离子键与离子型晶体课件.ppt

1、1916 年德国科学家年德国科学家 Kossel(科塞尔科塞尔)提出离子键理论提出离子键理论(以以 NaCl 为例为例)化学键化学键分子中的两个（或多个）原子之间的相互作用分子中的两个（或多个）原子之间的相互作用第一步第一步 电子转移形成离子：电子转移形成离子：Na e Na+，Cl +e Cl 相应的电子构型变化：相应的电子构型变化：2s 2 2p 6 3s 1 2s 2 2p 6，3s 2 3p 5 3s 2 3p 6 形成形成 Ne 和和 Ar 的稀有气体原子的结构，形成稳定离子的稀有气体原子的结构，形成稳定离子 第九章第九章 化学键与分子结构和晶体化学键与分子结构和晶体第二步第二步 靠

2、静电吸引，靠静电吸引，形成化学键形成化学键。体系的势能与核间距之间的关系如图所示：体系的势能与核间距之间的关系如图所示：纵坐标的零点纵坐标的零点 当当 r 无穷大时，即两核之间无限远时的势能。无穷大时，即两核之间无限远时的势能。下面来考察下面来考察 Na+和和 Cl 彼此接近的过程中，势能彼此接近的过程中，势能 V 的变化。图的变化。图中可见：中可见：r r0，当当 r 减小时，正负离子靠静电相互吸引，势减小时，正负离子靠静电相互吸引，势能能 V 减小，体系趋于稳定。减小，体系趋于稳定。r 为核间距为核间距V为体系的势能为体系的势能V0Vr0r0r r =r0，V 有极小值，有极小值，此时体系

3、此时体系 最稳定，表明形成离子键。最稳定，表明形成离子键。r 1.7，发生电子转移，产生正、负离子，形成离子键；发生电子转移，产生正、负离子，形成离子键；X 1.7，实实际上是指离子键的成分大于际上是指离子键的成分大于 50%）2.易形成稳定离子易形成稳定离子 Na+2s 2 2p 6，Cl 3s 2 3p 6，只转移少数的电子就只转移少数的电子就达到稀有气体式稳定结构。达到稀有气体式稳定结构。3.形成离子键时释放能量多形成离子键时释放能量多 Na(s)+1/2 Cl 2(g)=NaCl(s)H=410.9 kJmol1在在形成离子键时，以放热的形式，释放较多的能量。形成离子键时，以放热的形式

4、，释放较多的能量。离子键离子键 由原子间发生电子的转移，形成正负离由原子间发生电子的转移，形成正负离 子，并通过静电作用而形成的化学键子，并通过静电作用而形成的化学键 离子型化合物离子型化合物 由离子键形成的化合物。由离子键形成的化合物。碱金属和碱土金属（碱金属和碱土金属（Be除外）的卤化物是典型的离除外）的卤化物是典型的离 子型化合物子型化合物 1-2 离子键的特点离子键的特点 （1）作用力的实质是静电引力作用力的实质是静电引力 221rqqFq1，q2 分别为正负离子所带电量分别为正负离子所带电量，r 为正负离子的核间距离为正负离子的核间距离,F为静电引力。为静电引力。（2）离子键没有方向

5、性）离子键没有方向性 与任何方向的电性不同的离子相吸引，所以无方向性与任何方向的电性不同的离子相吸引，所以无方向性 （3）离子键没有饱和性）离子键没有饱和性只要是正负离子之间，则彼此吸引，即无饱和性。只要是正负离子之间，则彼此吸引，即无饱和性。（4）键的离子性与元素的电负性有关）键的离子性与元素的电负性有关 X 1.7，发生电子转移，形成离子键；发生电子转移，形成离子键；X 1.7，不发生电子转移，形成共价键。不发生电子转移，形成共价键。但离子键和共价键之间，并非可以截然区分的。但离子键和共价键之间，并非可以截然区分的。可将离子键视为极性共价键的一个极端，而另一可将离子键视为极性共价键的一个极

6、端，而另一极端则为非极性共价键。极端则为非极性共价键。1-3 离子的特征离子的特征 从离子键的实质是静电引力从离子键的实质是静电引力 F q1 q2 /r 2 出发，影出发，影响响 离子键强度离子键强度的因素有：离子的电荷的因素有：离子的电荷 q、离子的电子层构离子的电子层构型型和离子半径和离子半径 r（即离子的三个重要特征）即离子的三个重要特征）。（1）离子的电荷）离子的电荷 （2）离子的电子层构型）离子的电子层构型电荷高，离子键强电荷高，离子键强离离子子的的电电子子层层构构型型大大致致有有5种种离子的电子层构型大致有离子的电子层构型大致有5种种 离子的半径和电荷大致相同条件下，不同构离子的

7、半径和电荷大致相同条件下，不同构型的正离子对同种负离子的结合力的大小规律：型的正离子对同种负离子的结合力的大小规律：8电子层构型的离子电子层构型的离子817电子层构型的离电子层构型的离子子18或或18+2电子层构型的离子电子层构型的离子1-4 离子半径离子半径 离子半径概念离子半径概念 将离子晶体中的离子看成是相切的球将离子晶体中的离子看成是相切的球体，正负离子的核间距体，正负离子的核间距 d 是是 r+和和 r 之和之和。dr+r-d 值可由晶体的值可由晶体的 X 射线衍射实验测定得到，射线衍射实验测定得到，例如例如 MgO d =210 pm。pm210rrd22OMg 1926 年，哥德

8、希密特年，哥德希密特 (Goldschmidt)用光学方法测得了用光学方法测得了 F 和和 O 2 的半径，分别为的半径，分别为 133 pm 和和 132 pm。结合结合 X 射线衍射所得的射线衍射所得的 d 值，得到一系列离子半径。值，得到一系列离子半径。=d MgO =210 132 =78 (pm)这种半径为哥德希密特半径这种半径为哥德希密特半径。2Mgr2Or 1927 年，年，Pauling 把最外层电子到核的距离，定义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，被称为半径数值，被称为 Pau

9、ling 半径半径。教材上两套数据均列出。在比较半径大小和讨论教材上两套数据均列出。在比较半径大小和讨论变化规律时，多采用变化规律时，多采用 Pauling 半径半径。离子半径的变化规律离子半径的变化规律a)同主族从上到下，电子层增加，具有相同电荷数的离子半径增加。同主族从上到下，电子层增加，具有相同电荷数的离子半径增加。Li+Na+K+Rb+Cs+F Cl Br Mg 2+Al 3+K+Ca 2+过渡元素，离子半径变化规律不明显过渡元素，离子半径变化规律不明显。c)同一元素，不同价态的离子，电荷高的半径小。同一元素，不同价态的离子，电荷高的半径小。如如 Ti 4+Ti 3+；Fe 3+0.4

10、14r+/r 0.414 晶格能是气态的正负离子，结合成晶格能是气态的正负离子，结合成 1 mol NaCl 晶体时，放出晶体时，放出的能量，用的能量，用 U 表示。表示。Na+(g)+Cl(g)=NaCl(s)H =U 晶格能晶格能 U 越大，则形成离子键得到离子晶体时放出的能量越越大，则形成离子键得到离子晶体时放出的能量越多，离子键越强。多，离子键越强。玻恩玻恩 哈伯循环哈伯循环 (Born Haber Circulation)Born 和和 Haber 设计了一个热力学循环过程，从已知的热力设计了一个热力学循环过程，从已知的热力学数据出发，计算晶格能。学数据出发，计算晶格能。1-6 离子

11、的极化离子的极化 1.把把“分子间力分子间力”（范德华力）概念推广到（范德华力）概念推广到离离 子子-离子之间离子之间 2.阳离子阳离子-阴离子阴离子:静电引力静电引力+范德华力范德华力一、离子极化作用一、离子极化作用 离子极化作用离子极化作用（教材教材P.220图图9-18）离子极化力（离子极化力（Polarizing主动主动）离子变形性离子变形性（Polarizability,Polarized被动被动)在异号离子电场作用下在异号离子电场作用下，离子的电子云发生变形，正、，离子的电子云发生变形，正、负电荷重心分离，产生负电荷重心分离，产生“诱导偶极诱导偶极”，这个过程称为，这个过程称为“离

12、子离子极化极化”。阳离子、阴离子既有阳离子、阴离子既有极化力极化力，又有，又有变形性变形性。通常通常阳离子阳离子半径小，电场强，半径小，电场强，“极化力极化力”显著。显著。阴离子阴离子半径大，电子云易变形，半径大，电子云易变形，“变形性变形性”显著。显著。一、离子极化作用（续）一、离子极化作用（续）（一）影响离子极化的因素一）影响离子极化的因素 1.离子电荷离子电荷z；2.离子半径离子半径r；3.离子的电子构型。离子的电子构型。离子极化力离子极化力:用用“离子势离子势”或或“有效有效离子势离子势”*衡量，衡量，（*），极化力，极化力 =z /r 2 （主要用于（主要用于s 区，区，p 区）区）

13、*=z*/r 2（主要用于（主要用于d 区、区、ds 区）区）式中式中Z 为离子电荷（绝对值），为离子电荷（绝对值），z*为为有效核有效核电荷，电荷，r 为离为离 子半径（子半径（pm），常用），常用L.Pauling半径。半径。一、离子极化作用（续）一、离子极化作用（续）=z/r 2 可见左可见左右，右，z，r，阳离了阳离了极化极化 力力.过渡金属元素过渡金属元素:考虑外层电子构型影考虑外层电子构型影响，响，“有效离子势有效离子势”*衡量极化力更好衡量极化力更好:*=z*/r 2 式中，式中，z*为有效核电荷。为有效核电荷。一、离子极化作用（续）一、离子极化作用（续）离子电荷相同，半径相近时

14、，电子构型对极化力的影响：离子电荷相同，半径相近时，电子构型对极化力的影响：极化力：极化力：原因：原因：d 电子云电子云“发散发散”，对核电荷屏蔽不完全，使，对核电荷屏蔽不完全，使 Z*，对异号离子极化作用对异号离子极化作用。考虑考虑d区，区，ds区离子极化力时，用区离子极化力时，用 *更恰当。更恰当。e8e)179(e2,e)218(e18Cu+,Ag+,Au+Li+Na+Zn2+,Cd2+,Hg2+Sn2+,Pb2+Be2+Mn2+,Fe2+,Co2+Ca2+Bi3+Ni2+,Cr3+Al3+（二）影响离子变形性因素（二）影响离子变形性因素 离子电荷、离子半径、外层电子构型离子电荷、离子半

15、径、外层电子构型3个因素。个因素。可用极化率可用极化率表示，表示，变形性，变形性。1.阴离子阴离子 （1）简单阴离子：）简单阴离子：外层电子构型相同：半径外层电子构型相同：半径，负电荷，负电荷，则，则，变形性，变形性。例1FCl Br Irp/pm1361811952161.164.075.317.90变形性小 大例2FO2-rp/pm 130 140 1.16 Mg2+Al3+z 1 2 3 变形性变形性 大大 小小 （2）外层电子构型相同，外层电子构型相同，z 相同，则相同，则r ，变形性，变形性 Na+K+Rb+Cs+Mg2+Ca2+Sr2+Ca2+rp/pm 97 9 电子构型电子构型

16、 18e 8e 例例2 Ag+K+rp/pm 126 13 电子构型电子构型 18e 8e 离子变形性离子变形性小结小结1.最易变形的是体积大的简单阴离子，如最易变形的是体积大的简单阴离子，如I-，S2-，以及不规则外壳，以及不规则外壳8e，（，（18+2）e和（和（9-17）e，而又低电荷的阳离子，如，而又低电荷的阳离子，如Ag+、Hg2+、Cu+、Cd2+、Pb2+、Sn2+。2.最不易变形的是半径小，电荷高，最不易变形的是半径小，电荷高，8e或或2e构构型的阳离子，如型的阳离子，如Al3+、Be2+。二、附加极化作用（互相作用）例例1：AgF白白，可溶，可溶 AgCl白白 AgBr浅黄白

17、浅黄白 AgI浅黄浅黄 正、负离子互极化作用正、负离子互极化作用 键共价性键共价性（H2O极性分子，极性分子，“相似相溶相似相溶”）颜色加深颜色加深颜色等溶解度影响化合物的晶体类型两核间的电子云密度键的共价性互相极化均易变形时阴离子阳离子、二、附加极化作用(续)例2 ZnI2 CdI2 HgI2 颜色 无 黄绿 红（型）298k 水溶度(g/100gH2O)9.62 43.2 难溶 二、附加极化作用(续)例3.对晶体构型影响 化合物AgClAgBrAgI半径比r+/r-0.6960.6460.583按半径比规则预言 NaClNaClNaCl实际晶体构型 NaClNaCl立方ZnS实际C.N.6

18、:66:64:4三、离子极化理论优、缺点三、离子极化理论优、缺点v 首先把首先把一切化学结合视为正、负离子的一切化学结合视为正、负离子的结合结合，然后从离子的电荷、半径、电子构型，然后从离子的电荷、半径、电子构型出发，判断出正、负离子互相作用情况，并出发，判断出正、负离子互相作用情况，并借此说明有关化合物的借此说明有关化合物的化学键型、晶体类型、化学键型、晶体类型、水溶度、颜色、水解能力、酸碱性的变化水溶度、颜色、水解能力、酸碱性的变化等。等。是离子键理论的重要补充。是离子键理论的重要补充。v 但离子化合物仅是化合物的一部分，故但离子化合物仅是化合物的一部分，故“离子极化学说离子极化学说”局限

19、性较大。局限性较大。1916 年，美国科学家年，美国科学家 Lewis 提出共价键理论。认为分子中的原子提出共价键理论。认为分子中的原子都有形成稀有气体电子结构的趋势，求得本身的稳定。都有形成稀有气体电子结构的趋势，求得本身的稳定。而达到这种结而达到这种结构，可以不通过电子转移形成离子和离子键来完成，而是通过共用电构，可以不通过电子转移形成离子和离子键来完成，而是通过共用电子对来实现。子对来实现。如如ClClHH Lewis 的贡献，在于提出了一种不同于离子键的新的键型，的贡献，在于提出了一种不同于离子键的新的键型，解释解释了了 X 比较小的元素之间原子的成键事实。比较小的元素之间原子的成键事

20、实。B ClClClClPClClClCl 1927年，年，Heitler 和和 London 用量子力学处理氢气分子用量子力学处理氢气分子 H2，解决了两个氢原子之间的化学键的本质问题，解决了两个氢原子之间的化学键的本质问题，使共价键理论从经典的使共价键理论从经典的 Lewis 理论发展到今天的现代共价键理论。理论发展到今天的现代共价键理论。价键理论的基本论点包括：价键理论的基本论点包括：（1）共价键的本质）共价键的本质 （2）成键原理）成键原理 （3）共价键的特点）共价键的特点（1）共价键的本质）共价键的本质E0DRro从图中可以看出，从图中可以看出，r =r 0 时，时，V 值最小，值最

21、小，为为 E=D (D 0，D 孤电子对孤电子对-成键电子对成键电子对 成键电子对成键电子对-成键电子对成键电子对 3.双键、叁键或单个电子双键、叁键或单个电子均均按单键按单键处理处理;对对成键电子对成键电子对排斥作用排斥作用:单键单键 双键双键 叁键叁键 三价层电子对排斥模型（续）三价层电子对排斥模型（续）.中心原子A的价层电子数的计算方法：的价层电子数的计算方法：A原子原子价层电子总数价层电子总数=A原子原子价电子数价电子数 +配位原子提供的共用电子数配位原子提供的共用电子数（但氧族元素原子作为配位原子时，不提供电子）+阴离子带阴离子带电荷数（电荷数（或：或：阳离子带电荷数）阳离子带电荷数

22、）三价层电子对排斥模型（续）三价层电子对排斥模型（续）例1:CH4,CCl4,NH4+,SO42-,PO43-CH4:C价层电子总数价层电子总数=4+14=8 4对对 价电子价电子几何构型：正四面体几何构型：正四面体 分子分子几何构型：正四面体几何构型：正四面体 NH4+:5+14-1=84对 SO42-:6+2=84对 PO43-:5+3=84对3-2 价层电子对排斥模型（续）价层电子对排斥模型（续）例2：NH3（A3E型分子）N 价层电子总数=5+13=84对 价电子价电子几何构型：四面体四面体；分子分子几何构型：三角锥三角锥（不计算孤电子对）中心原子有孤电子对，二者不一致中心原子有孤电子

23、对，二者不一致。例：H（AE型分子）价电子价电子几何构型：四面体四面体 分子分子几何构型：V型（不计算孤电子对）3-2 价层电子对排斥模型（续）价层电子对排斥模型（续）3-2 价层电子对排斥模型（续）价层电子对排斥模型（续）例：例：PCl5(PF5，AsF5)P价层电子几何总数价层电子几何总数=5+15=105对对 价电子价电子几何构型与几何构型与分子分子几何构型都是三角双锥体几何构型都是三角双锥体（tbp）例例5：ClF3(ICl3)（重卤素原子为中心原子）（重卤素原子为中心原子）ClF3：Cl价层电子总数价层电子总数7+13=105对对 价层电子价层电子几何构型：几何构型：三角双锥体三角双

24、锥体（tbp）分子分子几何构型：几何构型：型型 ClF3分子可能的几何排列分子可能的几何排列:a,b,c3-2 价层电子对排斥模型（续）价层电子对排斥模型（续）ClF3分子各种几何构型的分子各种几何构型的电子对互斥作用电子对互斥作用分析分析电子对互电子对互斥作用斥作用几何构型几何构型构构 型型cab90 L-L 001否否定定 90 L-B 46否否定定 390 B-B 202 c 构型构型是电子互斥作用最小电子互斥作用最小的构型，即最稳定的构型。在三角双锥价电子构型三角双锥价电子构型中，若有孤孤电子对电子对，它（们）总是占据赤道平面占据赤道平面。3-2 价层电子对排斥模型（续）价层电子对排斥

25、模型（续）思考：思考：SF4的价电子和分子几何构型。的价电子和分子几何构型。S价层电子总数：价层电子总数：6+14=105对对 价电子价电子几何构型：几何构型：tbp 分子分子几何构型：几何构型：变形四面体（或变形四面体（或See Saw板）板）例例6：XeF2 (或或I3-)AX6,AX5E,AX4E2(二)VSEPR的优缺点 1.预测预测一些一些分子分子（尤其是第一、二、三周期元素组（尤其是第一、二、三周期元素组成的分子）成的分子）几何构型成功几何构型成功而简便，并与杂化轨道理论而简便，并与杂化轨道理论的预测一致。的预测一致。2.但预测第但预测第VA、VIA族形成的一些分子（离子）的族形成

26、的一些分子（离子）的几何构型时，常与实验结果有出入。几何构型时，常与实验结果有出入。3.不涉及不涉及成键成键过程及过程及键键的的稳定性稳定性。严格来说。严格来说并不是并不是一种化学键理论一种化学键理论。VSEPR与杂化轨道理论互为补充与杂化轨道理论互为补充.9.4化学键参数与分子的物理性质化学键参数与分子的物理性质 一、化学键参数一、化学键参数（Bond parameters）键能键能（Bond energy,B.E.）、）、键级键级（Bondorder，分子轨道法，分子轨道法MO）键长键长（Bond length）键角键角（Bond angle）键极性键极性(Bond polarity)一、

27、化学键参数（续）一、化学键参数（续）（一）（一）键能键能(Bond Energy,B.E.)在标准状态及在，把在标准状态及在，把 1 mol 理想气体理想气体AB拆开，成为理想气体拆开，成为理想气体A和和B过程的过程的焓变焓变，称为，称为AB键的键的键能键能。（实质上是。（实质上是AB键键的的离解能离解能）AB（g,1105 Pa）A（g，1105 Pa）+B（g,1105 Pa）BE=rHm (298 K)(298 K)（9.）BE，键强度，键强度一、化学键参数（续）一、化学键参数（续）（二）键级（二）键级（Bond order）键级键级=分子中两原子间分子中两原子间共享电子对的数目共享电子

28、对的数目 例如：例如：H3C-CH3 键级键级=1 H2C=CH2 2 HC CH 3 在在分子轨道法分子轨道法（MO）中：）中：键级键级=(成键分子轨道电子数成键分子轨道电子数 反键分子轨道电子数反键分子轨道电子数)/2 一、化学键参数（续）一、化学键参数（续）（三）键长（三）键长（Bond Length）即分子内成键两原子核之间的平衡距离。即分子内成键两原子核之间的平衡距离。同一类型的键：同一类型的键：B.E，则键级，则键级，键长，键长。分 子H3C-CH3 H2CCH2 HC CH C-C键能/kJmol-1 376 720 964 键级 123键长/pm 154 135 121一、化学

29、键参数（续）一、化学键参数（续）（四）键角（四）键角（Bond angle）即即分子内分子内有有共同原子共同原子的的两个化学键之间的夹角两个化学键之间的夹角。例例:CO2 O=C=O 键角键角=180 H2O 键角键角=104.5 CH4 键角键角=10928 （五）键极性（五）键极性(Bond polarity)若化学若化学键键的正、的正、负电荷重心重合负电荷重心重合，称为，称为“非极性键非极性键”，否则称为否则称为“极性键极性键”。=0,H-H,Cl-Cl,N N 非极性键非极性键 0,H-Cl,H-OH,O=C=O,H-CH3 极性键极性键二、分子的物理性质：极性和磁性二、分子的物理性质

30、：极性和磁性 （一）分子的（电）极性（一）分子的（电）极性 分子的正、负电荷重心重合非极性分子：H-H,Cl-Cl,N N 分子的正、负电荷重心不重合极性分子：+H Cl-（一）分子的（电）极性（续）（一）分子的（电）极性（续）1.分子的（电）极性分子的（电）极性 分子的极性大小用分子的极性大小用“偶极矩偶极矩”来衡量。来衡量。偶极矩（偶极矩（Dipole moment,）是是矢量矢量。=q d d正、负电荷重心之间的距离（正、负电荷重心之间的距离（m）q偶极上电荷量偶极上电荷量C（coulomb）电子电荷电子电荷 为为 1.6010-19 C，d 常为常为10-12 m，即，即pm级，故级，

31、故 常为常为10-30cm数量级。数量级。（电）偶极矩（电）偶极矩方向方向：+-+H Cl-一些物质的分子偶极矩（一些物质的分子偶极矩（10-30 C.m.）的单位：C.m.或D（Debye）1 D C.m.，表示分子的极性分子的极性分分子子式式 H2Cl2N2O2CO2CS2CH4SO2H2ONH3HFHCl HBrHI 00000005.33 6.17(1.85D)4.9(1.49D)6.373.572.671.402.分子的偶极矩与键偶极矩的关系：分子的偶极矩与键偶极矩的关系：（1）双原子分子）双原子分子 分子偶极矩分子偶极矩 键偶极矩一致。键偶极矩一致。非极性键非极性键非极性分子非极性

32、分子:H-H,Cl-Cl,N N 极性键极性键极性分子极性分子:H-F,H-Cl,H-Br（2）多原子分子）多原子分子 分子极性分子极性由由键极性键极性和和分子几何形状分子几何形状2个因素决定个因素决定:例例:CO2 O=C=O 极性键，非极性分子极性键，非极性分子 H2O O 极性键，极性分子极性键，极性分子 /H H 分子=(键+孤对孤对)(二二)分子的磁性分子的磁性(Molecular Magnetism)电子电子自旋自旋自旋自旋磁矩磁矩 电子电子绕核运动绕核运动轨道轨道磁矩磁矩 磁矩磁矩为矢量为矢量,m铁磁性、顺磁性、逆磁性物质铁磁性、顺磁性、逆磁性物质:1.逆磁性物质逆磁性物质：分子

33、中所有电子已配对，上述磁矩互相抵销，分子中所有电子已配对，上述磁矩互相抵销，净磁场净磁场为为0；在在外磁场外磁场诱导下，产生诱导下，产生“诱导磁矩诱导磁矩”，但方向，但方向与外磁场相反与外磁场相反外磁场部分磁场线被推开。外磁场部分磁场线被推开。铁磁性、顺磁性、逆磁性物质（续）铁磁性、顺磁性、逆磁性物质（续）例：例：Ni、Co、Fe3O4及某些及某些Fe-Ni合金、合金、Nd-Fe-B合金等。合金等。顺磁性物质在外磁场中增重（磁力线更密集），而逆磁性物顺磁性物质在外磁场中增重（磁力线更密集），而逆磁性物 质在外磁场中减重（磁力线更稀疏）质在外磁场中减重（磁力线更稀疏）。顺磁性物质产生的磁矩的大小

34、可用实验测定，并可据顺磁性物质产生的磁矩的大小可用实验测定，并可据式算出该物质中的成单电子数式算出该物质中的成单电子数n:（纯自旋式）（纯自旋式）B.M.称称“玻尔磁子玻尔磁子”，非，非SI单位。单位。上式上式未考虑轨道磁矩未考虑轨道磁矩贡献，对贡献，对第一过渡系列金属较适用第一过渡系列金属较适用。MB)2n(nn铁磁性、顺磁性、逆磁性物质铁磁性、顺磁性、逆磁性物质 2.顺磁性物质顺磁性物质：有未成对电子，净磁场不为有未成对电子，净磁场不为0，但较弱；，但较弱；“诱导磁矩诱导磁矩”与外磁场方向一致，外磁场的磁与外磁场方向一致，外磁场的磁力线经过该物质是更密集；力线经过该物质是更密集；撤走外磁场

35、后，该物质磁性消失。撤走外磁场后，该物质磁性消失。3.铁磁性物质铁磁性物质 有未成对电子，电子自旋磁矩和轨道磁矩自有未成对电子，电子自旋磁矩和轨道磁矩自发排列整齐，呈较强磁性；发排列整齐，呈较强磁性；在外磁场中显强顺磁性；在外磁场中显强顺磁性；撤走外磁场后，磁性不会立即消失撤走外磁场后，磁性不会立即消失；双原子分子双原子分子 HCl 的正负电重心不重合，是极性分子。若正的正负电重心不重合，是极性分子。若正电（电（和负电和负电）重心上的电荷的电量为）重心上的电荷的电量为 q，正负电重心之间的距正负电重心之间的距离为离为 d（称偶极矩长称偶极矩长），则偶极矩），则偶极矩 =q d。9-5 分子间作

36、用力分子间作用力 分子内原子间的结合靠化学键，物质中分子间存在着分子间作用力。分子内原子间的结合靠化学键，物质中分子间存在着分子间作用力。1.永久偶极永久偶极 分子的正电重心和负电重心不重合，则为极性分子，其极性分子的正电重心和负电重心不重合，则为极性分子，其极性的大小可以用偶极矩的大小可以用偶极矩 来度量。来度量。偶极矩以德拜（偶极矩以德拜（D）为单位，当为单位，当 q =1.62 101 9 库仑（电库仑（电子的电量子的电量），），d =1.0 1010 m ()时，时，=4.8 D。5-1 极性分子与非极性分子极性分子与非极性分子 双原子分子的偶极矩就是极性键的键矩。双原子分子的偶极矩就

37、是极性键的键矩。可以通过下列的数据体会偶极矩单位可以通过下列的数据体会偶极矩单位 D 的大小：的大小：HI HBr HCl NH3 H2O 乙醚乙醚 /D 0.38 0.79 1.03 1.66 1.85 1.15 极性分子的偶极矩称为永久偶极。极性分子的偶极矩称为永久偶极。BClClCl 非极性分子偶极矩为零，但各键矩不一定为零，如非极性分子偶极矩为零，但各键矩不一定为零，如 BCl 3 。BCl3 分子分子O偶极矩HH键矩矢量H2O 分子分子 多原子分子的偶极矩是各键矩的矢量和，如多原子分子的偶极矩是各键矩的矢量和，如 H2O 分子分子。非极性分子在外电场的非极性分子在外电场的作用下，可以

38、变成具有一定作用下，可以变成具有一定偶极矩的极性分子。偶极矩的极性分子。_ _=0 诱导偶极用诱导偶极用 表示，表示，其强度大小和电场强度成正比，也和其强度大小和电场强度成正比，也和分子的变形性成正比。所谓分子的变形性，即分子的正负电重心分子的变形性成正比。所谓分子的变形性，即分子的正负电重心的可分程度，分子体积越大，电子越多，变形性越大。的可分程度，分子体积越大，电子越多，变形性越大。2.诱导偶极和瞬间偶极诱导偶极和瞬间偶极 而极性分子在外电场作而极性分子在外电场作用下，其偶极也可以增大。用下，其偶极也可以增大。在电场的影响下产生的偶极在电场的影响下产生的偶极称为诱导偶极。称为诱导偶极。非极

39、性分子在无外电场作用时，由于运动、碰非极性分子在无外电场作用时，由于运动、碰撞，原子核和电子的相对位置变化撞，原子核和电子的相对位置变化 其正负电其正负电重心可有瞬间的不重合；极性分子也会由于上述原重心可有瞬间的不重合；极性分子也会由于上述原因改变正负电重心。因改变正负电重心。这种由于分子在一瞬间正负电重心不重合而造这种由于分子在一瞬间正负电重心不重合而造成的偶极叫瞬间偶极。成的偶极叫瞬间偶极。瞬间偶极和分子的变形性大小有关。瞬间偶极和分子的变形性大小有关。5-2 分子间作用力分子间作用力（范德华力）（范德华力）化学键的结合能一般在化学键的结合能一般在 1.0 10 2 kJ mol1 数量级

40、，数量级，而分子间力的能量只有几个而分子间力的能量只有几个 kJ mol1。1.取向力取向力 极性分子之间的永久偶极极性分子之间的永久偶极 永久偶极作用称为取永久偶极作用称为取向力，向力，它仅存它仅存在于极性分子之间，在于极性分子之间，F 2 。2.诱导力诱导力 诱导偶极诱导偶极 永久偶极之间的作用称为诱导力。永久偶极之间的作用称为诱导力。极性分子作为电场，使非极性分子产生诱导偶极或使极性分子的偶极性分子作为电场，使非极性分子产生诱导偶极或使极性分子的偶极增大（也产生诱导偶极），这时诱导偶极与永久偶极之间产生诱导力极增大（也产生诱导偶极），这时诱导偶极与永久偶极之间产生诱导力。因此诱导力存在于

41、极性分子与非极性分子之间，也存在于极性分子与。因此诱导力存在于极性分子与非极性分子之间，也存在于极性分子与极性分子之间。极性分子之间。3.色散力色散力 瞬间偶极瞬间偶极 瞬间偶极之间有色散力。瞬间偶极之间有色散力。由于各种分子均有瞬间偶极，故色散力存在于极性分由于各种分子均有瞬间偶极，故色散力存在于极性分和和极性分子，极性分子极性分子，极性分子和和非极性分子及非极性分子非极性分子及非极性分子和和非极非极性分子之间性分子之间。色散力不仅存在广泛，而且在分子间力中，色散力经色散力不仅存在广泛，而且在分子间力中，色散力经 常是重要的。下面的数据可以说明这一点。常是重要的。下面的数据可以说明这一点。k

42、Jmol1 取向力取向力 诱导力诱导力 色散力色散力 Ar 0 0 8.49 HCl 3.305 1.104 16.82 取向力、诱导力和色散力统称范德华力，具有以下的共性：取向力、诱导力和色散力统称范德华力，具有以下的共性：a)永远存在于分子之间；永远存在于分子之间；b)力的作用很小；力的作用很小；c)无方向性和饱和性；无方向性和饱和性；d)是近程力，是近程力，F 1/r7；e)经常是以色散力为主。经常是以色散力为主。He、Ne、Ar、Kr、Xe 从左到右原子半径（分子半径）依从左到右原子半径（分子半径）依次增大，变形性增大，色散力增强，分子间结合力增大，故次增大，变形性增大，色散力增强，分

43、子间结合力增大，故b.p.依次增高。可见，范德华力的大小与物质的依次增高。可见，范德华力的大小与物质的 m.p.，b.p.等物理性质有关。等物理性质有关。5-3 离子极化离子极化 离子在电场中产生诱导偶极的现象称为离子极化现象。离子在电场中产生诱导偶极的现象称为离子极化现象。离子具有变形性，所以可以被电场极化。离子具有变形性，所以可以被电场极化。离子作为带电微粒，自身又可以起电场作用，去使其它离子离子作为带电微粒，自身又可以起电场作用，去使其它离子变形。离子这种能力称为极化能力。变形。离子这种能力称为极化能力。故离子有二重性：变形性和极化能力。故离子有二重性：变形性和极化能力。1.影响变形性的

44、因素影响变形性的因素 （1）简单离子简单离子 r 大则变形性大，故阴离子的变形性显得主要。阳离子中只有大则变形性大，故阴离子的变形性显得主要。阳离子中只有 r 相当相当大的如大的如 Hg 2+，Pb 2+，Ag+等才考虑其变形性。等才考虑其变形性。（2）复杂阴离子变形性小复杂阴离子变形性小 SO4 2，ClO4，NO3 r 虽大，但离子对称性高，中心虽大，但离子对称性高，中心 氧化数又高，氧化数又高，拉电子能力强，不易变形。拉电子能力强，不易变形。电荷数的代数值越大，变形性越小，如电荷数的代数值越大，变形性越小，如 Si 4+Al 3+Mg 2+Na+(Ne)F O 2 电子构型，外层（次外层

45、）电子越多，变形性越大。电子构型，外层（次外层）电子越多，变形性越大。Na+Cu+；Ca 2+K+Rb+Cs+，Li+的极化能力很大，的极化能力很大，H 的体积和半径均极小，故极化能的体积和半径均极小，故极化能力最强。力最强。r 相近，电荷相同时，外层电子数越多，极化能力越强。原相近，电荷相同时，外层电子数越多，极化能力越强。原因是外层电子对核的中和较小，故有效电荷高些。因是外层电子对核的中和较小，故有效电荷高些。Pb 2+，Zn 2+(18，18+2)Fe 2+，Ni 2+(8 18)Ca 2+，Mg 2+(8 e )r 相近时，电荷数越高极化能力越强相近时，电荷数越高极化能力越强。Mg 2

46、+(8e，65 pm)Ti 4+(8e，68 pm )3.离子极化对化学键类型的影响离子极化对化学键类型的影响 离子键是离子之间的引力。正离子的电子转移给了负离子离子键是离子之间的引力。正离子的电子转移给了负离子。当极化能力当极化能力强的正离子和变形性大的负离子接近时，发生极化现象。负离子的电子云变强的正离子和变形性大的负离子接近时，发生极化现象。负离子的电子云变形，即负离子的电子被拉向两核之间，使两核间的电子云密度增大。于是离形，即负离子的电子被拉向两核之间，使两核间的电子云密度增大。于是离子键的百分数减少，共价键的百分数增大，离子键向共价键过渡。子键的百分数减少，共价键的百分数增大，离子键

47、向共价键过渡。离子极化的结果使离子晶体中出现离子对或分子单位离子极化的结果使离子晶体中出现离子对或分子单位，离子晶体向分子，离子晶体向分子晶体过渡。这种过渡则使得物质的熔点，沸点降低，在水中的溶解性降低。晶体过渡。这种过渡则使得物质的熔点，沸点降低，在水中的溶解性降低。从离子键强度考虑，从离子键强度考虑，Al 2 O3 +3 对对 2 应比应比 MgO +2 对对 2 的的离子键强离子键强，m.p.高。但事实并非如此。高。但事实并非如此。这说明了这说明了 Al 2O 3 的共价成份比的共价成份比 Mg O 大。大。离子键和共价键不是绝对的。离子键与共价键之间的联系可以通过离子键和共价键不是绝对

48、的。离子键与共价键之间的联系可以通过下面的例题得到说明。下面的例题得到说明。从离子极化理论考虑，因为从离子极化理论考虑，因为 Al 3+的极化能力强，造成的极化能力强，造成 Al 2O3 比比 MgO 更倾向于分子晶体更倾向于分子晶体。例例 1 测得测得 KBr 的的=10.41 D，键长键长 282 pm，通过计算，通过计算，说明键的离子说明键的离子性性百分数。百分数。解：解：282 pm =2.82 1010 m，即即 2.82 ，由由 =qd，故故 q=/d =10.41/(4.8 2.82)=0.77(电子的电量电子的电量）在在 K+，Br 上的电荷不是上的电荷不是 +1，1，而是，而

49、是 0.77，其余电荷，其余电荷为为共用，共用，即为共价成份。故即为共价成份。故键键的离子的离子性性百分数为百分数为 77。4.相互极化相互极化 Al2O3 中中 Al 3+对对 O 2 施加电场作用，使施加电场作用，使 O 2 变形，当然变形，当然 O 2 对对 Al 3+也有极化能力。但也有极化能力。但 Al 3+变形性极小，故这部分作用不必考虑；变形性极小，故这部分作用不必考虑；但正离子若不是但正离子若不是 8 e 的的 Al 3+，而是而是 (18+2)e、18 e 的正离子，不考虑自身的变形性则是不行的。的正离子，不考虑自身的变形性则是不行的。讨论讨论 Zn I2 Cd I2 Hg

50、I2 三者的三者的离子极化问题，离子极化问题，若只考虑若只考虑 Zn 2+，Cd 2+，Hg 2+对对 I 的极化作用，应得出的极化作用，应得出 Zn I2 的的极化程度最大的结论极化程度最大的结论。因为因为三者的电荷相等，电子层结构相同，而三者的电荷相等，电子层结构相同，而 Zn 2+的的 r 最小。最小。既考虑阳离子对阴离子的极化，又考虑阴离子对阳离子的极化，总既考虑阳离子对阴离子的极化，又考虑阴离子对阳离子的极化，总的结果称相互极化的结果称相互极化。但这与实验结果是不相符的。但这与实验结果是不相符的。即即 Zn I2 的熔点，沸点低，而的熔点，沸点低，而 Hg I2 的熔点，沸点高的熔点