形成一个s和一个p轨道杂化BeCl2分子结构ClClsppxpx规律：第ⅡA族、ⅡB族元素与第ⅦA族元素所形成的MX2型共价化合物，中心原子采取sp杂化。BeBr2、HgCl2。ClBeCl(2)sp2杂化——BF3分子的形成每个sp2杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有1/3s轨道和2/3p轨道的成分每两个轨道间的夹角为120°，呈平面三角形sp2杂化：1个s轨道与2个p轨道进行的杂化,形成3个sp2杂化轨道。BF3分子的形成：实验测得，三个共价键，平面三角形分子（键角120°）。B原子：1s22s22p1120°FFFB规律：第ⅢA族元素与第ⅦA族元素所形成的MX3型共价化合物，中心原子采取sp2杂化。如BBr3。sp3杂化：1个s轨道与3个p轨道进行的杂化,形成4个sp3杂化轨道。每个sp3杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有1/4s轨道和3/4p轨道的成分每两个轨道间的夹角为109.5°，空间构型为正四面体型(3)sp3杂化——CH4分子的形成实验测得，四个共价键，正四面体形分子（键角109°28′）CH4分子的形成：规律：第ⅣA族元素与第ⅠA族、ⅦA族元素所形成的MX4型共价化合物，中心原子采取sp3杂化。如CCl4、SiF4、CHCl3。C原子：1s22s22p2只有2个单电子sp3d杂化PCl5(三角双锥)sp3d2杂化SF6(正八面体)等性杂化：参与杂化的各原子轨道进行成分的均匀混合。杂化轨道每个轨道的成分轨道间夹角(键角)sp1/2s，