微粒间的作用力与物质性质.ppt

微粒间的作用力与物质性质,,微粒间的作用力,离子键,金属键,共价键,分子间作用力,氢键,,,化学键,2Na (s) + Cl2 (g) = 2NaCl (s),3.1 化学键,是什么样的结合力使钠原子构成金属钠？ 是什么样的结合力使氯原子构成氯单质？ 又是什么样的作用力将钠原子和氯原子结合成氯化钠？,现代化学使用最广泛的定义是美国杰出的理论化学家鲍林的定义。鲍林指出，如果两个原子（或原子团）之间的作用力强得足以形成足够稳定的、可被化学家看作独立分子物种的聚集体，它们之间就存在化学键。,相邻的两个(或多个)原子之间强的相互作用称为化学键。,一．离子键的形成,3.2离子键理论,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叫离子键。 离子电荷越高，正负离子的核间距越小，离子间的引力越大，离子键越强，所形成的离子化合物越稳定。,,二．离子键的特点,1.本质是静电作用力,2.离子键没有方向性,3.离子键没有饱和性,钠离子Na+(或氯离子Cl－)周围只排列了6个最接近的带相反电荷的氯离子Cl－(或钠离子Na+)，这是由正、负离子半径的相对大小、电荷多少等因素决定。,三．决定离子化合物性质的主要因素,离子电荷、离子半径和离子的电子构型等，但是离子化合物采用哪一种晶格，主要取决于阴、阳离子半径比，也就决定着化合物的性质。,1．离子电荷,2．离子半径,3．离子的电子构型,(1) 2电子构型：最外层为2个电子的离子。如Li+、Be2+等。 (2) 8电子构型：最外层为8个电子的离子。如K+等。 (3) 18电子构型：最外层为18个电子的离子。如Zn2+、Cd2+、Ag+等。 (4) (18+2) 电子构型：次外层为18个电子，最外层为2个电子的离子。如Pb2+、Sn2+等。 (5) 不饱和电子构型：最外层为9～17个电子的离子，如Fe2+、Mn2+等。,离子的电子层构型对化合物的性质有一定的影响，例如碱金属和铜分族，它们最外层只有1个ns电子，都能形成+1价离子，如Na+、K+、Cu+、Ag+，但由于它们的电子层构型不同。Na+、K+为8电子构型，Cu+、Ag+为18电子构型。因此它们的化合物(如氯化物)的性质就有明显的差别。如：NaCl易溶于水，CuCl、AgCl难溶于水。,,五．离子晶体,离子化合物在室温下以晶体形式存在。离子间通过离子键结合而成的晶体叫做离子晶体。,在离子化合物中，离子间存在着较强的离子键，离子键的强度可用晶格能的大小来衡量。 晶格能是指将1mol离子晶体中的正离子和负离子完全气化而相互远离所吸收的能量，或指相互远离的气态正离子和负离子结合成1mol离子晶体时所释放的能量。晶格能越大，表明离子键越强，离子晶体越稳定。,离子化合物的晶格能越大，正、负离子的结合力越强，相应晶体的熔点越高，硬度越大，压缩系数和热膨胀系数越小。,3.3 金属的通性与金属键,一．金属的通性 固体。 银白色。 金属的密度、硬度、熔点等性质的差别很大。 大多数金属有延性和展性。 金属一般都是电和热的良导体。,,二．金属键,金属原子的价电子比较少，电离能又比较低，所以金属原子容易失去电子。因此，金属的结构实际上是金属原子释出电子后所形成的金属离子按一定规律堆积，释出的价电子在整个晶体里自由地运动着。这些电子叫做自由电子或离域电子。后一名称强调金属晶体里的自由电子不专属于某几个特定的金属离子，而为许多金属离子所共有，它们几乎均匀地分布在整个晶体里。,金属离子跟自由电子之间存在着较强的作用，因而使许多金属离子相互结合在一起。像这种金属阳离子跟自由电子之间存在的较强的作用，叫做金属键。金属键本质上也是一种电性作用。通过金属键形成的单质晶体，叫做金属晶体。,,把金属键想象为：“失去了价电子的金属离子沉浸在自由电子的海洋里。”,,二．金属键的特点,1.本质是静电作用力,2. 没有方向性,3. 没有饱和性,,试用金属键解释： 1.金属导电性 2.导热性 3.延展性 4.密度、硬度、熔点,一．共价键的形成和本质,3.4 共价键,H + H ＝ H2,氢分子又可表示为：H－H。这种用短线来代表一对共用电子的图式叫做结构式。,试从原子结构来说明氢气形成过程,试从电子云来说明氢气形成过程,象氢分子那样，原子间通过共用电子对(电子云重叠)所形成的化学键，叫做共价键。,,,,二．共价键的特点,0.本质电性的，但不是纯粹的静电作用,1．共价键的饱和性,共价键的形成条件之一是原子中必须有单电子，而且单电子的自旋方向必须相反。由于一个原子的一个单电子只能与另一个单电子配对，形成一个共价单键，因此一个原子有几个单的电子(包括激发后形成的单电子)便可与几个自旋相反的单电子配对成键。,例如：H2、NH3,Li、N、O、F的常见共价键数目均等于其原子的未成对电子数，但Be、B、C的常见共价数，则与未成对电子数不符。,,2．共价键的方向性,所谓共价键的方向性，是指一个原子与周围原子形成的共价键具有一定的角度。共价键具有方向性的原因是因为原子轨道p，d，f有一定的方向性，它和相邻原子的轨道重叠成键要满足最大重叠条件。共价键的方向性决定着分子的空间构型，进而影响分子的性质。,,三．键参数,1．键能,键能是表示在通常外界条件下化学键强弱的一个物理量。键能的定义是：在101.3kPa、298 K时，将1 mol气态AB分子中的化学键断开，生成气态A、B原子时所吸收的能量，称为A－B键的键能(严格地应叫标准键离解能)。通常用符号EA－B表示。,H(g)+H(g) EH－H＝432kJ/mol,键能越大，键越牢固，由该键构成的分子也就越稳定。,,,1．键长,分子中成键原子核间的距离称为键长(也叫键距或核间距),同一族元素的单质或同类化合物的双原子分子，键长随原子序数的增大而增加；同一原子间形成的单键、双键或叁键的键长各不一样，键数越多则键长越短。一般说来，两个原子间所形成的键越短，表示化学键越强、越牢固。,1．键角,分子中键和键之间的夹角叫做键角，它是由成键原子轨道要满足最大重叠原理，按一定方向重叠成键的结果。,109°28′,107.3°,104.5°,四．共价键类型,1．不同的原子轨道重叠方式,原子轨道按“头碰头”的方式发生轨道重叠，轨道重叠的部分沿着键轴呈圆柱形对称，这种共价键称为σ键。σ键的特征是：以形成化学键的两原子核间的联线为轴（即键轴），作旋转操作，共价键的电子云图形不变，这称为轴对称。,可以对键轴呈圆柱形对称的重叠形式有s－s轨道重叠(H2分子)，s－p轨道重叠(HCl分子)，p－p轨道重叠(Cl2分子)。它们都形成σ键。,N原子的电子组态为1s22s22px12py12pz1，其中3个单电子分别占据3个互相垂直的p轨道。当两个N原子结合成N2分子时，各以1个px 轨道沿键轴以“头碰头”方式重叠形成1个σ键后，余下的 2个2py 和2个2pz 轨道只能以“肩并肩”方式进行重叠。,原子轨道按“肩并肩”的方式发生轨道重叠，轨道重叠部分对通过键轴的一个平面具有镜面反对称，这种共价键称为π键。例如N2分子中有三个键，一个σ键，两个π键。其分子结构式可用N≡N表示。p轨道的方向决定了N2分子中三个键互相垂直。,π键一般是与σ键共存于具有双键或叁键的分子中。σ键是构成分子的骨架，可单独存在于两原子间，以共价键结合的两原子间只可能有1个σ键。如果两个原子可以形成多重键，其中必定先形成一个σ键，其余为π键。共价单键一般是σ键，双键中有1个σ键和1个π键，叁键中有1个σ键和2个π键 。,2．配位键,,,共价键的共用电子对由一个原子提供的称为配位共价键或称配位键。提供电子对的原子称为电子对给予体，接受电子对的原子称为电子对接受体。,五．分子的极性,1．键的极性,正负电荷重心不重合相当于物理学上的一个偶极子，键就有一定的极性。因而这种电荷分布不均匀、正负电荷重心不重合的键就叫极性键。而把上述电荷均匀分布、正负电荷重心重合的键叫做非极性键。,键的极性与电负性有关,2. 分子的极性,分子内部正负电荷重心不相重合的分子叫做极性分子，而正负电荷重心相重合的分子就叫做非极性分子。HF、HCl、CO等分子就是极性分子，而H2、CO2、CCl4等分子就是非极性分子。,组成原子、键的极性、分子构型,S8、P4、SO2，CO2，CCl4，CHCl3，,如何表示分子极性大小？,大小相等符号相反彼此相距为d的两个点电荷(+q和－q)组成的体系称为偶极子，其电量q与距离d的乘积就是偶极矩，符号为μ。,偶极矩μ的数值是判断分子有无极性的定量标准。偶极矩μ为零的分子，就是非极性分子；偶极矩μ不为零的分子就是极性分子。,六．原子晶体,固态CO2是分子晶体，它的熔、沸点都很低。我们也知道，Si与C同属于第ⅣA族，那么SiO2晶体与CO2晶体是否具有相似的结构和性质呢？,SiO2和CO2的晶体结构不同。在SiO2 晶体中，1个Si原子和4个O原子形成4个共价键，每个Si原子周围结合4个O原子；同时，每个O原子跟2个Si原子相结合。实际上，SiO2 晶体是由Si原子和O原子按1∶2的比例所组成的立体网状的晶体。这种相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构的晶体，叫做原子晶体。,3.5 分子间作用力,一．分子的极化,由于极性分子的正、负电荷重心不重合，因此分子中始终存在着一个正极和一个负极，极性分子的这种固有的偶极叫做永久偶极。,非极性分子在外电场的影响下可以变成具有一定偶极的极性分子，而极性分子在外电场的影响下其偶极增大，这种在外电场影响下所产生的偶极叫诱导偶极，其偶极矩叫诱导偶极矩。,分子内部的原子核电子都在不停地运动着，不断地改变它们的相对位置。在某一瞬间，分子的正电荷重心和负电荷重心会发生不重合现象，这时所产生的偶极叫做瞬间偶极，其偶极矩叫瞬间偶极矩。,,二．分子间作用力(范德华力),分子间还存在着一种较弱的相互作用，其结合能大约只有2～20 kJ·mol 1，比化学键能约小一二个数量级。气体分子能凝聚成液体和固体，主要就靠这种分子间作用。分子间的范德华力是决定物质熔点、沸点、溶解度等物理化学性质的一个重要因素。,1．取向力。,取向力发生在极性分子和极性分子之间。由于极性分子具有偶极，因此两个极性分子相互接近时，同极相斥，异极相吸，使分子发生相对的转动。这就叫做取向。,这种靠永久偶极而产生的相互作用力叫做取向力。,2．诱导力。,在极性分子和非极性分子之间以及极性分子和极性分子之间都存在诱导力。,诱导偶极同极性分子的永久偶极间的作用力叫做诱导力。,,,,3．色散力。,所有分子中都存在色散力,任何一个分子，由于电子的运动和原子核的振动可以发生瞬间的相对位移，从而产生“瞬间偶极”。这种瞬间偶极也会诱导邻近的分子产生瞬间偶极，于是两个分子可以靠瞬间偶极相互吸引在一起。这种由于存在“瞬间偶极”而产生的相互作用力称为色散力。,范德华引力有下面的一些特点： (1)它是永远存在于分子或原子间的一种作用力。 (2)它是吸引力，其作用能约比化学键能小一至二个数量级。 (3)与共价键不同，范德华引力一般没有方向性和饱和性。 (4)范德华引力的作用范围很小，大约只有几pm。,范德华力有三种。取向力只存在于极性－极性分子间，诱导力存在于极性－极性分子和极性－非极性分子间，色散力则存在于任何分子之间，而且对大多数分子来说(除H2O分子等以外)色散力是主要的。,三．分子晶体,构成晶体的粒子是分子，像这样分子间以分子间作用力相结合的晶体叫做分子晶体。,试用分子晶体理论解释： 1.熔沸点的变化规律、 2.硬度小、 3.不导电、 4.溶解性规律,3.6 氢键,一．氢键的形成,这个半径很小，又带正电性的氢原子与另一个水分子中含有孤电子对并带部分负电荷的氧原子充分靠近产生吸引力，这种吸引力就叫氢键。,X－H…Y,一般分子形成氢键必须具备两个基本条件： 1．分子中必须有一个与电负性很强的元素形成强极性键的氢原子。 2．分子中必须有带孤电子对，电负性大，而且原子半径小的元素(如F，O，N等)。,二．氢键的特点,1、氢键具有方向性,2、氢键具有饱和性,3、氢键强弱与元素电负性、原子半径有关,三．氢键对化合物性质的影响,试解释： 1.F，O，N的氢化物熔沸点 2.邻位硝基苯酚的熔点为45 ℃，而间位和对位硝基苯酚的熔点分别是96 ℃和114 ℃ 3.物质的粘度、硬度、溶解度等影响,,,