1、 第二章 物质结构（一）原子结构 物质世界五光十色、千变万化n 归根结底n由物质的组成、结构决定 研究物质世界，就是研究物质的组成、结构、性质及其变化规律。n万事皆有缘n 宏观物质的性质、变化规律缘由于微观物质。n化学研究什么？n 物理 化学 物理.n 化学主要是研究化合物的组成、结构、性质 数学、物理、化学是一切自然科学的基础科学，或称为中心科学。宏观物质 亚微观结构 分子 原子 基本粒子 化学研究物质的总体思路化合物的性质化合物存在 的状态化学反应的 历程能量最低原理电子效应空间效应.n1.1 原子结构的近代概念原子结构的近代概念n1.2 原子原子核外电子的排布和元素周期律核外电子的排布和
2、元素周期律n1.3 化学键和分子构型化学键和分子构型n1.4 共价分子的空间构型共价分子的空间构型n1.5 分子间力和氢键分子间力和氢键n1.6 晶体结构晶体结构1.1 原子结构的近代概念原子结构的近代概念n1.1.1、经典原子模型经典原子模型n1.1.2、原子结构的近代概念原子结构的近代概念n1.1.3 原子轨道和电子云原子轨道和电子云n1.1.4 多电子原子中轨道的能级多电子原子中轨道的能级1.1.1、经典原子模型经典原子模型n1J.Dalton原子模型原子模型原子是原子是物质的不可再分的最小实心微粒。物质的不可再分的最小实心微粒。阴极射线阴极射线 19世纪末，X射线、电子射线被发现，结果
3、表明原子是可以分割的，不是最后质点。2J.J.Thomson的的“浸入式浸入式”原子模原子模型型认为原子是由带正电的均匀连续体和在其中运认为原子是由带正电的均匀连续体和在其中运动的负电子构成。动的负电子构成。3E.Ruthorford的的“含核含核”原子模型原子模型认为原子中心有一个小而重的带正电荷的原子核，认为原子中心有一个小而重的带正电荷的原子核，核外有电子绕核的外围作空间运动。核外有电子绕核的外围作空间运动。n4Bohr原子模型原子模型 指出微观粒子运动具有量子化的特征，提出了指出微观粒子运动具有量子化的特征，提出了关于原子轨道能级的概念。关于原子轨道能级的概念。1.1.2、原子结构的近
4、代概念、原子结构的近代概念n1波粒二相性波粒二相性n2运动的统计性运动的统计性1 波粒二象性波粒二象性n 对于光的本性，曾经有微粒说、波动说的对于光的本性，曾经有微粒说、波动说的n长期增论，后来确认既具有微粒性，又具有波长期增论，后来确认既具有微粒性，又具有波n动性，称为动性，称为波粒二象性。波粒二象性。n物质波的概念物质波的概念n 1924年年de Broglie在光的启发下提出一切在光的启发下提出一切n物质都具有粒子和波动的性质，即物质都具有粒子和波动的性质，即波粒二象性波粒二象性 把把作为粒子特征的作为粒子特征的动量动量P和表现波特性和表现波特性的的波长波长 联系起来。联系起来。E E为
5、粒子的能量；为粒子的能量；为粒子物质波的波长；为粒子物质波的波长；P P为粒子的动量；为粒子的动量；为粒子物质波的频率；为粒子物质波的频率；h h为普朗克常数；为普朗克常数；v为粒子物质波的运动速度。为粒子物质波的运动速度。P=EV=h V=h 或 hp 例：例：n重重 25g的子弹，飞行速度为的子弹，飞行速度为 9.0102m.s1，n其其 =2.941035mn重重 9.11028 g的电子，运动速度为的电子，运动速度为 3106ms1，n其其 =2.41010mn可见，对于宏观物质，其波动性微乎甚微，可以忽略，n但对于微观微粒，其波动性相对较大，成为重要性能。n 可见，对于较重的宏观物体
6、，其物质波可见，对于较重的宏观物体，其物质波n极短，不能察觉，波动性可以忽略，但极短，不能察觉，波动性可以忽略，但n对于电子、质子、中子、原子、分子等对于电子、质子、中子、原子、分子等n微观粒子，就必须考虑其波动性，就是微观粒子，就必须考虑其波动性，就是n说，说，微观粒子都具有波粒二象性微观粒子都具有波粒二象性。1927年，Davisson(戴维逊）、Germer(盖末）通过电子衍射证实了de Broglie（德布罗伊）的（德布罗伊）的假设，假设，即电子和光子一样具有波粒二象性。即电子和光子一样具有波粒二象性。n.nX射线衍射图 电子射线衍射图 2、微观粒子运动的统计性 微观粒子具有波粒二象性
7、，就不能象宏观物体那样在确定的时间断内准确的描述出其运动的轨迹。微观粒子的运动符合下列关系：微观粒子的运动符合下列关系：X X 为微观粒子在某一方向的位置（或坐标）测不准量；为微观粒子在某一方向的位置（或坐标）测不准量；PxPx 为动量在为动量在x x方向的分量测不准量；方向的分量测不准量；h h 为为PlanckPlanck常数。常数。2hPxx 也就是说，微观粒子运动的距离变化与动量变化不能同时测准，这就是有名的海森堡测不准原理。测不准原理是微观粒子的固有属性，不能用牛顿力学描述。我们只能用统计的方法，描述大量微观粒子运动的行为，即在一定区域内出现的概率，因而电子运动的轨道失去了其真正的含
8、义。1.1.3 原子轨道和电子云1、波函数和原子轨道2、四个量子数3、波函数与电子云 1、波函数和原子轨道n 19261926年，年，SchrSchrdingerdinger（薛定谔）根据德布罗伊（薛定谔）根据德布罗伊n物质波的观点将电子的粒子性代入波动方程。物质波的观点将电子的粒子性代入波动方程。是描述波动的函数，称为是描述波动的函数，称为波函数波函数，可用来表示，可用来表示任何微观粒子的行为。任何微观粒子的行为。)(2cosEtxphA 波函数波函数是三维空间是三维空间x x、y y、z z的函数，其二的函数，其二阶偏微分方程就是阶偏微分方程就是有名的有名的薛定谔方程薛定谔方程 电子的波函
9、数电子的波函数 对原子核外电子运动的描对原子核外电子运动的描述具有十分重要意义：述具有十分重要意义：波函数不同，其能量不同。每一个波函数，都表示核外电子运动的一种状态，称为原子轨道。0)VE(hm8zyx22222222 2、四个量子数 电子的波函数电子的波函数，通过求解薛定谔方程得到，在，通过求解薛定谔方程得到，在求解过程中，需要三个常数（求解过程中，需要三个常数（n n、l l、m)m)进行限制才进行限制才有物理意义。这三个常数称为有物理意义。这三个常数称为量子数量子数，每一组常数，每一组常数表示一个原子轨道表示一个原子轨道。(1)主量子数 n（2）角量子数 l（3）磁量子数 m（4）自旋
10、量子数 ms(1)主量子数 n主量子数 n 表示电子层，其值越大，轨道距核越远，能量越高。电子层符号电子层符号 K L M N O P Q 主量子数主量子数 n 1 2 3 4 5 6 7 （2）角量子数 l 角量子数 l 又叫副量子数，表示电子亚层。它确定着轨道的能级和形状。角量子数 l 的值为：0 n1如：主量子数如：主量子数 1 2 3 4 1 2 3 4 角量子数角量子数 0 1 2 30 1 2 3 轨道符号轨道符号 s p d f s p d f 轨道形状轨道形状 球形球形 双球形双球形 花瓣形花瓣形 同样，同样，l l 的值越大，轨道距核越远，能量越高的值越大，轨道距核越远，能量
11、越高（3）磁量子数 mn磁量子数 m 确定着轨道的数目和空间取向nm的取值为：n m0，1，2.l=2l+1 一个m代表一个轨道n如：角量子数如：角量子数 0 1 2 3 n 轨道符号轨道符号 s p d f n 轨道数目轨道数目 1 3 5 7n m 不影响轨道能级，不影响轨道能级，l相同时，相同时，2l+1个个m的能的能级相同，称为级相同，称为简并轨道简并轨道，或，或等价轨道等价轨道。s、p、d电子云的角度分布图（4）自旋量子数 ms 自旋量子数 ms并不是求解薛定谔方程得出的，它是人们研究氢光谱的精细结构时，证实了每个轨道上存在着自旋相反的两个电子，为了表达这两个电子的区别，引出的第四个
12、量子数。它只有1/2、1/2两个取值。表示为、。原子核外电子的状态由这四个量子数确定 S 轨道电子云轨道电子云P 轨道电子云轨道电子云 3、波函数与电子云n 波函数是核外电子运动的数学式，并无明确的物理意义。n 但 2 的物理意义是电子在某区域出现的几率密度，如下图，叫电子云。原子轨道不是电子云，而是波函数，它是纯数学概念，具有相位，通常用“、”加以标识。n.电子云的角度分布图与原子轨道角度分布电子云的角度分布图与原子轨道角度分布图有两点不同：图有两点不同：na).原子轨道角度分布图带有正、原子轨道角度分布图带有正、负号，负号，n 而电子云角度分布图均为正值；而电子云角度分布图均为正值；nb)
13、.电子云角度分布图比原子轨道角度分布电子云角度分布图比原子轨道角度分布n 图图“瘦瘦”些，这是因为些，这是因为值一般是小于值一般是小于1n 的，所以的，所以2值就更小些。值就更小些。通常为了方便，将原子轨道（即波函数）与电子云不加区别。但它们的含义、形状各不相同。1.1.4 多电子原子中轨道的能级多电子原子中轨道的能级n能级排列能级排列n屏蔽效应屏蔽效应n钻穿效应钻穿效应n能级交错能级交错 原子轨道能量的高低叫能级，能级主要由主量子数n决定，其次由副量子数l决定。（1）角量子数相同时，主量子数越大，轨道能级越高。E1sE2sE3sE4s E2pE3pE4pE5p （2）主量子数相同时，角量子数
14、越大，轨道能级越高，这种现象叫能级分裂。EnsEnpEnd3时，可能发生能级交错。通过光谱试验总结出的近似能级图如下：近似近似能级图能级图3 徐光宪院士于1956年提出了经验公式，能基本上反映鲍林能级图。n n +0.7 ln n产生能级交错的主要原因是：n 内层电子对外层电子产生的屏蔽效应n 轨道形状不同而产生的贯（钻）穿效应 1.2 1.2 原子原子核外电子的排布和元素周期律核外电子的排布和元素周期律n1.2.1 核外电子排布的规则核外电子排布的规则n Pauli(泡利泡利）不相容原理不相容原理 n 能量最低原理能量最低原理n Hund(洪特洪特)规则规则n1.2.2 核外核外电子构型与元
15、素周期律电子构型与元素周期律n1.2.3 原子结构与元素周期表的关系原子结构与元素周期表的关系n1.2.4 元素性质变化的周期性元素性质变化的周期性1.2.2 核外核外电子构型与元素周期律电子构型与元素周期律n周期表从氢元素开始，迄后的各元素随周期表从氢元素开始，迄后的各元素随n着原子核电荷（即原子序数）的增加着原子核电荷（即原子序数）的增加,n依次增加一个电子到核外电子层，并遵依次增加一个电子到核外电子层，并遵n从上述三原则，随着元素原子序数的增从上述三原则，随着元素原子序数的增n加，其原子中的电子在轨道中按照能量加，其原子中的电子在轨道中按照能量n由低到高的顺序填充。由低到高的顺序填充。n
16、如基态的钛原子如基态的钛原子（n=22）na.能级顺序能级顺序 1s22s22p6 3s23p6 4s23d2nb.电子层顺序电子层顺序 1s22s22p63s23p63d24s2nc.轨道图轨道图n1s 2s 2p 3s 3p 3d 4sn电子处于全充满或半充满时，是比较稳定的，电子处于全充满或半充满时，是比较稳定的，n因此，在不违背最低能量原理时，电子将尽可因此，在不违背最低能量原理时，电子将尽可n能选择下面两种排布：能选择下面两种排布：n全充满全充满 P6或或d10，f 14n半充满半充满 P3或或d5，f 7n如：铬（如：铬（Cr）Ar3d 54s1 n 而不是而不是 Ar3d 44s
17、2 n 铜（铜（Cu）3d 104s1n 而不是而不是 Ar3d 94s 2 各种元素的电子构型见表1.2（12页）1.2.3 原子结构与元素周期表的关系原子结构与元素周期表的关系n元素的性质，取决于原子的电子数目和分布。按电子数目元素的性质，取决于原子的电子数目和分布。按电子数目n递增的顺序及元素性质变化规律将元素排列成为一个表，递增的顺序及元素性质变化规律将元素排列成为一个表，n叫叫元素周期表元素周期表。（。（1871年门捷列夫，年门捷列夫，63种）种）n周期周期 等于能级组数。每一周期的元素数目等于相应能等于能级组数。每一周期的元素数目等于相应能n 级中轨道所容纳电子的最大数级中轨道所容
18、纳电子的最大数2n2。n族族 将元素按其外围电子构型对原子分类。同族元素将元素按其外围电子构型对原子分类。同族元素n 的原子，其最外层电子构型相同。的原子，其最外层电子构型相同。n区区 按原子中最后一个电子填充的轨道划分为按原子中最后一个电子填充的轨道划分为nS区区 d区区 n 主族元素主族元素 过渡元素过渡元素nP区区 ds区区 副族元素副族元素n f 区区 内过渡元素内过渡元素。说明：n1、周期表中各元素所在的周期数等于其主量子n 数n,即电子层数（Pd除外）。n2、主族元素原子的最后电子分别进入s亚层（sn 区）和p亚层（p区）,外层电子构型分别为n ns1-2、np1-6。n 副族元素
19、原子的最后电子分别进入d亚层（dn 区）和f亚层（f区），外层电子构型分别为n （n1）d1-10ns1-2,(n-2)f1-14ns1-2。n3、原子的外层电子电子构型相同的纵行，叫族1.2.4 1.2.4 元素性质变化的周期性元素性质变化的周期性n1原子半径原子半径n 共价半径共价半径n 金属半径金属半径n 范德华半径范德华半径n2电离能电离能（I）n3电子亲和能电子亲和能(EA)n4电负性电负性()Kain5.氧化数氧化数1原子半径原子半径n同一周期中同一周期中：n主族元素主族元素随着核电荷数的增加（自左至右），随着核电荷数的增加（自左至右），n原子半径依次缩小（邻近元素相差约原子半径依
20、次缩小（邻近元素相差约10pm10pm）。）。n自上而下自上而下 原子半径依次增大。原子半径依次增大。n副族元素副族元素随着核电荷数的增加，原子半径略有随着核电荷数的增加，原子半径略有n减小（镧系半径减小极其缓慢，不足减小（镧系半径减小极其缓慢，不足1pm1pm镧镧n系收缩系收缩）2电离能电离能(I)n 使一个气态的基态原子失去一个电子变成一个使一个气态的基态原子失去一个电子变成一个n气态的一价正离子所需要的能量，为该原子的气态的一价正离子所需要的能量，为该原子的第一第一n电离能电离能（I I1 1），），n 在相同条件下，从气态的一价正离子再失去一在相同条件下，从气态的一价正离子再失去一n个
21、电子变成一个气态的二价正离子所需要的能量，个电子变成一个气态的二价正离子所需要的能量，n为该原子的为该原子的第二电离能第二电离能（I I2 2），），余此类推。余此类推。n随着失去电子数的增加，其电离能依次随着失去电子数的增加，其电离能依次n增大。电离能的大小，反映了原子失去增大。电离能的大小，反映了原子失去n电子变成正离子的难易。电子变成正离子的难易。I I1 1越小，原子越小，原子n越易失去电子，元素的金属性越强；反越易失去电子，元素的金属性越强；反n之，之，I I1 1越大，原子越难失去电子，元素越大，原子越难失去电子，元素n的金属性越弱。的金属性越弱。n原子的核电荷原子的核电荷n原子半
22、径原子半径n原子的电子层结构原子的电子层结构思考题思考题 电离能的大小主要取决于电离能的大小主要取决于:n同一周期的元素，同一周期的元素，n从左到右，从左到右，I I1 1总的趋势是增大；总的趋势是增大；n从左到右，有效核电荷增加，原子失去电子越从左到右，有效核电荷增加，原子失去电子越来越困难；来越困难；n同一族的元素，同一族的元素，n从上到下，从上到下，I I1 1随原子半径的增大而减小。随原子半径的增大而减小。n从上到下，原子半径增大，核电荷虽然也增加，从上到下，原子半径增大，核电荷虽然也增加，但由于内层电子数增加，屏蔽效应显著增加，但由于内层电子数增加，屏蔽效应显著增加，核对外层电子的吸
23、引作用被屏蔽作用所削弱，核对外层电子的吸引作用被屏蔽作用所削弱，故外层电子易失去。故外层电子易失去。n另外应注意：另外应注意：n当电子数处于半充满或全充满时，其当电子数处于半充满或全充满时，其I I1 1较大，较大，如如N N的的I I1 1比比C C和和O O都大。都大。思考题思考题n Li Be B C N O F NenI21475 421 581 564 684 812 808 949n 从左到右，总的趋势是逐渐增大，但从左到右，总的趋势是逐渐增大，但Li+（2s），），B+（2s2），），O+（2P3）格外大，格外大，为什么？为什么？3电子亲和能（电子亲和能（EA)n 气态的基态原子
24、获得一个电子形成一个气态的气态的基态原子获得一个电子形成一个气态的n负离子所放出的能量，为该原子的电子负离子所放出的能量，为该原子的电子亲和能亲和能E1n（取正值）；依次还有（取正值）；依次还有E2。E1越大，原子越易越大，原子越易n获得电子，元素的非金属性越强。获得电子，元素的非金属性越强。n 电子亲和能值测定较困难，目前尚难用于作为电子亲和能值测定较困难，目前尚难用于作为定量衡量非金属强弱的依据。定量衡量非金属强弱的依据。n电子亲合能的大小反映了原子获得电子的难n易。亲合能数值越大，则气态原子结合一个n电子释放的能量越多，与电子的结合越稳n定，表明该元素的原子越易获得电子，故非n金属性越强
25、。反之亦然4电负性，电负性，()Kain 电负性综合考虑了电离能和电子电负性综合考虑了电离能和电子n亲合能，它以一组数值的相对大小表亲合能，它以一组数值的相对大小表n示元素原子在分子中对成键电子的吸示元素原子在分子中对成键电子的吸n引能力，称为相对电负性，简称引能力，称为相对电负性，简称电负性电负性。n 元素电负性数值越大，原子在形成化元素电负性数值越大，原子在形成化n学键时对成键电子的吸引力越强学键时对成键电子的吸引力越强。n从表可见，从表可见，n金属元素的电负性金属元素的电负性n 一般在一般在2.02.0以下。以下。n非金属元素的电负性非金属元素的电负性n 一般在一般在2.02.0以上，以
26、上，n最活泼的非金属最活泼的非金属n 元素氟的电负性值为元素氟的电负性值为4.04.0。电负性值是一个相对值，没有单位。电负性值是一个相对值，没有单位。n 电负性呈周期性变化，同一周期，从左电负性呈周期性变化，同一周期，从左n至右依次增大，同一族中，从上到下，依次至右依次增大，同一族中，从上到下，依次n减小。过渡元素的电负性值无明显规律。减小。过渡元素的电负性值无明显规律。n 电负性除判断元素的金属性和非金属性电负性除判断元素的金属性和非金属性n的强弱外，对于判断化学键的极性，对理解的强弱外，对于判断化学键的极性，对理解n化学键的反应和性质都有重要的作用。化学键的反应和性质都有重要的作用。5.
27、氧化数氧化数n 元素的氧化数与原子的电子元素的氧化数与原子的电子n构型，特别是构型，特别是价电子层价电子层结构密切结构密切n相关，多数元素的最高氧化数等相关，多数元素的最高氧化数等n于其原子的价层电子总数。于其原子的价层电子总数。n价电子层价电子层是指元素原子在形成化学键时，电子是指元素原子在形成化学键时，电子n 构型可能发生改变的那些电子亚层。构型可能发生改变的那些电子亚层。n 对于主族元素，价电子层就是最外电子层；对于主族元素，价电子层就是最外电子层；n 对于副族元素，往往还有次外层对于副族元素，往往还有次外层的的d亚层。亚层。n价电子价电子是指元素的原子中能用来参与反应形成是指元素的原子
28、中能用来参与反应形成n 化学键的电子。化学键的电子。例如例如n镁为3s 2，2；n氯为3s 23p5，7；n铬为3d 5s1，6；n锆为4d 25s2，4。价电子层构型价电子数1-3 化学键和分子构型化学键和分子构型n 化学上将原子（或离子）间相互结合的强烈n作用力称为化学键。由于元素的电负性不同,相n互形成的化学键有多种类型,通常有离子键、共n价键、金属键等，也不能用一种理论解释。n1.3.1 离子键离子键n1.3.2 共价键共价键1 离子键离子键n1）离子键的形成离子键的形成n2）离子键的特征离子键的特征n3）离子极化离子极化1）离子键的）离子键的形成形成(点击点击播放播放动画动画)n a
29、.原子间得失电子原子间得失电子n b.随后靠正、负离子之间静电随后靠正、负离子之间静电引力而形成的化学键引力而形成的化学键Na(s)+Cl2(g)NaCl(s);fH =-411.12 kJ/mol-1 离子键的本质是正负电荷间的静离子键的本质是正负电荷间的静电作用力。电作用力。n离子间的强度常以晶格能来定量描述。离子间的强度常以晶格能来定量描述。n晶格能强弱的影响因素：晶格能强弱的影响因素：n离子电荷；离子电荷；n离子半径离子半径。n离子晶体的性能比较离子晶体的性能比较 离子键的强度与离子的电荷成正比，离子键的强度与离子的电荷成正比，与离子的半径成反比。与离子的半径成反比。编号编号1234晶
30、体晶体NaFNaClNaBrNaI核间距核间距d/pm231279294318晶格能晶格能U/kJmol-1933770732686熔点熔点/K126110741013935硬度硬度（金刚石（金刚石=10）3.22.0 离子晶体的性能比较离子晶体的性能比较2）离子键特征）离子键特征结构特征结构特征 离子键无方向性、无饱和性离子键无方向性、无饱和性。性能特征性能特征 a.熔点高熔点高、硬度大、挥发性低、韧性和延展硬度大、挥发性低、韧性和延展 性差；性差；b.固体一般不导电，融熔态或水溶液可导电固体一般不导电，融熔态或水溶液可导电 c.溶解度有很大差异溶解度有很大差异n离子半径离子半径 d=rd=
31、r+r+r-n离子电荷离子电荷 得失电子数得失电子数n离子的电子构型离子的电子构型 n 2电子构型电子构型 如：如：Li+、Be2+n 8电子构型电子构型 如：如：Na+、Mg2+(Mg 3s2)n 18电子构型电子构型 如：如：Zn2+、Sn2+(Zn 3d104s2)n 18+2电子构型电子构型 如：如：Sn4+(Sn 5s25p2)n 不规则电子构型不规则电子构型 如：如：Fe2+(Fe 3d64s2)离子的类型 3）离子极化n球形对称分布的离子球形对称分布的离子n的电子云，在周围异的电子云，在周围异n电荷离子电场的作用电荷离子电场的作用n下被诱导极化或发生下被诱导极化或发生n电子云变形
32、的现象称电子云变形的现象称n为为离子极化。离子极化。电子云变形电子云变形 离子极化产生的结果n离子极化改变了键的性质。离子极化改变了键的性质。n 离子键离子键共价键共价键n离子极化的程度，取决于离子极化的程度，取决于n 极化能力极化能力n 变形能力变形能力n 离子的电子构型离子的电子构型 离子极化对物性的影响离子极化对物性的影响n AgFAgFAgClAgCl AgBrAgBr AI AIn键型键型 离子键离子键 过渡型键过渡型键 过渡型键过渡型键共价键共价键n颜色颜色 白色白色 白色白色 浅黄色浅黄色 黄色黄色n溶解度溶解度 1414 1.3 1.30 05 5 7.1 7.110107 7
33、 9.2 9.210109 9n分解温度分解温度 很高很高 较高较高 700 552700 552/mol.L/mol.L-1-1/.例如：如：nCuCu+（96pm96pm），），1818电子构型电子构型 nCuClCuCl（共价化合物），不溶于水，加热分解共价化合物），不溶于水，加热分解。nNaNa+（95pm95pm），），8 8电子构型电子构型nNaClNaCl（离子化合物）（离子化合物）,溶于水溶于水,气化也不分解。气化也不分解。2 共价键共价键n（1）价键理论）价键理论n（2）杂化轨道理论）杂化轨道理论n（3）配位键）配位键（1）价键理论）价键理论 FHn 价键理论认为价键理论认为
34、,原子形成分子时原子形成分子时,充满充满n电子的内层轨道没有贡献电子的内层轨道没有贡献,不予以考虑不予以考虑.只只n考虑未充满电子的外层轨道考虑未充满电子的外层轨道(称为称为价层价层)n形成共价键形成共价键.n1）形成）形成n2）共价键的特性）共价键的特性n3）共价键的类型）共价键的类型 1）形成形成n价键理论认为价键理论认为n若原子在未化合之前有未充满电子的轨道则若原子在未化合之前有未充满电子的轨道则这两轨道相互重叠形成这两轨道相互重叠形成共价键共价键。n轨道重叠时必须相位相同（即方向相同）。轨道重叠时必须相位相同（即方向相同）。n轨道以最大程度度重叠构成一个共价键，轨道以最大程度度重叠构成
35、一个共价键，。且不能再与第三个电子结合。且不能再与第三个电子结合。2）共价键的特性）共价键的特性 nA:具有具有饱和性饱和性和和方向性方向性nB:具有一定的键长、键角、键能。具有一定的键长、键角、键能。n键长键长：分子内两个成键原子核间的平均离。分子内两个成键原子核间的平均离。n键角：键角：分子中相邻两个键间的夹角。分子中相邻两个键间的夹角。n键能：键能：原子轨道重叠释放出的能量。原子轨道重叠释放出的能量。分子式分子式键长键长/pm键角键角H2O95.810445H2S133.692.1NH3100.810718PH3141.993.6CH4109.110928CO2116.2180表表5-1
36、1 键长和键角键长和键角 3）共价键的类型共价键的类型 FH 键：键：成键轨道沿键轴方向以成键轨道沿键轴方向以头碰头头碰头方式重方式重 叠。可绕键轴自由旋转。叠。可绕键轴自由旋转。键：键：成键轨道垂直于键轴而且相互平，以行成键轨道垂直于键轴而且相互平，以行肩肩并肩并肩的方式重叠。不能绕键轴自由旋转。的方式重叠。不能绕键轴自由旋转。(2)杂化轨道理论杂化轨道理论n价键理论有较大的局限性价键理论有较大的局限性,有许多现象有许多现象n不能解释不能解释,导致了杂化轨道理论的发展导致了杂化轨道理论的发展。n例如：例如：nCH4（C 2s22p2）n BF3（B 2s22p1）1）Pauling提出了提出
37、了杂化轨道理论杂化轨道理论:n 在形成分子的过程中，由于原子间的相互影在形成分子的过程中，由于原子间的相互影n响，若干响，若干类型不同而能量相近类型不同而能量相近的原子轨道相互混的原子轨道相互混n杂，重新组合成一组杂，重新组合成一组能量相等能量相等,成分相同成分相同的新轨的新轨n道，叫做道，叫做杂化轨道杂化轨道，这一过程称为，这一过程称为杂化杂化。n 杂化轨道杂化轨道,相互以最大距离分布在原子核周相互以最大距离分布在原子核周n围。与其他原子轨道重叠时形成围。与其他原子轨道重叠时形成键。键。n 轨道在杂化前后的轨道在杂化前后的数目总和数目总和相同、相同、能量总和能量总和相同。相同。2）常见的杂化
38、轨道即空间构型nSP 杂化杂化 直线直线 nSP2 杂化杂化 三角形三角形 nSP3 杂化杂化 四面体四面体nSP3d 杂化杂化 三角双锥三角双锥nd2SP3杂化杂化 八面体八面体n CH431z1y1x1*0z1y1x2sp2p2p2psHeC2p2p2pCHe2s杂化2143133123113*)(sp)(sp)(sp)He(spC实例实例n BeCl2n BF321y1x1*1x2sp2p2pHe2sB2pBHe2s杂化132122112*)(sp)(sp)He(spB3)非等性杂化非等性杂化nNH3nH2O 说明：说明：n杂化轨道杂化轨道理论是对理论是对价键理论价键理论的发展，很好的的
39、发展，很好的n解释了许多分子的成键情况和多原子分子的解释了许多分子的成键情况和多原子分子的n空间结构空间结构，但也有一些分子的空间结构无法但也有一些分子的空间结构无法n解释。解释。如硫酸根是正四面体构型。如硫酸根是正四面体构型。（3）配位键配位键n两个原子形成共价键时,只由其中一个原子提n供电子对,此共价键称为配位键，通常用箭头n表示电子对由给予体到接受体。形成的化合n物叫配合物。n1）.配合物的组成配合物的组成n2）.配合物的命名配合物的命名 1 1）.配合物的组成配合物的组成配合物 内层 中心离子（阳离子）配体（中性分子或阴离子）外层 配离子Cu(NH3)42+SO42-中心原子配位原子配
40、体配位数内层外层 K3 Fe(CN)6 中心原子配位原子配体配位数外层内层中心原子是具有空轨道的离子或原子配体可以是阴离子或中性分子，也可由多种配体组成配位原子是具有孤电子对的元素.SOSO4 42-2-2+2+CHCH2 2CHCH2 2H H2 2N NH H2 2N NCHCH2 2CHCH2 2NHNH2 2NHNH2 2uCu(NH2CH2CH2NH2)2SO4 鳌合物配 一个体中有多个配位元素2）.配合物的命名na内层和外层的命名顺序常按电性编排，n 负离子在前，正离子在后。nb对于内界则有下列规定：n 1）在配位体与中心离子的名称之间加一“合”字：某（指配位体）合某（指中心离子）
41、。（2）在配位体名称前用汉字一、二、三标明其数目，在中心离子的名称后用罗马数字（）、（）、（）标明其化合价或氧化数，若中心离子只有一种化合价也可不标明。（3）若内界有多种配位体，其命名顺序是：由简单到复杂，先离子后分子，（化学式的书写顺序与此相反）。.nFe(CN)64-六氰合铁（）酸根离子nK3Fe(CN)6六氰合铁（）酸钾nPt(NH3)4(NO2)ClCl2二氯化一氯一硝基四氨合铂（）nCo(NH3)3 Cl3三氯三氨合钴（）1.4 1.4 分子的空间构型分子的空间构型 （共价键型简单分子，（共价键型简单分子，ABnABn）n 杂化轨道理论已经能很好的解释许多分子杂化轨道理论已经能很好的
42、解释许多分子的空间结构，但仍有很大的局限性。的空间结构，但仍有很大的局限性。n 如：硫酸根如：硫酸根SOSO4 42-2-的空间结构无法确定。的空间结构无法确定。n 另外对于组成复杂的配合物以及另外对于组成复杂的配合物以及ABnABn型多型多原子无机分子的结构确定都比较麻烦原子无机分子的结构确定都比较麻烦。价层电子对互斥理价层电子对互斥理（VSEPR法）法）n 价层电子对互斥理（价层电子对互斥理（VSEPRVSEPR法）法）是研究是研究n多原子分子的空间构型的又一理论模型。多原子分子的空间构型的又一理论模型。n 它不考虑共价键是怎么形成的它不考虑共价键是怎么形成的 ，而，而n只是研究单中心分子
43、（只是研究单中心分子（ABn型分子）的几何n构型。价层电对互斥理论认为：价层电对互斥理论认为：ABn型多原子共价分子（或原子团）的几何型多原子共价分子（或原子团）的几何构型主要构型主要由由A原子价层电子对的相互排斥作用所原子价层电子对的相互排斥作用所决定决定。当当价层电子对数目价层电子对数目一定时，这些电子对排在一定时，这些电子对排在彼此相距尽可能远的空间位置上，以使价电子对彼此相距尽可能远的空间位置上，以使价电子对之间的互斥作用尽可能最小，而使分子趋于稳之间的互斥作用尽可能最小，而使分子趋于稳定，因此，分子尽可能采取定，因此，分子尽可能采取对称的结构对称的结构。电子对数与分子构型的关系电子对
44、数 2 3 4 5 6分子 直线形 平面 四面体 三角双 正八面 构型 三角形 锥形 体形注意判断分子构型时，孤电子对的处理中心原子中心原子A 的价层电子对数的确定的价层电子对数的确定n当氧族元素当氧族元素O、S等作为配位原子时，认为它们从中心等作为配位原子时，认为它们从中心 原子接受两个电子成键，自身不提供电子，记为原子接受两个电子成键，自身不提供电子，记为0。n对于多原子构成的离子计算价层电子数时，应加上或对于多原子构成的离子计算价层电子数时，应加上或减去与离子相应的电子数。减去与离子相应的电子数。n如果价电子层中含有孤对电子，则每个孤电子对可占如果价电子层中含有孤对电子，则每个孤电子对可
45、占据相当于一个单键电子对的位置。据相当于一个单键电子对的位置。2提供的共用电子数配位原子的价电子数中心原子价层电子对数目BA例例1:SO2分子分子n中心原子中心原子SnS的的价层电子数价层电子数=6nO提供的公用电子数提供的公用电子数=0n价层电子对数价层电子对数=6/2=3n由于三对价层电子对中有一对是孤由于三对价层电子对中有一对是孤电子，因此电子，因此SO2分子为角形结构。分子为角形结构。例例2nNH4+nN的的价层电子数价层电子数=5nH提供的公用电子数提供的公用电子数=3n价 层 电 子 对 数价 层 电 子 对 数=(3+5)/2=4nSO42nS的的价层电子数价层电子数=6nO提供
46、的公用电子数提供的公用电子数=2n价 层 电 子 对 数价 层 电 子 对 数=（6+2）/2=4 NH4+、SO42都是四面体都是四面体例例3 ClF3nCl的的价层电子数价层电子数=7nF提供的公用电子数提供的公用电子数=3n价层电子对数价层电子对数=(3+7)/2=5nClF3的的5对价层电子中有对价层电子中有2对孤对电子，对孤对电子，故为故为T型型1.5 分子间力和氢键分子间力和氢键n1.5.1 分子的极性分子的极性n1.5.2 分子间力分子间力Van der Waals力力n1.5.3 氢键氢键n电荷中心：电荷中心：n不重合时不重合时偶极偶极极性分子极性分子n重合时重合时不具有偶极不
47、具有偶极非极性分子非极性分子1.5.1 分子的极性分子的极性+-+-极性分子极性分子非极性分子非极性分子 n分子的极性分子的极性 共价键的极性共价键的极性n 键矩键矩 电偶极矩电偶极矩n例：例：C=O O=C=On C-H CH4n O-H H2On N-H NH3 电偶极电偶极矩矩 P Pe e=l q（+-）n分子的极性强弱是以分子的电偶极矩来分子的极性强弱是以分子的电偶极矩来n度量的度量的n例：例：NO P Pe e=0.51=0.51 n SO2 P Pe e=5.34=5.34n HF P Pe e=6.08=6.08n 分子极性的类型分子极性的类型n1.1.诱导偶极诱导偶极产生诱导
48、作用产生诱导作用n2.2.固有偶极固有偶极产生取向力产生取向力3.3.瞬时偶极瞬时偶极产生色散作用产生色散作用1.5.2 分子间力分子间力 分子间力，又叫范德华力。来源于分子分子间力，又叫范德华力。来源于分子的极性和变形性，本质上都是静电力，主的极性和变形性，本质上都是静电力，主要有下列三个方面。要有下列三个方面。1.1.色散力色散力 2.2.诱导力诱导力 Van der Waals力力 3.3.取向力取向力分子间的作用能分子间的作用能分子间力与物性的关系分子间力与物性的关系4 4 氢键氢键1.色散力色散力 色散力由色散力由瞬时偶极产生，存在于瞬时偶极产生，存在于任何分子之间。任何分子之间。色
49、散力随着分子量的增大而增大。色散力随着分子量的增大而增大。2.2.诱导力诱导力 诱导力诱导力由诱导偶极产生，与由诱导偶极产生，与分子的极性、变形性有关。分子的极性、变形性有关。3.3.取向力取向力由由固有偶极固有偶极 取向力取向力由固有偶极产生，存在于由固有偶极产生，存在于极性分子之间，并随分子极性的增大极性分子之间，并随分子极性的增大而增大。而增大。表表1-18 分子间的作用能分子间的作用能（kJmol-1）分子分子色散能色散能诱导能诱导能取向能取向能总能量总能量H2ArXeCOHClHBrHINH3H2O0.178.4917.418.7416.8228.4560.5414.739.000.
50、000.000.000.0081.100.710.311.551.920.000.000.000.0033.301.090.5913.3036.360.178.4917.418.7521.1230.2561.4429.5847.28 分子间力与物性的关系分子间力与物性的关系 熔点、粘度、沸点、溶解度、表熔点、粘度、沸点、溶解度、表面张力、气化热面张力、气化热 分子间力随相对分子质量的增分子间力随相对分子质量的增大而增大。（为什么？）大而增大。（为什么？）分子中所含电子多，分子变形分子中所含电子多，分子变形性增大，色散力所占比例增大。性增大，色散力所占比例增大。4 4 氢键氢键n（1）形成的条件
