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第6章:化学键与分子结构
物质通常以分子或晶体形式存在。分子是保持物质基本化学性质的最小微粒,同时也是参与化学反应的基本单元,物质的性质主要决定于分子性质,而分子的性质又是由分子的内部结构决定的。研究分子结构,对于了解物质的性质和化学变化的规律具有十分重要的意义。
分子结构包括的内容有:分子的化学组成,化学键,分子的空间构型,分子间力。
化学键是决定物质化学性质的主要因素,包括离子键,共价键和金属键。
化学键参数
离子键
共价键的价键理论
杂化轨道理论
价层电子对互斥理论
分子轨道理论
共价键的极性和分子的极性
分子间力和氢键
离子的极化
晶体的结构
化学键参数
化学键:化学上把分子或晶体内相邻原子(或离子)间强烈的相互吸引作用称为化学键。可以用来表征化学键性质的物理量称为键参数。包括键能、键长、键角、键的极性。
键能
,298K时,将理想气体分子每断裂单位物质的量的某键(A-B键)时的焓变,称为该化学键的键能。用D(A-B)表示,单位kJ·mol-1 。
对于双原子分子,键能就等于键的解离能,数值上等于标准状态下气态原子生成气态分子的能量,而符号相反。例如:
H2(g) = 2H(g), D(H-H) = 436kJ·mol-1
多原子分子中键能和离解能是有区别的,若某键不止一个,则该键键能为同种键逐级离解能的平均值。
例. NH3(g) = NH2(g) + H(g) D1 = 427kJ·mol-1
NH2(g) = NH(g) + H(g) D2 = 375kJ·mol-1
NH(g) = N(g) + H(g) D3 = 356kJ·mol-1
D(N-H) =1/3(D1+D2+D3) = 1158/3=386 kJ·mol-1
通常,键能越大,键越牢固,由该键构成的分子也就越稳定。
键长
形成化学键的两原子核间的平均距离;两个确定的原子之间,形成的化学键,其键长越短,键能就越大,键就越牢固。
键角
分子中两个相邻化学键之间的夹角称为键角。键角是反映分子空间结构的重要因素之一。
键的极性
在单质分子中两原子形成的化学键,原子核正电荷和负电荷重心重合,形成的是非极性键。而不同原子间形成的化学键,由于电负性不同,成键原子的电荷分布不对称,电负性较大的原子带部分负电荷,较小的带部分正电荷,正负电荷重心不重合,形成的是极性键。
离子键
离子键的形成
当两种电负性相差较大的原子相互靠近时,它们都有达到稳定的电子结构的倾向,电负性小的原子将失去价电子成为正离子,电负性大的原子将得到价电子成为负离子,正负离子之间由于静电引力而相互吸引,当二者充分接近时,离子的电子云将会产生排斥力。当吸引力和排斥力相等时,整个体系的能量降到最低,正负离子间形成稳定的化学键。
这种靠正负离子间的静电作用而形成的化学键叫做离子键。由离子键所形成的化合物叫离子化合物。离子键多存在于晶体中,也可以存在于气态分子中。
4. 用两元素的电负性差判断键的性质。
。绝大多数离子键都不是典型的,只是离子性占优势而已。
离子键的特点
1. 离子键的本质是库仑静电作用力。
2. 既无方向性,也无饱和性。
离子化合物是由正负离子通过离子键相互交替连结而成的晶体结构。
3. 离子键的离子性与元素的电负性差有关。
元素的电负性差别越大,它们之间键的离子性越大。
5. 在离子晶体中,离子键的强弱常用晶格能来表示。
晶格能是指气态正离子和气态负离子结合成1摩尔离子晶体时所放出的能量。晶格能越大,离子键越牢固。
离子的特征
1. 离子的电荷
原子在形成离子化合物过程中,失去或得到电子。一般来说,正负离子的电荷越大,离子间的静电引力越大,形成的离子键越牢固,离子化合物就越稳定。
2. 离子的电子层结构
形成离子时,得失电子的数目决定于原子的电子层结构,得失电子后达到稳定的电子层结构,多数离子最外层为8电子或18电子的稳定结构。
简单负离子(F-, Cl-)一般最外层具有稳定的8电子
构型。
正离子:2电子构型 Li+、Be2+;8电子构型 Na+、
K+、Ca2+
18电子构型:Cu+、Ag+、Zn2+、Cd2+、Hg2+
18+2电子构型: Pb2+ 、 Sn2+ 、 Bi3+
9-17电子构型:Fe2+、Fe3+、Cr3+、Mn2+