1、Copyright S.Bottle Chemistry QUT 19951Copyright S.Bottle Chemistry QUT 19952第第3章章 化学键与晶体结构化学键与晶体结构 本章学习的主要要求为：本章学习的主要要求为：1离子键离子键的形成条件及其特征；的形成条件及其特征；2共价键共价键的形成条件和本质及的形成条件和本质及现代价键理论现代价键理论的基本要点，的基本要点，理解共价键的类型，了解键能、键长及键角等参数。理解共价键的类型，了解键能、键长及键角等参数。3杂化轨道杂化轨道的概念、杂化轨道的基本类型及其空间构型的的概念、杂化轨道的基本类型及其空间构型的关系。关系。4理
2、解理解分子轨道理论分子轨道理论的基本要点，并能用其解释第一、二周期同的基本要点，并能用其解释第一、二周期同核双原子分子的结构和性质。核双原子分子的结构和性质。5理解理解价层电子互斥理论价层电子互斥理论的基本要点，并能用其解释多原子分的基本要点，并能用其解释多原子分子或离子的空间构型。子或离子的空间构型。工科化学多媒体课件 主讲人 石建军Copyright S.Bottle Chemistry QUT 19953 6理解理解分子间作用力分子间作用力和和氢键氢键对物质某些性质的影响。对物质某些性质的影响。7金属键金属键的形成、特性和金属键理论要点。的形成、特性和金属键理论要点。8晶体晶体的基本类型
3、、性质和特点；的基本类型、性质和特点；极化对晶体性质的极化对晶体性质的影响。影响。9.晶体缺陷晶体缺陷及其应用意义。及其应用意义。非晶体和液晶非晶体和液晶一般知识。一般知识。工科化学多媒体课件 主讲人 石建军Copyright S.Bottle Chemistry QUT 19954第第3章章 化学键和晶体结构化学键和晶体结构3.1 3.1 离子键和离子晶体离子键和离子晶体 3.2 共价键与原子晶体共价键与原子晶体 工科化学多媒体课件 主讲人 石建军 3.3 分子间力、氢键和分子晶体分子间力、氢键和分子晶体 3.4 金属键与金属晶体金属键与金属晶体Copyright S.Bottle Chem
4、istry QUT 199553.1 离子键和离子晶体离子键和离子晶体 离子键离子键：由正负离子之间的静电引力而形成的化学结合力。由正负离子之间的静电引力而形成的化学结合力。成键两步骤成键两步骤：形成正负离子和成键。形成正负离子和成键。成键过程中成键过程中势能变化势能变化情况情况一、离子键理论一、离子键理论 1、离子键的形成和特征、离子键的形成和特征 系统的总能量决定于离子之间的相互距离系统的总能量决定于离子之间的相互距离R。当排斥力与吸引力。当排斥力与吸引力达平衡时（达平衡时（R=R0），系统能量达到最低点，正负离子在各自平衡位），系统能量达到最低点，正负离子在各自平衡位置振动便形成离子键。
5、置振动便形成离子键。ClnNapsnNasnNane)22()3(621)33()33(6252psnClpsnClne 工科化学多媒体课件 主讲人 石建军Copyright S.Bottle Chemistry QUT 19956 工科化学多媒体课件 主讲人 石建军图图2.1 2.1 势能图势能图 离子键成键过程中离子键成键过程中势能变化势能变化情况情况Copyright S.Bottle Chemistry QUT 19957 离子键的离子键的形成条件形成条件：成键原子电负性相差较大（成键原子电负性相差较大（1.7以上）。以上）。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
6、的化合物。（2）离子的）离子的电子构型电子构型 2、离子的性质、离子的性质（1）离子的）离子的电荷电荷 指由原子失去或得到电子所形成的外层电子构型指由原子失去或得到电子所形成的外层电子构型 离子键离子键特点特点：既无方向性也无饱和性。既无方向性也无饱和性。对简单正负离子，离子的电荷是指形成离子键时，原子得到对简单正负离子，离子的电荷是指形成离子键时，原子得到或失去电子后所具有的电荷数。或失去电子后所具有的电荷数。工科化学多媒体课件 主讲人 石建军请注意离子键和离子型化合物的区别！Copyright S.Bottle Chemistry QUT 19958类类 型型外层电外层电子构型子构型例例元
7、素所元素所在区域在区域稀有稀有气体气体电子电子构型构型2电子电子ns2Li、Be2s区区8电子电子ns2np6Na,Cl,O2F,Sr2p区区非稀非稀有气有气体的体的电子电子构型构型18电子电子ns2np6nd10Zn2、Cu、Ag、Hg2ds区区182电电子子(n1)s2(n1)p6(n1)d10ns2Sn2、Pb2、Sb3、Bi3P区区917电电子子ns2np6nd19Cr3,Cu2,Fe2,Fe3,V3,Mn2d区、区、ds区区 工科化学多媒体课件 主讲人 石建军Copyright S.Bottle Chemistry QUT 19959（3）离子半径离子半径 依据依据：以以r（F）=1
8、33 pm；r（O2）=132pm为基础，核间距为基础，核间距d=rr，d由由x 射线衍射线衍射法测得，测得射法测得，测得d后，其它离子半径可求。后，其它离子半径可求。（1）同一周期从左至右，主族正离子半径随电荷数增加而减小。）同一周期从左至右，主族正离子半径随电荷数增加而减小。例：例：MgO：d=210pm，故，故Mg2+离子的半径离子的半径 r(Mg2)=210pm132pm=78pm。正负离子半径的正负离子半径的变化规律变化规律：离子半径示意图离子半径示意图（2）同一主族离子半径自上而下随电子层数增加而增大。）同一主族离子半径自上而下随电子层数增加而增大。（3）同一元素的正离子半径）同一
9、元素的正离子半径 原子半径原子半径 负离子半径。负离子半径。（4）同一元素原子能形成几种不同电荷的正离子时，电荷数大的）同一元素原子能形成几种不同电荷的正离子时，电荷数大的离子半径小于电荷数小的离子半径。离子半径小于电荷数小的离子半径。工科化学多媒体课件 主讲人 石建军Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199510Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199511Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199512（2）晶体晶体的定义的定义 晶体：晶体：凡是原子（或分子、离子）在空间按一定规律作周期性排凡是原
10、子（或分子、离子）在空间按一定规律作周期性排列构成的物质。或凡原子、分子或离子按点阵结构作周期性地排列列构成的物质。或凡原子、分子或离子按点阵结构作周期性地排列而成的物质。而成的物质。晶格是由晶胞在三维空间无限重复而构成。晶格是由晶胞在三维空间无限重复而构成。晶格：晶格：重复出现的空间构型重复出现的空间构型(lattice)晶胞：晶胞：能代表晶体一切特征的最小单位能代表晶体一切特征的最小单位(unit cell)。按照各种晶体中晶胞参数的不同，可分为按照各种晶体中晶胞参数的不同，可分为7个晶系个晶系。非晶非晶体体又称无定形体，其内部质点排列不规则，没有一定的结晶又称无定形体，其内部质点排列不规
11、则，没有一定的结晶外形。外形。工科化学多媒体课件工科化学多媒体课件 主讲人主讲人 石建军石建军Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199513 工科化学多媒体课件 主讲人 石建军晶晶 系系边边 长长夹夹 角角晶体实例晶体实例立方立方四方四方正交正交三方三方六方六方单斜单斜三斜三斜a=b=ca=bcabca=b=ca=bcabcabc=90 =90 =90 =90 =90,=120 =90 ,120 90Cu，NaClSn，SnO2I2，HgCl2Bi，Al2O3Mg，AgIS，KClO3CuSO45H2OCopyright S.Bottle Chemistry Q
12、UT 199514 2、离子晶体及其特征结构、离子晶体及其特征结构 离子晶体离子晶体：由离子键化合物形成的晶体：由离子键化合物形成的晶体(ion crystals)。（2）离子晶体中的正负离子按一定）离子晶体中的正负离子按一定配位数配位数在空间排列，因此晶体在空间排列，因此晶体中不存在单个分子，而是一个巨大的分子中不存在单个分子，而是一个巨大的分子 特点特点：（1）晶格结点上交替排列着正、负离子，依）晶格结点上交替排列着正、负离子，依离子键离子键结合。结合。（3）离子晶体一般有较高的）离子晶体一般有较高的熔、沸点熔、沸点。离子的电荷越高，半径越。离子的电荷越高，半径越小，静电引力越强，晶体的熔
13、点、沸点也越高。小，静电引力越强，晶体的熔点、沸点也越高。（4）一般）一般硬度硬度较大，但较大，但延展性延展性差，因而容易破碎。差，因而容易破碎。（5）熔融或其水溶液都是电的良导体，但在固态时晶格结点上的）熔融或其水溶液都是电的良导体，但在固态时晶格结点上的离子只能振动，因而离子只能振动，因而不导电不导电。工科化学多媒体课件 主讲人 石建军Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199515 最简单的最简单的AB型离子晶体的型离子晶体的空间构型空间构型 离子晶体中，由于负离子一般比正离子大很多，使负离子的堆离子晶体中，由于负离子一般比正离子大很多，使负离子的堆积成为离
14、子晶体的主要框架，正离子可以看成是填充在负离子堆积积成为离子晶体的主要框架，正离子可以看成是填充在负离子堆积形成空隙中。形成空隙中。粒子的配位数：粒子的配位数：与晶体内某个粒子相邻最近的其它粒子的数目。与晶体内某个粒子相邻最近的其它粒子的数目。离子的堆积方式与正负离子的半径之比有一定关系。离子的堆积方式与正负离子的半径之比有一定关系。离子晶体中，正负离子的半径比（离子晶体中，正负离子的半径比（r/r）不同，则正离子的配）不同，则正离子的配位数不同。位数不同。AB型离子晶体的三种空间构型型离子晶体的三种空间构型如图如图，其特点，其特点如表如表3.4。工科化学多媒体课件 主讲人 石建军Copyri
15、ght S.Bottle Chemistry QUT 199516 最简单的最简单的AB型离子晶体的型离子晶体的空间构型空间构型 离子晶体中，由于负离子一般比正离子大很多，使负离子的堆离子晶体中，由于负离子一般比正离子大很多，使负离子的堆积成为离子晶体的主要框架，正离子可以看成是填充在负离子堆积积成为离子晶体的主要框架，正离子可以看成是填充在负离子堆积形成空隙中。形成空隙中。粒子的配位数：粒子的配位数：与晶体内某个粒子相邻最近的其它粒子的数目。与晶体内某个粒子相邻最近的其它粒子的数目。离子的堆积方式与正负离子的半径之比有一定关系。离子的堆积方式与正负离子的半径之比有一定关系。离子晶体中，正负离
16、子的半径比（离子晶体中，正负离子的半径比（r/r）不同，则正离子的配）不同，则正离子的配位数不同。位数不同。AB型离子晶体的三种空间构型型离子晶体的三种空间构型如图如图，其特点，其特点如表如表3.4。工科化学多媒体课件 主讲人 石建军Copyright S.Bottle Chemistry QUT 1995173 晶格能晶格能 在标准状态下，由相互远离的气态正负离子生成在标准状态下，由相互远离的气态正负离子生成1mol固态离子固态离子晶体时所释放的能量，常用晶体时所释放的能量，常用U表示，单位：表示，单位：kJmol1。(1)正负离子的电荷多，晶格能大；正负离子的电荷多，晶格能大；意义：意义：
17、可用晶格能来衡量离子键的强弱，从而度量离子晶体的稳可用晶格能来衡量离子键的强弱，从而度量离子晶体的稳定性。晶格能一般为负值，其绝对值越大，离子晶体的正负离子间定性。晶格能一般为负值，其绝对值越大，离子晶体的正负离子间作用力越强，形成的离子键的强度越大，其离子晶体的硬度越大，作用力越强，形成的离子键的强度越大，其离子晶体的硬度越大，熔沸点越高。熔沸点越高。（如表如表3.5）影响因素：影响因素：与离子电荷和离子半径等有关。与离子电荷和离子半径等有关。(2)离子半径越小，离子间的相互吸引力越强，晶格能大。离子半径越小，离子间的相互吸引力越强，晶格能大。工科化学多媒体课件 主讲人 石建军Copyrig
18、ht S.Bottle Chemistry QUT 199518 工科化学多媒体课件 主讲人 石建军Copyright S.Bottle Chemistry QUT 1995193.2 共价键与原子晶体共价键与原子晶体一、共价键的价键理论一、共价键的价键理论 1、共价键的形成共价键的形成 当两个氢原子相互接近时，系统的能量当两个氢原子相互接近时，系统的能量E 随两个原子随两个原子的核间距的核间距R的变化而变化。的变化而变化。如图如图2.5所示所示。2、价键理论基本要点价键理论基本要点 价键理论价键理论(valence-bond theory)，又称电子配对理论（，又称电子配对理论（简称简称VB
19、法）。基本要点如下：法）。基本要点如下：工科化学多媒体课件 主讲人 石建军Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199520 工科化学多媒体课件 主讲人 石建军共价键成键过程中共价键成键过程中势能变化势能变化情况情况Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199521 工科化学多媒体课件 主讲人 石建军 3、共价键的特点共价键的特点（1）共价键具有饱和性）共价键具有饱和性 当一个氢原子的当一个氢原子的1s轨道与一个氯原子的轨道与一个氯原子的3p轨道接近时，轨道接近时，会产生如图所示的四种重叠方式。会产生如图所示的四种重叠方式。同号最大角度同
20、号最大角度重叠最稳定！重叠最稳定！如（如（a）Copyright S.Bottle Chemistry QUT 1995224、共价键的键型、共价键的键型 原子轨道沿核间联线方原子轨道沿核间联线方向以向以“头碰头头碰头”的方式重叠，重的方式重叠，重叠部分对键轴（两原子核间联线）叠部分对键轴（两原子核间联线）对称呈圆柱形。对称呈圆柱形。：两原子轨道垂直核间联两原子轨道垂直核间联线并互相平行称线并互相平行称“肩并肩肩并肩”的方的方式进行同号重叠，重叠部分对键式进行同号重叠，重叠部分对键轴所在的平面呈镜面反对称性。轴所在的平面呈镜面反对称性。工科化学多媒体课件 主讲人 石建军 s s，p p，d d
21、电子云电子云角度分布剖面图角度分布剖面图Copyright S.Bottle Chemistry QUT 1995234、共价键的键型、共价键的键型 原子轨道沿核间联线方向以原子轨道沿核间联线方向以“头碰头头碰头”的方式重叠，重叠的方式重叠，重叠部分对键轴（两原子核间联线）对称呈圆柱形。部分对键轴（两原子核间联线）对称呈圆柱形。：重叠程度大，键牢固。重叠程度大，键牢固。：两原子轨道垂直核间联线并互相平行称两原子轨道垂直核间联线并互相平行称“肩并肩肩并肩”的方式的方式进行同号重叠，重叠部分对键轴所在的平面呈镜面反对称性。进行同号重叠，重叠部分对键轴所在的平面呈镜面反对称性。（1）轨道重叠程度小于
22、）轨道重叠程度小于键，能量较高，键的活动性大，不稳定，键，能量较高，键的活动性大，不稳定，是化学反应的积极参加者。是化学反应的积极参加者。（2）键不能单独存在，总与键不能单独存在，总与键相伴，且当双键或叁健化合物（键相伴，且当双键或叁健化合物（如不饱和烃）参加化学反应时，一般首先断裂如不饱和烃）参加化学反应时，一般首先断裂键。键。工科化学多媒体课件 主讲人 石建军Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199524图图2.7 键与键与键形成示意图键形成示意图 工科化学多媒体课件 主讲人 石建军Copyright S.Bottle Chemistry QUT 19952
23、5l l l ll l l l ll l l(bond parameters)（1）键长）键长（bond loength）意义：意义：知道键长和键角，可推断分子的空间形状。知道键长和键角，可推断分子的空间形状。（2）键角）键角（bond angle）分子中相邻两个键之间的夹角称为键角，通常在分子中相邻两个键之间的夹角称为键角，通常在60 180 之间。之间。（3）键能）键能(bond energy)在标准状态下，将在标准状态下，将1mol理想气态分子理想气态分子AB解离为气态解离为气态A、B原子时原子时的键解离能的键解离能D称为这种键的键能。称为这种键的键能。对于多原子分子，其键能可取为各键能
24、的平均值。对于多原子分子，其键能可取为各键能的平均值。工科化学多媒体课件 主讲人 石建军Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199526 说明：说明：（1）同样的键在不同的多原子分子中其键能会有差异。）同样的键在不同的多原子分子中其键能会有差异。（2）键能越大，化学键越牢固，由该键所组成的分子越稳定。）键能越大，化学键越牢固，由该键所组成的分子越稳定。二、共价分子的空间构型与杂化轨道理论二、共价分子的空间构型与杂化轨道理论（1）原子轨道在成键过程中，同一原子中能量相近的不同类型的）原子轨道在成键过程中，同一原子中能量相近的不同类型的n个原子轨道（如个原子轨道（如s
25、、p、d）可以）可以“混合混合”起来重新组成一组成起来重新组成一组成键能力更强的新轨道键能力更强的新轨道（2）同一原子中由）同一原子中由n个能量相近的原子轨道杂化，只能形成与之相个能量相近的原子轨道杂化，只能形成与之相同数目的杂化轨道。同数目的杂化轨道。（3）通过杂化轨道与组成分子的其它原子的原子轨道重叠而形成）通过杂化轨道与组成分子的其它原子的原子轨道重叠而形成共价键。共价键。工科化学多媒体课件 主讲人 石建军Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199527 杂化条件杂化条件（1）相邻的能量相近的原子轨道之间；）相邻的能量相近的原子轨道之间；原子轨道杂化的原因原
26、子轨道杂化的原因（2）对称性要匹配；）对称性要匹配；（3）生成分子过程中。）生成分子过程中。增强成键能力。增强成键能力。（1 1）等性杂化）等性杂化 当当n n个能量相近不同类型的原子轨道杂化以后，形成个能量相近不同类型的原子轨道杂化以后，形成的的n n个成分完全相同、能量相等的新轨道。个成分完全相同、能量相等的新轨道。工科化学多媒体课件 主讲人 石建军Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199528（a a）spsp杂化：杂化：一个一个nsns轨道和一个轨道和一个npnp轨道杂化组成两个轨道杂化组成两个spsp杂化轨道。杂化轨道。杂化轨道的空间构型：杂化轨道的空
27、间构型：直线，其夹角为直线，其夹角为180。杂化轨道形成过程：杂化轨道形成过程：含有两个含有两个键和两个键和两个键的键的C原子，可以且只能与其它原子以原子，可以且只能与其它原子以sp杂杂化形成两个化形成两个键。键。工科化学多媒体课件 主讲人 石建军Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199529（b）sp2杂化杂化 一个一个ns轨道与两个轨道与两个np轨道杂化，形成三个等同的轨道杂化，形成三个等同的sp2杂化轨道，杂化轨道，每个杂化轨道含有每个杂化轨道含有1/3s和和2/3p轨道成分。轨道成分。杂化轨道形成过程：杂化轨道形成过程：杂化轨道的空间构型：杂化轨道的空间
28、构型：平面三角形，杂化轨道间夹角为平面三角形，杂化轨道间夹角为120。工科化学多媒体课件 主讲人 石建军Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199530（c c）sp3杂化杂化 一个一个nsns和三个和三个npnp轨道杂化形成四个等同的轨道杂化形成四个等同的spsp3 3杂化轨道，每个杂杂化轨道，每个杂化轨道含有化轨道含有1/4s1/4s和和3/4p3/4p轨道成分轨道成分 杂化轨道形成过程：杂化轨道形成过程：杂化轨道的空间构型：杂化轨道的空间构型：正四面体，正四面体，轨道互呈轨道互呈109 28 的夹角。的夹角。工科化学多媒体课件 主讲人 石建军Copyrigh
29、t S.Bottle Chemistry QUT 199531 等性等性spspn n杂化比较：杂化比较：杂 化 轨 道 类 型杂 化 轨 道 类 型spsp2sp3参与杂化的原子参与杂化的原子轨道轨道1个个s，1个个p1个个s，2个个p1个个s，3个个p杂化轨道的数目杂化轨道的数目234杂化轨道的成分杂化轨道的成分s=1/(1+n)p=n/(1+n)1/2s、1/2p1/3s、2/3p1/4s、3/4p杂化轨道间的夹杂化轨道间的夹角角18012010928空间构型空间构型直线型直线型平面三角形平面三角形正四面体正四面体成键能力成键能力依次增强依次增强实例实例BeX2、CO2、HgCl2、C2
30、H2BX3、CO32-、C2H4CH4、CCl4、SiH4、SiCl4Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199532 工科化学多媒体课件 主讲人 石建军其它等性杂化类型：除spn型等性杂化外，还有nd或(n-1)d轨道参与杂化的情况。具体情况下一章再详细介绍。举例：（2）不等性杂化。NH3：N外层电子构型：2s22p3；NH3分子的空间构型为三角锥形。如下图Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199533 工科化学多媒体课件 主讲人 石建军H2O：O外层电子构型：2s22p4；H2O分子的空间构型为“V”字形。如图:判断等性杂化与非
31、等性杂化的依据：判断等性杂化与非等性杂化的依据：（1）若参加杂化的原子轨道中电子总数小于或等于原子轨道总数，）若参加杂化的原子轨道中电子总数小于或等于原子轨道总数，则可形成等性杂化。则可形成等性杂化。（2）若电子总数大于轨道总数，一定有孤对电子存在，而形成不）若电子总数大于轨道总数，一定有孤对电子存在，而形成不等性杂化等性杂化Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199534三、价层电子对互斥理论三、价层电子对互斥理论1、理论的基本要点、理论的基本要点：（1）在一个多原子分子）在一个多原子分子ABn（或原子团）中，（或原子团）中，中心原子中心原子周围各价电子对（指周
32、围各价电子对（指键电子对和孤对电子）之间的分布键电子对和孤对电子）之间的分布由于相互间的排斥作用，而尽可能采取彼此远离的使静电由于相互间的排斥作用，而尽可能采取彼此远离的使静电排斥力最小的位置而使分子趋于稳定。排斥力最小的位置而使分子趋于稳定。工科化学多媒体课件 主讲人 石建军价层电子对在球壳表面的理想排列价层电子对在球壳表面的理想排列（2）一定数目的价电子对在空间尽可能采用对称分布的）一定数目的价电子对在空间尽可能采用对称分布的结构。如图结构。如图 Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199535Copyright S.Bottle Chemistry QUT
33、199536Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199537 SO42-中中S的价层电子对数的价层电子对数 VP=(6+0+2)/2=4Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199538Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199539Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199540Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199541Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199542Copyright S.Bottle Che
34、mistry QUT 199543Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199544Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199545Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199546 举例：举例：根据价层电子对互斥理论判断下列化合物的空间构型根据价层电子对互斥理论判断下列化合物的空间构型（1）XeF2；（；（2）SO2；（；（3）ClF3（b）原子）原子A价层电子对理想分布；价层电子对理想分布；推测推测ABn分子几何构型的步骤分子几何构型的步骤（a）确定中心原子）确定中心原子A的价层电子对数；的价层电子对数；
35、（c）推测）推测ABn分子几何构型分子几何构型（1）XeF2价电子对数价电子对数5；成键电子对数为；成键电子对数为2；孤对电子对数为；孤对电子对数为3；电子对的空间结构为三角双锥；分子的空间构型为直线型。电子对的空间结构为三角双锥；分子的空间构型为直线型。（2）SO2价电子对数价电子对数3；成键电子对数为；成键电子对数为2；孤对电子对数为；孤对电子对数为1；电；电子对的空间结构为三角形；分子的空间构型为子对的空间结构为三角形；分子的空间构型为“V”字型。字型。（3）ClF3价电子对数价电子对数5；成键电子对数为；成键电子对数为3；孤对电子对数为；孤对电子对数为2；电子对的空间结构为三角形；分子
36、的空间构型为电子对的空间结构为三角形；分子的空间构型为“T”字型。字型。工科化学多媒体课件 主讲人 石建军Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199547Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199548 四、分子轨道理论四、分子轨道理论(molecular orbital theory)（简称（简称MO法）法）1、分子轨道理论的基本要点、分子轨道理论的基本要点（2）分子轨道由能量相近的不同原子的原子轨道组合而成）分子轨道由能量相近的不同原子的原子轨道组合而成（1）分子中电子的运动遍及整个分子范围）分子中电子的运动遍及整个分子范围 分子
37、中每个电子运动状态同样可用相应波函数分子中每个电子运动状态同样可用相应波函数 来描述。常用来描述。常用，等符号来表示各分子轨道的名称。等符号来表示各分子轨道的名称。形成分子轨道时，必须符合三个组合原则：形成分子轨道时，必须符合三个组合原则：(1)原子轨道能量相近原则原子轨道能量相近原则A、同核双、同核双原子原子分子，原子轨道的量子数分子，原子轨道的量子数n，l相同，能量亦相同相同，能量亦相同;B、异核双原子分子，即使原子轨道的量子数异核双原子分子，即使原子轨道的量子数n，l相同，其能量亦相同，其能量亦不相同，必须考虑原子轨道能量相近；不相同，必须考虑原子轨道能量相近；工科化学多媒体课件 主讲人
38、 石建军Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199549 成键分子轨道：能量低于原子轨道的分子轨道。成键分子轨道：能量低于原子轨道的分子轨道。反键分子轨道：能量高于原子轨道的分子轨道。反键分子轨道：能量高于原子轨道的分子轨道。所形成的分子轨道数目等于参与组合的原子轨道数目。所形成的分子轨道数目等于参与组合的原子轨道数目。每一个分子轨道具有相应的能量，其能量随构成分子轨道的原每一个分子轨道具有相应的能量，其能量随构成分子轨道的原子轨道类型不同以及分子轨道的重叠方式不同而异。子轨道类型不同以及分子轨道的重叠方式不同而异。（2）最大重叠原理）最大重叠原理 取决于原子核间
39、距的大小和重叠的方向；取决于原子核间距的大小和重叠的方向；（3）对称性匹配的原则）对称性匹配的原则A、对键轴对称的原子轨道形成的分子轨道叫、对键轴对称的原子轨道形成的分子轨道叫 分子轨道，分成键分子轨道，分成键 和反键和反键 *。B、对键轴呈反对称的原子轨道形成的分子轨道叫、对键轴呈反对称的原子轨道形成的分子轨道叫 分子轨道，分成分子轨道，分成键键 和反键和反键 *。工科化学多媒体课件 主讲人 石建军Copyright S.Bottle Chemistry QUT 1995502 2、分子轨道的类型、分子轨道的类型（1 1）形成）形成分子轨道分子轨道（2 2）形成）形成型分子轨道，型分子轨道，
40、如图如图例：例：当两个原子（当两个原子（A和和B）的两个原子轨道（）的两个原子轨道（a和和b）线性组合形）线性组合形成两个分子轨道（成两个分子轨道（1和和2），有如下两种组合方式：），有如下两种组合方式：1=C1(a+b)2=C2(a-b)对同核双原子分子，成键分子轨道降低的能量等于反键分子轨对同核双原子分子，成键分子轨道降低的能量等于反键分子轨道升高的能量道升高的能量。3、同核双原子分子的分子轨道的能量次序、同核双原子分子的分子轨道的能量次序 两个原子轨道有效组合，形成一个成键分子轨道和一个反键分两个原子轨道有效组合，形成一个成键分子轨道和一个反键分子轨道，这三个轨道之间的能量关系为：子轨道
41、，这三个轨道之间的能量关系为：工科化学多媒体课件 主讲人 石建军Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199551 工科化学多媒体课件 主讲人 石建军Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199552 分子轨道能级图分子轨道能级图：分子轨道的能量高低的排列顺序，分子轨道的能量高低的排列顺序，。第二。第二周期同核双原子分子的分子轨道能级顺序有两种情况：周期同核双原子分子的分子轨道能级顺序有两种情况：（1）F2和和O2：原子的原子的2s轨道和轨道和2p轨道能量相差较大，形成的分子轨道的能量轨道能量相差较大，形成的分子轨道的能量高低次序为：高低
42、次序为：（2）N以前的元素以前的元素：2s轨道与轨道与2p轨道能量相差较小，使轨道能量相差较小，使2s轨道与轨道与2p轨道能级很接近，轨道能级很接近，形成同核双原子分子时，不仅对应的形成同核双原子分子时，不仅对应的2s轨道之间或轨道之间或2p轨道之间可发轨道之间可发生组合，而且相邻的生组合，而且相邻的2s轨道和轨道和2p轨道也会相应组合，使分子轨道的轨道也会相应组合，使分子轨道的能量次序发生变化，其能级次序为：能量次序发生变化，其能级次序为：工科化学多媒体课件 主讲人 石建军Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199553 工科化学多媒体课件 主讲人 石建军Cop
43、yright S.Bottle Chemistry QUT 199554 电子若进入成键轨道，会使系统能量降低，有利于形成共价键电子若进入成键轨道，会使系统能量降低，有利于形成共价键形成非键分子轨道。形成非键分子轨道。能级图的应用：能级图的应用：电子在分子轨道上的分布规律和填充次序也须遵循电子在分子轨道上的分布规律和填充次序也须遵循。工科化学多媒体课件 主讲人 石建军Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199555 2O|1s22s22px22py12pz1O2(1s)2(1s*)2(2s)2(2s*)2(2px)2(2py)2(2pz)2(*2py)1(*2pz
44、)1 对形成对形成O2分子起作用的是分子起作用的是(2px)2构成一个构成一个键，键，(2py)2与与(2py*)1、(2pz)2与与(*2pz)1，其空间方向一致，分别构成三电子，其空间方向一致，分别构成三电子键，键，如图如图。O2分子的反键轨道上分子的反键轨道上有两个未成对电子，有两个未成对电子，。4、分子轨道理论的应用、分子轨道理论的应用 O2分子：分子：N2分子：分子：两个两个N N原子核外共有原子核外共有1414个电子，组成的分子轨道式应为：个电子，组成的分子轨道式应为：N2 (1s)2(1s*)2(2s)2(2s*)2(2py)2(2pz)2(2px)2。6个成键的电子都分布在成键
45、轨道上，使能量降低很多，所以个成键的电子都分布在成键轨道上，使能量降低很多，所以N2分子稳定；由于分子稳定；由于N2分子中分子中无未成对电子，故无未成对电子，故。工科化学多媒体课件 主讲人 石建军Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199556 O2分子轨道分子轨道 N2分子轨道分子轨道 工科化学多媒体课件 主讲人 石建军Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199557 衡量两原子之间成键的强度和分子稳定性的物理量。衡量两原子之间成键的强度和分子稳定性的物理量。计算公式计算公式 三电子三电子键中的一个反键电子要抵消一部分成键电子的能量
46、，键中的一个反键电子要抵消一部分成键电子的能量，从而削弱了键的强度，因此三电子从而削弱了键的强度，因此三电子键不及双电子键不及双电子键牢固。键牢固。#5、键级键级=(成键电子数成键电子数-反键电子数反键电子数)/2 意义意义 键级的数值越大，成键轨道中的电子数目越多，系统能量下降键级的数值越大，成键轨道中的电子数目越多，系统能量下降越多，形成的共价键越牢固，分子也越稳定，反之亦然。越多，形成的共价键越牢固，分子也越稳定，反之亦然。对分子轨道理论的评价：对分子轨道理论的评价：较全面地反映了分子中电子的运动状态，既能说明共价键的形较全面地反映了分子中电子的运动状态，既能说明共价键的形成，也可解释分
47、子或离子中单键或三电子键的形成，但对分子的几成，也可解释分子或离子中单键或三电子键的形成，但对分子的几何构型的描述不如价键理论直观。何构型的描述不如价键理论直观。工科化学多媒体课件 主讲人 石建军Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199558 结构特征和一般性质结构特征和一般性质 五、原子晶体五、原子晶体（atomic crystals)，共价晶体）共价晶体）共价键力结合起来的晶体共价键力结合起来的晶体。或或：晶体的晶格结点上排列着：晶体的晶格结点上排列着中性原子，原子间以坚强的共价键相结合而构成的晶体。中性原子，原子间以坚强的共价键相结合而构成的晶体。共价键的
48、饱和性和方向性，在决定共价晶体的结构中起着决定共价键的饱和性和方向性，在决定共价晶体的结构中起着决定性的作用。性的作用。？。？。工科化学多媒体课件 主讲人 石建军Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199559（2）比一般离子晶体或金属晶体的硬度更大、熔点更高。）比一般离子晶体或金属晶体的硬度更大、熔点更高。一般性质一般性质（1）无良好的导电性、导热性和）无良好的导电性、导热性和延展性；延展性；过渡晶体过渡晶体 晶体中的粒子间存在着多种用力。晶体中的粒子间存在着多种用力。分子晶体：分子晶体：原子间以共价键形成有限分子，而以分子作为结构基元，凭分子原子间以共价键形成
49、有限分子，而以分子作为结构基元，凭分子间力构成的晶体。间力构成的晶体。金刚石的晶体金刚石的晶体结构结构 由碳原子以共价单键结合而成的无限巨大的分子，在晶体中每由碳原子以共价单键结合而成的无限巨大的分子，在晶体中每个碳原子（个碳原子（2s22p2）都通过）都通过sp3杂化轨道与相邻的杂化轨道与相邻的4个碳原子以共价个碳原子以共价键结合形成四面体结构。键结合形成四面体结构。工科化学多媒体课件 主讲人 石建军Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199560 图图3.21 金刚石的晶体结构金刚石的晶体结构 图图3.22 方石英的晶体结构方石英的晶体结构 工科化学多媒体课件 主讲人 石建军Copyright S.Bottle Chemistry QUT 199561 （2）AB2型共价晶体结构型共价晶体结构。例：SiO2，其结构与立方金刚石或立方ZnS结构相似。其它类型的共价晶体的结构其它类型的共价晶体的结构 （1）AB型共价晶体结构型共价晶体结构。例：ZnS，为立方或六方结构；作业：作业：P76,T2,T3 T4,T5,T6 工科化学多媒体课件 主讲人 石建军
