化学键(ppt)课件.ppt

1、1 化学键就是一种作用力。键化学键就是一种作用力。键 能大约在能大约在125 900 kJ/mol。4.2.1 离子键离子键 2 无方向性、无饱和性；无方向性、无饱和性；两元素电负性相差越大，成键时形成离子键两元素电负性相差越大，成键时形成离子键 的倾向越大；的倾向越大；当电负性相差当电负性相差 1.7 时，以离子键为主；时，以离子键为主；离子键的本质是静电引力，一般来讲，电荷离子键的本质是静电引力，一般来讲，电荷越多，半径越小，离子键越强。此外，离子键越多，半径越小，离子键越强。此外，离子键的强弱还和电子层的结构有关。的强弱还和电子层的结构有关。2.离子键的特点离子键的特点3.离子的电子层结

2、构离子的电子层结构表表4-10 正离子的电子层结构（正离子的电子层结构（P145）（1）2电子型电子型 1s2（2）8电子型电子型 ns2np6（3）18电子型电子型 ns2np6nd10（4）18+2电子型电子型 ns2np6nd10(n+1)s2（5）9-17电子型电子型 ns2np6nd(18)离子结构主要用来解释离子晶体的极化和过渡离子结构主要用来解释离子晶体的极化和过渡(P149)4 2.共价键共价键(1)路易斯价键理论路易斯价键理论(略略)(2)价键理论价键理论(3)价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论(4)杂化轨道理论杂化轨道理论同种非金属元素的原子同种非金属元素的原子 不同种元

3、素的原子（电负性相差较小）不同种元素的原子（电负性相差较小）Lewis G.N.5 价键理论的要点价键理论的要点（a）电子配对）电子配对 即共价键的饱和性即共价键的饱和性 H：1S1 只能形成单键。只能形成单键。例：例：HCl、H2O。N：1S2 2S2 2P3 最多可形成三个键。最多可形成三个键。例：例：NH3 He 1S2 无成单电子，形不成双原子分子。无成单电子，形不成双原子分子。（b）对称性匹配）对称性匹配 只有相同符号的原子轨道才能只有相同符号的原子轨道才能 有效重叠有效重叠 （如（如P148页：图页：图1-14（a)6（c）最大重叠）最大重叠 即共价键的方向性。即共价键的方向性。H

4、Cl：H：1S1 Cl：3S2 3P5 H Cl+H Cl+1s3Px（d d）共价键的类型）共价键的类型:按原子轨道的重叠方式分按原子轨道的重叠方式分:键和键和 键键 键键:原子轨道原子轨道“头碰头头碰头”重叠重叠 键键:原子轨道原子轨道“肩并肩肩并肩”重叠重叠8 N2 N:2S2 2P3 N:2S2 2P3+Px-Px头碰头重叠头碰头重叠 键键 Pz-Pz肩碰肩重叠肩碰肩重叠 键键 Py-Py肩肩并并肩重叠肩重叠 键键 键与键与键的对比键的对比 键键 键键重叠方式重叠方式 “头碰头头碰头”“肩碰肩肩碰肩”重叠方向重叠方向 沿键轴的方向沿键轴的方向 与轨道对称轴相互平行与轨道对称轴相互平行

5、的方向的方向重叠形状重叠形状 圆柱形对称圆柱形对称 两块冬瓜状，节面对称两块冬瓜状，节面对称重叠程度重叠程度 大大 小小键键 能能 大大 小小电子能量电子能量 较低，较稳定较低，较稳定 较高，较活泼较高，较活泼2、离子的极化与键型的过渡、离子的极化与键型的过渡 离子极化理论是对离子键的一种补充，离子极化理论是对离子键的一种补充，可以更好地解释离子键的强弱、离子晶体可以更好地解释离子键的强弱、离子晶体的过渡和熔沸点的高低：的过渡和熔沸点的高低：（1）离子的极化力）离子的极化力 a.离子的电荷越多，半径越小，产生的离子的电荷越多，半径越小，产生的电场强度越大，其极化力就越强。电场强度越大，其极化力

6、就越强。b.离子的极化力主要指正离子离子的极化力主要指正离子离子的极化力顺序离子的极化力顺序（1）2电子构型，电子构型，18电子构型和电子构型和18+2电子构电子构型的离子极化力最强型的离子极化力最强（2）917电子极化力次之电子极化力次之（3）8电子极化力最弱电子极化力最弱(2)离子的变形性离子的变形性a.离子的半径离子的半径越大越大，变形性，变形性越大越大。b.离子的变形主要针对负离子。离子的变形主要针对负离子。c.由于离子的极化导致第三周期元素氯化物由于离子的极化导致第三周期元素氯化物 的晶体类型由的晶体类型由:离子晶体离子晶体-过渡型晶体过渡型晶体-分子晶体分子晶体P151：表：表4-

7、12 第三周期元素氯化物的熔沸点第三周期元素氯化物的熔沸点离子极化对化合物的影响离子极化对化合物的影响3.键参数（略）键参数（略）（1）键能）键能（2）键长）键长（3）键角）键角4.2.3 4.2.3 分子的空间构型分子的空间构型1.价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论 为了预测多原子分子的几何构型，西奇威为了预测多原子分子的几何构型，西奇威克等于克等于1940年提出了价层电子对互斥理论，年提出了价层电子对互斥理论，简称简称VSEPR法。法。VP：价层电子对数：价层电子对数 BP：成键电子对数：成键电子对数 LP：孤对电子对数：孤对电子对数 VP=BP+LP推断分子或离子的空间构型的具体步骤：

8、推断分子或离子的空间构型的具体步骤：1、确定中心原子的价层电子对数，、确定中心原子的价层电子对数，以以AXm为例为例(A中心原子中心原子,X配位原子配位原子)：原则：原则：A的价电子数的价电子数=主族序数；主族序数；配体配体X：H和卤素每个原子各提供一个价和卤素每个原子各提供一个价 电子电子,规定规定：氧与硫氧与硫不提供价电子；不提供价电子；正离子应减去电荷数正离子应减去电荷数,负离子应加上电荷数。负离子应加上电荷数。VP=1/2A的价电子数的价电子数+X提供的价电子数提供的价电子数m 离子电荷数离子电荷数()负负 正正2、确定电子对的空间构型：、确定电子对的空间构型：VP=2 直线形直线形V

9、P=3 平面三角形平面三角形VP=4 正四面体正四面体VP=5 三角双锥三角双锥VP=6 正八面体正八面体3、确定中心原子的孤对电子对数，推断、确定中心原子的孤对电子对数，推断分子的空间构型。分子的空间构型。LP=0:分子的空间构型分子的空间构型=电子对的空间构型电子对的空间构型2BeHVP=(2+2)=2 直线形直线形213BFVP=(3+3)=3 平面三角形平面三角形214CHVP=(4+4)=4 四面体四面体215PClVP=(5+5)=5 三角双锥三角双锥216SFVP=(6+6)=6 八面体八面体21例如：例如：LP0：分子的空间构型不同于电子对的：分子的空间构型不同于电子对的空间构

10、型。空间构型。34611 21 2SnCl2平面三角形平面三角形 V形形NH3四面体四面体 三角锥三角锥H2O四面体四面体 V形形IF5八面体八面体 四方锥四方锥XeF4八面体八面体 平面正方形平面正方形VPLP电子对的电子对的空间构型空间构型分子的分子的空间构型空间构型例例P153页：表页：表4-13 价层电子对与分子价层电子对与分子几何构型的关系几何构型的关系杂化轨道理论杂化轨道理论1931年由鲍林提出，年由鲍林提出，20年后被公认，获年后被公认，获1954年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。22 q能量相近的原子轨道可重新组合叫杂化。能量相近的原子轨道可重新组合叫杂化。例例 ns 和和 np

11、 、(n 1)d ns np 。q 有几个轨道参加杂化就得几个杂化轨道。有几个轨道参加杂化就得几个杂化轨道。例：例：一个一个s和一个和一个p 杂化杂化两个杂化轨道（两个杂化轨道（sp杂化轨道）杂化轨道）一个一个s和两个和两个p 杂化杂化叁个杂化轨道（叁个杂化轨道（sp2杂化轨道）杂化轨道）一个一个s和叁个和叁个p 杂化杂化四个杂化轨道（四个杂化轨道（sp3杂化轨道）杂化轨道）q 杂化后的轨道电子云更集中成键能力更强。杂化后的轨道电子云更集中成键能力更强。+S P杂化杂化+-2SP23（以（以BeCl2 为例）为例）S成分：成分：1/2 P成分：成分：1/2（a）SP杂化杂化 2s2p2s2ps

12、p 2ptwo sp hybrid orbitalexcited hybridization 一个一个s轨道与一个轨道与一个p轨轨道杂化后，得两个道杂化后，得两个sp杂化轨道，每个杂化杂化轨道，每个杂化轨道的轨道的s成分为成分为1/2，p成分为成分为1/2，杂化轨道，杂化轨道之间的夹角为之间的夹角为180度。度。BeCl2空间结构：直线型空间结构：直线型24 B:2S2 2P1 F:2S2 2P5(以以 BF3 为例为例)S成分：成分：1/3 P成分：成分：2/3（b）SP2 杂化杂化 2s2p轨道轨道 2s2p2s2psp2three sp2 hybrid orbitalexcited hy

13、bridization 空间结构：平面三角形空间结构：平面三角形一个一个s轨道与两个轨道与两个p轨道杂轨道杂化，得三个化，得三个sp2杂化轨道，杂化轨道，每个杂化轨道的每个杂化轨道的s成分为成分为1/3，p成分为成分为2/3，三个杂化轨道，三个杂化轨道在空间分布是在同一平面上，在空间分布是在同一平面上，互成互成120 25 C:2S2 2P2 H:1S1(以以 CH4 为例为例)S成分：成分：1/4 P成分：成分：3/4（c）SP3 杂化杂化 2p2s2s2psp3four four sp3 3 hybrid orbitalexcited hybridization 空间结构：正四面体构型空间

14、结构：正四面体构型一个一个s轨道与三个轨道与三个p轨道轨道杂化后，得四个杂化后，得四个sp3杂化杂化轨道，每个杂化轨道的轨道，每个杂化轨道的s成分为成分为1/4，p成分为成分为3/4，它们的空间取向是四面它们的空间取向是四面体结构，相互的键角体结构，相互的键角=1092826 N:2S2 2P3 H:1S1 实验证明实验证明:NH3 为三角锥型分子为三角锥型分子,键角为键角为107018。H2O 是是V 型分子，键角为型分子，键角为104045。(以以 NH3、H2O 为例为例)（d）SP3 不等性杂化不等性杂化 sp3杂化杂化Configuration of N in ground stat

15、eHybrid orbitalN:2S2 2P327 O:2S2 2P4H2O 是是V 型分子，键角为型分子，键角为104045。例：例：H2Osp3 3 杂化杂化sp3Hybrid orbitalConfiguration of O in ground statep2s2s-p-d型杂化（主要针对配离子）型杂化（主要针对配离子）配位键：虽然属于配位键：虽然属于 键，但是中心离子只提键，但是中心离子只提供空轨道，由配体单独提供电子对。供空轨道，由配体单独提供电子对。（1）dsp2型，空间结构为平面正方形型，空间结构为平面正方形 如如Ni(CN)42-P157页：图页：图4-25（2）d2sp3

16、型，空间结构为八面体构型型，空间结构为八面体构型 如：如：Fe(CN)63-P158页：图页：图4-26（3）sp3d2型，空间结构为八面体构型型，空间结构为八面体构型 如：如：FeF63-P158页：图页：图4-27(注意注意:(n-1)dnsnp为内轨型配合物，更稳定为内轨型配合物，更稳定 nsnpnd为外轨型配合物，不稳定）为外轨型配合物，不稳定）30 杂化轨道类型杂化轨道类型 sp sp2 sp3(等性等性)sp3(不等性不等性)参加杂化的轨道参加杂化的轨道 s+p s+2p s+3p s+3p杂化轨道数杂化轨道数 2 3 4 4成键轨道夹角成键轨道夹角 180 120 10928 (

17、107,104)空间构型空间构型 直线型直线型 平面平面 正四面体正四面体 三角锥，三角锥，V实实 例例 BeCl2 BF3 CH4 NH3 H2O HgCl2 BCl3 SiCl4 PH3 H2S中心原子中心原子 A,B A A A A 总结总结31 杂化轨道杂化轨道 类类 型型 空空 间间 构构 型型 实实 例例 SP 直线形直线形 BeCl2、HgCl2 、Ag(NH3)2+SP2 平面三角形平面三角形 BCl3、BF3、AlCl3 SP3正正(四四)面体形面体形 CH4、SiCl4、CH3Cl、CH2Cl2 SP3 不等性不等性 三角锥形三角锥形 V字形字形 NH3、PH3、AsH3

18、H2O、H2S下例分子中，键角最大的是：下例分子中，键角最大的是：(1)BF3 (2)H2O(3)BeH2 (4)CCl4(3)试用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子试用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子的成键情况的成键情况交流讨论：交流讨论：C原子在形成乙烯分子时，碳原子的原子在形成乙烯分子时，碳原子的2s轨道与轨道与2个个2p轨道发生杂化，形成轨道发生杂化，形成3个个sp2杂化轨道，伸向平面正三杂化轨道，伸向平面正三角形的三个顶点。每个角形的三个顶点。每个C原子的原子的2个个sp2杂化轨道分别杂化轨道分别与与2个个H原子的原子的1s轨道形成轨道形成2个相同的个相同的键，各自剩余键，各自剩余的的1个

19、个sp2杂化轨道相互形成一个杂化轨道相互形成一个键，各自没有杂化键，各自没有杂化的的l个个2p轨道则垂直于杂化轨道所在的平面，彼此肩轨道则垂直于杂化轨道所在的平面，彼此肩并肩重叠形成并肩重叠形成键。所以，在乙烯分子中双键由一个键。所以，在乙烯分子中双键由一个键和一个键和一个键构成。键构成。C原子在形成乙炔分子时发生原子在形成乙炔分子时发生sp杂化，两个碳杂化，两个碳原子以原子以sp杂化轨道与氢原子的杂化轨道与氢原子的1s轨道结合形成轨道结合形成键。各自剩余的键。各自剩余的1个个sp杂化轨道相互形成杂化轨道相互形成1个个键，键，两个碳原子的未杂化两个碳原子的未杂化2p轨道分别在轨道分别在Y轴和轴

20、和Z轴方轴方向重叠形成向重叠形成键。所以乙炔分子中碳原子间以叁键。所以乙炔分子中碳原子间以叁键相结合。键相结合。有机物构型判断规则有机物构型判断规则1.如果有如果有1个三键，则其中有个三键，则其中有2个个键，用去键，用去2个个p轨道，形成的是轨道，形成的是sp杂化，如乙炔；杂化，如乙炔；2.如果有如果有1个双键则其中必有个双键则其中必有1个个键，用去键，用去1个个P轨道，形成的是轨道，形成的是sp2杂化，如乙烯；杂化，如乙烯；3.如果全部是单键，则形成如果全部是单键，则形成sp3杂化，如乙杂化，如乙烷。烷。36 极性分子：正负电荷中心不重合，分极性分子：正负电荷中心不重合，分子具有极性。子具有

21、极性。非极性分子：正负电荷中心重合，分非极性分子：正负电荷中心重合，分子不具有极性。子不具有极性。4.3.1 分子的极性和电偶极矩分子的极性和电偶极矩 偶极矩：分子中电荷中心偶极矩：分子中电荷中心(正电荷中心或正电荷中心或负电荷中心负电荷中心)上的电荷量上的电荷量q与正负电荷中与正负电荷中心间距离心间距离d的乘积：的乘积：dq极性分子：极性分子：非极性分子：非极性分子：004.3.2 分子间力分子间力色散力色散力取向力取向力诱导力诱导力分子间氢键分子间氢键分子内氢键分子内氢键39 色散力色散力 瞬时偶极产生的作用力。瞬时偶极产生的作用力。运动运动非极性分子非极性分子l=0+l 0瞬时偶极瞬时偶

22、极+40 取向力取向力极性分子间由于固有偶极而产生的作用力。极性分子间由于固有偶极而产生的作用力。+诱导力诱导力诱导诱导诱导偶极诱导偶极+固有偶极固有偶极固有偶极和诱导偶极间产生的作用力。固有偶极和诱导偶极间产生的作用力。41 分子间作用力分子间作用力(kJ.mol-1)分配分配 分子分子 取向力取向力 诱导力诱导力 色散力色散力 总作用力总作用力 H2 0 0 0.17 0.17 Ar 0 0 8.48 8.48 Xe 0 0 18.40 18.40 CO 0.003 0.008 8.79 8.79 3.34 1.1003 16.72 21.05 1.09 0.71 28.42 30.22

23、0.58 0.295 60.47 61.36 NH3 13.28 1.55 14.72 29.55 H2O 36.32 1.92 8.98 47.22 一般，最主要的是色散力；分子极性很大时，取向力是主要的。一般，最主要的是色散力；分子极性很大时，取向力是主要的。42 分子量：分子量：I2 Br2 Cl2 F2 常温下常温下:固固 液液 气气 气气 熔点熔点:113.6 -7.3 -102.4 -223 分子间力的大小对物质的熔点、沸点、溶解分子间力的大小对物质的熔点、沸点、溶解性影响较大。对于同类型的分子，分子量越性影响较大。对于同类型的分子，分子量越大，分子的变形性越大，分子间力越强，导大

24、，分子的变形性越大，分子间力越强，导致沸点和熔点也就越高。如：致沸点和熔点也就越高。如：43 指氢原子与电负性较大的指氢原子与电负性较大的F、O、N 以共价以共价 极性键相结合的同时，还能吸引极性键相结合的同时，还能吸引F、O、N 的孤对电子形成一种特殊的作用力叫的孤对电子形成一种特殊的作用力叫氢键氢键。H F H FF H OHHC OHO羧基羧基 N C OH酰胺基酰胺基 注意：氢键有方向性和饱和性。注意：氢键有方向性和饱和性。44 例例1:思考思考H2O、H2S、H2Se、H2Te 及及 HF、HCl、HBr、HI 的熔沸点的熔沸点顺序。顺序。T.CH4 SiH4 GeH4 SnH4.N

25、H3 PH3 AsH3 SbH3 M 熔沸点比较熔沸点比较（1）熔点：）熔点：HIHFHBrHCl（2）沸点：）沸点：HFHIHBrHCl 分析分析:(a)HI大约是大约是HF的的6倍多，范德华力远大于倍多，范德华力远大于HF的范德华力。的范德华力。但是但是HF有分子间氢键。有分子间氢键。实际上，实际上，HI的熔点大于的熔点大于HF的熔点，的熔点，因为因为HF固体在变成固体在变成HF液体时，只破坏了少部分氢键（液液体时，只破坏了少部分氢键（液态态HF也是存在氢键作用的，并通过氢键聚合为也是存在氢键作用的，并通过氢键聚合为(HF)2等等等）。等）。HI的范德华力已经与的范德华力已经与HF的破坏的

26、那部分氢键相抗的破坏的那部分氢键相抗衡了。衡了。HI的熔点要比的熔点要比HF的高很多，而的高很多，而HF与与HBr差不多。差不多。(b)而对于沸点，是分子克服了几乎全部的作用力，氢键强而对于沸点，是分子克服了几乎全部的作用力，氢键强度是范德华力的很多倍，所以含有氢键的要高。度是范德华力的很多倍，所以含有氢键的要高。46 例例3：解释为什么硝基苯酚的三种同分异构体的沸点不同？解释为什么硝基苯酚的三种同分异构体的沸点不同？OONOHNOOOHNOOOH注意：注意：氢键具有饱和性，分子内形成氢键后氢键具有饱和性，分子内形成氢键后 分子间就形不成氢键。分子间就形不成氢键。42 98 114 47 Eg

27、.下列各对分子间，存在的相互作用力分别为：下列各对分子间，存在的相互作用力分别为：A）CH3Cl 和和CH3Cl 之间存在之间存在_ 。B）CH3Cl 和和 CH4 之间存在之间存在 _。C）N2 和和 N2之间存在之间存在 _。D）H2O 和和C2H5OH之间存在之间存在 _ 。色散力、诱导力、取向力色散力、诱导力、取向力色散力、诱导力色散力、诱导力色散力色散力色散力、诱导力、取向力、氢键色散力、诱导力、取向力、氢键 （1）下列分子中，中心原子在成键时以下列分子中，中心原子在成键时以SP杂化的是杂化的是 。A BeCl2 B NH3 C H2O D SiCl4 （2）下列各物质的分子间只存在色散力的下列各物质的分子间只存在色散力的是是 。A CO2 B NH3 C HBr D CHCl3 Eg.（3）下列各种含氢的化合物中不含有氢键）下列各种含氢的化合物中不含有氢键的是的是 。A HCl B HF C CH4 D HCOOH （4）试写出下列各化合物分子的空间构型，）试写出下列各化合物分子的空间构型，成键时中心原子的杂化轨道类型。成键时中心原子的杂化轨道类型。(A)SiH4 (B)H 2S (C)BCl3(D)PH3 Eg.50 本节重点：价键理论和分子本节重点：价键理论和分子的空间构型的空间构型