第二章分子结构 [导课]分子是保持物质化学性质的一种粒子,物质间进行化学反应的 实质是分子的形成和分解,物质的性质取决于分子的组成和结构。 分子结构包括原子的结合方式(化学键):原子在分子中的排列 方式(空间构型)。 分子中相邻原子间的强烈相互作用,称为化学键。按电子的运动 方式不同,化学键分为共价键(含配位键)、离子键和金属键。此外分 子间还普遍存在着分子间力及氢键,它们直接影响物质的某些性质 §2-1离子键 、离子键的形成 阴、阳离子间通过静电作用而形成的化学键称为离子键。 2Na+Cl2 nAcL 由离子键结合形成的化合物,称为离子化合物。绝大多数的盐、 碱和金属氧化物是离子化合物。通常,△X>1.7 二、离子键的特征 没有饱和性,没有方向性 、离子的特征 1.离子的电子构型 (1)稀有气体(2电子或8电子)构型。 (2电子) s2p(8电子) Mg22s2p°(8电子) Ti“3s23p°(8电子) (2)不规则(9~17电子)构型。失去ns电子的d区、ds区元 素
1 第二章 分子结构 [导课]分子是保持物质化学性质的一种粒子，物质间进行化学反应的 实质是分子的形成和分解，物质的性质取决于分子的组成和结构。 分子结构包括原子的结合方式（化学键）；原子在分子中的排列 方式（空间构型）。 分子中相邻原子间的强烈相互作用，称为化学键。按电子的运动 方式不同，化学键分为共价键（含配位键）、离子键和金属键。此外分 子间还普遍存在着分子间力及氢键，它们直接影响物质的某些性质。 §2－1 离子键 一、离子键的形成 阴、阳离子间通过静电作用而形成的化学键称为离子键。 2Na＋Cl2 2NaCl 由离子键结合形成的化合物，称为离子化合物。绝大多数的盐、 碱和金属氧化物是离子化合物。通常，△X＞1.7 二、离子键的特征 没有饱和性，没有方向性。 三、离子的特征 1．离子的电子构型 （1）稀有气体（2 电子或 8 电子）构型。 Li+ 1s2 （2 电子） Na+ 2s2 2p6 （8 电子） Mg2+ 2s2 2p6 （8 电子） Ti4+ 3s2 3p6 （8 电子） （2）不规则（9～17 电子）构型。失去 ns 电子的 d 区、ds 区元 素
Cr”3s23p3d3(11电子)Mn23s23p3d3(13电子) Co3s23p3d°(14电子) Ni23s23p3d(16电子) (3)18电子构型。失去ns电子的ds区元素和失去ns、np电子 的p区长周期元素。 Cu3s23p3d° Zn23s23p°3d0 Sn4s24p°4d0 Pb5s25p°5d0 (4)18+2电子构型。失去np电子的第ⅣA、第ⅤA族等p区长 周期元素。 离子电荷 原子得失电子数等于离子电荷。离子电荷越多,阴、阳离子间的 静电引力越大,离子键越强 3.离子半径 (1)同周期元素。电子层结构相同的离子,随负电荷的增多, 阴离子半径增大;随正电荷的增多,阳离子半径减小 r(C1)(181pm)<r(S2-)(184pm)<r(P-)(212pm) r(Na)(95pm)>r (Mg)(65pm)>r(Al)(50pm (2)同族元素。电荷相同的离子,离子半径随电子层数的增加 而增大。 (3)同种元素。阴离子半径大于原子半径,阳离子半径小于原 子半径:且阳离子半径随电荷的增加而减小。 r(H)(208pm)>r(H)(32pm)>r(H+)(10-5pm
2 Cr3+ 3s2 3p6 3d3 （11 电子） Mn2+ 3s2 3p6 3d5 （13 电子） Co3+ 3s2 3p6 3d6 （14 电子） Ni2+ 3s2 3p6 3d8 （16 电子） （3）18 电子构型。失去 ns 电子的 ds 区元素和失去 ns、np 电子 的 p 区长周期元素。 Cu+ 3s2 3p6 3d1 0 Zn2+ 3s2 3p6 3d10 Sn4+ 4s2 4p6 4d10 Pb4+ 5s2 5p6 5d10 （4）18＋2 电子构型。失去 np 电子的第ⅣA、第ⅤA 族等 p 区长 周期元素。 Sn2+ 4s2 4p6 4d10 5s2 Pb2+ 5s2 5p6 5d10 6s2 2．离子电荷 原子得失电子数等于离子电荷。离子电荷越多，阴、阳离子间的 静电引力越大，离子键越强。 3．离子半径 （1）同周期元素。电子层结构相同的离子，随负电荷的增多， 阴离子半径增大；随正电荷的增多，阳离子半径减小。 r（Cl－）（181pm）＜r（S 2 －）（184pm）＜r（P 3 －）（212pm） r（Na＋）（95pm）＞r（Mg2 ＋）（65pm）＞r（Al3 ＋）（50pm） （2）同族元素。电荷相同的离子，离子半径随电子层数的增加 而增大。 （3）同种元素。阴离子半径大于原子半径，阳离子半径小于原 子半径；且阳离子半径随电荷的增加而减小。 r（H －）（208pm）＞r（H）（32pm）＞r（H ＋ ）（10－5 pm） r（Cu＋）（72pm）＜r（Cu2 ＋）（96pm）
(4)电子层结构相同的离子,随核电荷数增大,离子半径减小 r(S)(184pm)>r(C1)(181pm)>r(K)(133pm)>(Ca)(99pm) §2-2价键理论 、共价键的形成 1.H2的形成 H ++H 这种原子间靠共用电子对而形成的化学键,叫做共价键。 共价键的实质是原子轨道重叠。只以共价键结合形成的化合物, 称为共价化合物。绝大多数非金属元素形成的化合物是共价化合物, 如HCl、H2SO4、HNO3、NH3、CO2等 2.价键理论(电子配对法)要点 (1)电子配对原理具有自旋相反成单电子的两个原子相互靠近 时可以形成稳定的共价键。 每个单电子只能与一个自旋方向相反的电子配对成键。若一个原 子有几个单电子,就可以形成几个共价键。 (2)最大重叠原理成键时原子轨道尽可能达到最大重叠,以使 系统的能量最低。 [思考]原子轨道重叠越大,成键越牢,分子也越稳定,对吗? 共价键的特点 共价键有饱和性 根据电子配对原理,共价键的数目受未成键电子对限制 2.共价键有方向性 按最大程度重叠原理,原子轨道将尽可能盐电子云密度最大的方
3 （4）电子层结构相同的离子，随核电荷数增大，离子半径减小。 r（S 2－ ）（184pm） ＞r（Cl －）（181pm） ＞r（K ＋）（133pm）＞ （Ca2＋）（99pm） §2－2 价键理论 一、共价键的形成 1．H2 的形成 H + H H H 这种原子间靠共用电子对而形成的化学键，叫做共价键。 共价键的实质是原子轨道重叠。只以共价键结合形成的化合物， 称为共价化合物。绝大多数非金属元素形成的化合物是共价化合物， 如 HCl、H2SO4、HNO3、NH3、CO2 等。 2．价键理论（电子配对法）要点 （1）电子配对原理 具有自旋相反成单电子的两个原子相互靠近 时可以形成稳定的共价键。 每个单电子只能与一个自旋方向相反的电子配对成键。若一个原 子有几个单电子，就可以形成几个共价键。 （2）最大重叠原理 成键时原子轨道尽可能达到最大重叠，以使 系统的能量最低。 [思考]原子轨道重叠越大，成键越牢，分子也越稳定，对吗？ 二、共价键的特点 1．共价键有饱和性 根据电子配对原理，共价键的数目受未成键电子对限制。 2．共价键有方向性 按最大程度重叠原理，原子轨道将尽可能盐电子云密度最大的方
向重叠 例如: p∈X,为- 图74氯化氢分子的成键示意图 共价键的类型 [导课]形成共价键时,不同类型轨道的形状及伸展方向不同,其重叠 方式自然不完全相同,形成共价键的稳定性及对称性等也有差异。 按轨道的重叠方式分为a键和x键 共价键按共用电子对的数目多少分为单、双、叁键 按共用电子对的偏移程度分为极性键和非极性键; 按共用电子对的来源分为一般共价键和配位共价键 1.σ键 成键轨道沿键轴(即两原子核问的连线)以“头碰头”的方式发生 有效重叠,形成的共价键为σ键 特点:呈圆柱形对称 般,单键σ键。为例如:s-s 2.π键 原子轨道以“肩并肩”的方式发生有效重叠,形成的键称为π键。 特点:垂直于键轴,呈镜面反对称。 双、叁共价键,有一个σ键,其余为π键。例如:N2,即N≡N 通常,π键重叠程度小,π电子能量高,易反应。 3.配位共价键(简称配位键)
4 向重叠。 例如： p-s 三、共价键的类型 [导课]形成共价键时，不同类型轨道的形状及伸展方向不同，其重叠 方式自然不完全相同，形成共价键的稳定性及对称性等也有差异。 按轨道的重叠方式分为σ键和π键； 共价键 按共用电子对的数目多少分为单、双、叁键； 按共用电子对的偏移程度分为极性键和非极性键； 按共用电子对的来源分为一般共价键和配位共价键 1．σ键 成键轨道沿键轴(即两原子核问的连线)以“头碰头”的方式发生 有效重叠，形成的共价键为σ键。 特点：呈圆柱形对称。 一般，单键σ键。为例如：s－s H2，s－px HCl，px－px Cl2 2．π键 原子轨道以“肩并肩”的方式发生有效重叠，形成的键称为π键。 特点：垂直于键轴，呈镜面反对称。 双、叁共价键，有一个σ键，其余为π键。例如：N2，即 N≡N。 通常，π键重叠程度小，π电子能量高，易反应。 3．配位共价键（简称配位键）
共用电子对由一个原子提供的共价键,称为配位键 共价键的形成条件:一方提供共用电子对,另一方提供空轨道。例 配位键表示为“→”,箭头起始方向为孤对电子的给予原子,箭头 所指方向为提供空轨道(接受孤对电子)的原子。 4.非极性键、极性键 (1)非极性键同种原子组成。△X=0,如Cl2,N2,H2 (2)极性键不同元素原子组成。0<△X<1.7(HF除外),如 H-Cl, H-S, H-O 四、键参数 表征化学键性质的物理量,称为键参数 1.键能(E) 100kPa。298K,将处于基态的AB双原子分子拆开成为基态A、B 原子时,所需要的能量称为该分子的键高解能,用D(A-B)表示。双 原子分子的键离解能为其键能,用E表示。单位:kJ/ 而MH2中的N一H键能为三个N一H键的平均离解能 意义:衡量共价键强度的物理量。E↑→牢。 2.键长(L) 分子中,以共价键相连的两个原子核间的平均距离叫键长 意义:反映分子几何构型的数据。 通常,键长越短,键能越大。即键长越短,共价键越牢固
5 共用电子对由一个原子提供的共价键，称为配位键。 共价键的形成条件：一方提供共用电子对，另一方提供空轨道。例 如： 配位键表示为“→”，箭头起始方向为孤对电子的给予原子，箭头 所指方向为提供空轨道（接受孤对电子）的原子。 4．非极性键、极性键 （1）非极性键 同种原子组成。△X＝0，如 Cl2，N2，H2. （2）极性键 不同元素原子组成。0＜△X＜1.7（HF 除外），如 H－Cl，H－S，H－O。 四、键参数 表征化学键性质的物理量，称为键参数。 1．键能（E） 100kPa。298K，将处于基态的 AB 双原子分子拆开成为基态 A、B 原子时，所需要的能量称为该分子的键离解能，用 D(A—B)表示。双 原子分子的键离解能为其键能，用 E 表示。单位：kJ/mol 而 NH3 中的 N－H 键能为三个 N－H 键的平均离解能。 意义：衡量共价键强度的物理量。E↑→牢。 2．键长（L） 分子中，以共价键相连的两个原子核间的平均距离叫键长。 意义：反映分子几何构型的数据。 通常，键长越短，键能越大。即键长越短，共价键越牢固。 H N H H H +