化學(xué)鍵分子間力高分子材料

關(guān)于化學(xué)鍵分子間力高分子材料第一頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日3.3

化學(xué)鍵(ChemicalBond

)離子鍵：當(dāng)電負(fù)性較小的活潑金屬和電負(fù)性較大的活潑非金屬元素相互靠近（反應(yīng)）時(shí)，前者易失去電子成為正離子，后者易得到電子成為負(fù)離子，從而正負(fù)離子之間以靜電引力結(jié)合在一起，形成了離子型化合物。一、化學(xué)鍵：大多數(shù)物質(zhì)通過(guò)某種強(qiáng)的相互作用將兩個(gè)或多個(gè)原子(離子）結(jié)合成分子，這種強(qiáng)的相互作用就稱(chēng)為化學(xué)鍵。

化學(xué)鍵主要包括：離子鍵

共價(jià)鍵

金屬鍵生成離子鍵的條件：原子間電負(fù)性相差一般要大于2.0.第二頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日NaCl(1)本質(zhì):Electrostacticattraction

between

anion(Mn+)&cation(Xn-).(2)特點(diǎn):*無(wú)方向性和飽和性

.(3)r+/r-

越大，周?chē)愄?hào)離子越多。Cs+Cl-Na+Cl-+-NaCl第三頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日(4)離子半徑

吸引力(正負(fù)離子間)=排斥力(電子間、原子核間),d=r++r-

離子半徑越小，離子間的吸引力越大，離子化合物的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)越高。

LiFNaFKFr(M+)60pm95pm133pmm.p.1040℃995℃856℃(5)離子電荷:離子電荷越高，對(duì)反離子的吸引力越大，使化合物熔點(diǎn)越高。

如：CaO----2590℃;KF----856℃.第四頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日離子鍵的強(qiáng)度與離子的電荷成正比，與離子的半徑成反比。第五頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日編號(hào)1234晶體NaFNaClNaBrNaI核間距d/pm231279294318晶格能U/kJ·mol-1933770732686熔點(diǎn)/K126110741013935硬度（金剛石=10）3.22.0

離子晶體的性能比較第六頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日離子鍵特征①結(jié)構(gòu)特征

離子鍵無(wú)方向性、無(wú)飽和性。②性能特征

a.熔點(diǎn)高、硬度大、揮發(fā)性低、韌性和延展性差；b.固體一般不導(dǎo)電，融熔態(tài)或水溶液可導(dǎo)電c.溶解度有很大差異離子的類(lèi)型離子半徑d=r++r-離子電荷得失電子數(shù)離子的電子構(gòu)型2電子構(gòu)型如：Li+、Be2+8電子構(gòu)型如：Na+、Mg2+(

Mg3s2)18電子構(gòu)型如：Zn2+、Sn2+(

Zn3d104s2)18+2電子構(gòu)型如：Sn4+(

Sn5s25p2)不規(guī)則電子構(gòu)型如：Fe2+(

Fe3d64s2)第七頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日2.共價(jià)鍵

當(dāng)同種元素或電負(fù)性相差不是很大的不同種元素相互靠近（反應(yīng)）時(shí)，一般以共價(jià)鍵結(jié)合形成共價(jià)型單質(zhì)或共價(jià)型化合物。即生成分子的兩原子分別提供未成對(duì)電子參與成鍵，這些電子為兩者共有。共價(jià)鍵的本質(zhì)是兩個(gè)原子有自旋方向相反的未成對(duì)電子，它們?cè)榆壍腊l(fā)生重疊，使體系的能量降低。

由相同原子形成的單質(zhì)分子(如H2、O2、N2)和由電負(fù)性相近的元素原子形成的化合物(如HCl、H2O、NH3)不能用離子鍵理論解釋。因?yàn)樵拥暮送怆娮娱g是互相排斥的，原子之間不應(yīng)結(jié)合在一起。為了解釋以上事實(shí)，可用共價(jià)鍵理論。

第八頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日

電子配對(duì)理論（價(jià)鍵理論）1）形成價(jià)鍵理論認(rèn)為若原子在未化合之前有未充滿電子的軌道則這兩軌道相互重疊形成共價(jià)鍵。軌道重疊時(shí)必須相位相同（即方向相同）。軌道以最大程度重疊構(gòu)成一個(gè)共價(jià)鍵，且不能再與第三個(gè)電子結(jié)合。第九頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日

2）共價(jià)鍵的特性

A:具有飽和性和方向性B:具有一定的鍵長(zhǎng)、鍵角、鍵能。鍵長(zhǎng)：分子內(nèi)兩個(gè)成鍵原子核間的平均離。鍵角：分子中相鄰兩個(gè)鍵間的夾角。鍵能：原子軌道重疊釋放出的能量。第十頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日分子式鍵長(zhǎng)/pm鍵角H2O95.8104°45’H2S133.692.1°NH3100.8107°18’PH3145.993.6CH4109.1109°28’CO2116.2180°表鍵長(zhǎng)和鍵角

第十一頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日3）共價(jià)鍵的類(lèi)型

鍵：成鍵軌道沿鍵軸方向以頭碰頭方式重疊?？衫@鍵軸自由旋轉(zhuǎn)。鍵：成鍵軌道垂直于鍵軸而且相互平，以行肩并肩的方式重疊。不能繞鍵軸自由旋轉(zhuǎn)。第十二頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日雜化軌道理論價(jià)鍵理論有較大的局限性,有許多現(xiàn)象不能解釋,導(dǎo)致了雜化軌道理論的發(fā)展。例如：CH4（C2s22p2）BF3（B2s22p1） 1）Pauling提出了雜化軌道理論:在形成分子的過(guò)程中，由于原子間的相互影響，若干類(lèi)型不同而能量相近的原子軌道相互混雜，重新組合成一組能量相等,成分相同的新軌道，叫做雜化軌道，這一過(guò)程稱(chēng)為雜化。雜化軌道,相互以最大距離分布在原子核周?chē)?。與其他原子軌道重疊時(shí)形成σ鍵。軌道在雜化前后的數(shù)目總和相同、能量總和相同。第十三頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日2）常見(jiàn)的雜化軌道即空間構(gòu)型SP雜化直線SP2雜化三角形SP3雜化四面體SP3d雜化三角雙錐d2SP3雜化八面體第十四頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日①

CH4實(shí)例第十五頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日②

BeCl2第十六頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日③

BF3第十七頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日非等性雜化NH3H2O

第十八頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日說(shuō)明：雜化軌道理論是對(duì)價(jià)鍵理論的發(fā)展，很好的解釋了許多分子的成鍵情況和多原子分子的空間結(jié)構(gòu)，但也有一些分子的空間結(jié)構(gòu)無(wú)法解釋。如硫酸根是正四面體構(gòu)型。硫原子以sp3雜化軌道成鍵、離子中存在4個(gè)σ鍵，離子為正四面體形。硫酸根是一個(gè)硫原子和四個(gè)氧原子通過(guò)共價(jià)鍵連接形成的正四面體結(jié)構(gòu)，硫原子位于正四面體的中心位置上，而四個(gè)氧原子則位于它的四個(gè)頂點(diǎn)，一組氧-硫-氧鍵的鍵角為109°28'，而一組氧-硫鍵的鍵長(zhǎng)為1.44埃。因硫酸根失去兩個(gè)電子才形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，因此帶負(fù)電，且很容易與金屬離子或銨根結(jié)合，產(chǎn)生離子鍵而穩(wěn)定下來(lái)。第十九頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日分子軌道理論

BasicPrinciples:

分子軌道由原子軌道線性組合而成.

原子軌道線性組合遵循三原則：①對(duì)稱(chēng)性匹配;②能量相近;③最大重疊.

分子軌道上的電子排布同樣遵循原子軌道上電子排布原則：①Pauli不相容原理;②能量最低原理;③Hund規(guī)則.第二十頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日

配位鍵：在分子中某些原子提供未成對(duì)電子，另外的原子提供空的原子軌道，然后兩者共享這些成鍵電子。即一個(gè)原子有雜化空軌道，另外的原子有孤對(duì)電子，兩者結(jié)合形成一種穩(wěn)定的離子或分子。四面體形[Zn(NH3)4]2+配離子(4個(gè)sp3雜化軌道)。Zn2+NH3NH3NH3NH3ligends第二十一頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日3.配位鍵例如氨和三氟化硼可以形成配位化合物：圖片式中→表示配位鍵。在N和B之間的一對(duì)電子來(lái)自N原子上的孤對(duì)電子。配位鍵是極性鍵，電子總是偏向一方，根據(jù)極性的強(qiáng)弱，或接近離子鍵，或接近極性共價(jià)鍵。在一些配合物中，除配體向受體提供電子形成普通配位鍵外，受體的電子也向配體轉(zhuǎn)移形成反饋配鍵。例如Ni（CO）4中CO中碳上的孤對(duì)電子向鎳原子配位形成σ配位鍵，鎳原子的d電子則反過(guò)來(lái)流向CO的空π*反鍵軌道，形成四電子三中心d-pπ鍵，就是反饋配鍵。非金屬配位化合物中也可能存在這種鍵。第二十二頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日配位鍵可用以下3種理論來(lái)解釋①價(jià)鍵理論。認(rèn)為配體上的電子進(jìn)入中心原子的雜化軌道。例如鈷（Ⅲ）的配合物〔CoF6〕3-中F的孤對(duì)電子進(jìn)入Co3+的sp3d2雜化軌道，這種配合物稱(chēng)為外軌配合物或高自旋配合物，有4個(gè)未成對(duì)電子，因而是順磁性的?！睠o(NH3)-6〕3+中NH3的孤對(duì)電子進(jìn)入Co3+的d2sp3雜化軌道，這種配合物稱(chēng)為內(nèi)軌配合物或低自旋配合物，由于所有電子都已成對(duì)，因而沒(méi)有順磁性而為抗磁性。②晶體場(chǎng)理論。將配體看作點(diǎn)電荷或偶極子，同時(shí)考慮配體產(chǎn)生的靜電場(chǎng)對(duì)中心原子的原子軌道能級(jí)的影響。③分子軌道理論。假定電子是在分子軌道中運(yùn)動(dòng)，應(yīng)用群論或根據(jù)成鍵的基本原則就可得出分子軌道能級(jí)圖。再把電子從能量最低的分子軌道開(kāi)始按照泡利原理逐一填入，即得分子的電子組態(tài)。分子軌道分為成鍵軌道和反鍵軌道。分子的鍵合程度取決于分子中成鍵電子數(shù)與反鍵電子數(shù)之差。第二十三頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日4、鍵的離子性和共價(jià)性大多數(shù)物質(zhì)的化學(xué)鍵都具有離子性和共價(jià)性雙重性質(zhì)。離子鍵和共價(jià)鍵并沒(méi)有嚴(yán)格的界限，離子鍵中包含著共價(jià)鍵成分，共價(jià)鍵中蘊(yùn)藏著離子鍵成分。第二十四頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日二、范德華力、氫鍵和次價(jià)力1.分子的極性

分子中，由于原子核所帶正電荷的電量和核外電子所帶負(fù)電荷的電量相等，所以就分子總體上說(shuō)是電中性的。但從分子內(nèi)部正負(fù)電荷的分布情況，可以把分子分成極性分子和非極性分子。設(shè)想在分子中有一個(gè)等效的正電荷和負(fù)電荷中心，正負(fù)電荷等效中心完全重合的分子就是非極性分子；正負(fù)電荷等效中心不完全重合的分子就是極性分子。

顯然，離子鍵結(jié)合的分子是極性分子，不同非金屬元素形成的共價(jià)鍵分子，且空間排布不對(duì)稱(chēng)時(shí)是極性分子；同種原子形成的雙原子分子是非極性分子，不同非金屬元素形成的共價(jià)鍵分子，且空間排布對(duì)稱(chēng)時(shí)是非極性分子。第二十五頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日分子正負(fù)電荷不重疊------極性分子。watermoleculeδ-..:HHOδ+Owatermoleculeδ-δ+HH..NH3107.30NHHHLiF252pmLiF156pmpolarcovalenceinan“ionic”solidCOcarbonmonoxideμ=0.1Dδ+δ-第二十六頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日分子正負(fù)電荷重疊------非極性分子OOhomonunclearmolecule,nopermenanentdipolemomentOCOδ-δ-δ+carbondioxidezeroparmenantdipolemomentbecausebonddipolecanceloutFF+TwofluorineatomsafluorinemoleculeFFsharedelectronpair(Covalent)bond第二十七頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日2.電偶極矩(Dipolemoment)

分子的極性可用偶極矩來(lái)定量地量度。若正負(fù)電荷所帶的電量為q，正負(fù)電荷等效中心的距離為l，則兩者的乘積就叫電偶極矩，通常用μ表示：μ=q.l。

偶極矩越大，分子的極性就越大。FFFOHH-+HHClCl非極性共價(jià)鍵μ=0ClH極性共價(jià)鍵μ=q·dBrH極性共價(jià)鍵μ=0極性共價(jià)鍵μ=q·d第二十八頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日3.范德華力(分子間作用力)Dispersionforces(色散力)Dipole-induceddipoleForces(誘導(dǎo)力)

Dipole—dipoleforces(取向力)取向力(極性分子間)：由固有偶極之間的作用而產(chǎn)生的分子間力。δ-δ+δ-δ+δ-δ+δ+δ-偶極-偶極間力++ABδ-δ+δ+δ-第二十九頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日誘導(dǎo)力(極性分子與非極性分子間)

：誘導(dǎo)偶極與固有偶極之間的分子間力。+Aδ-δ++B++ABδ-δ+δ+δ-δ-δ+δ-δ+δ-δ+δ-δ+δ-δ+δ-δ+δ-δ+吸引吸引誘導(dǎo)偶極誘導(dǎo)偶極第三十頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日色散力(所有分子間)：瞬間偶極之間的異極吸引而產(chǎn)生的分子間力。誘導(dǎo)力(極性分子與非極性分子間)色散力(所有分子間)B定向力(極性分子間)+A+B+Aδ-δ++B+Aδ-δ++Bδ+δ-第三十一頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日分子間力的特點(diǎn)

(1)能量?。簬讉€(gè)~幾十KJ.mol;(2)近距離的（作用范圍約幾百pm）、無(wú)方向性、無(wú)飽和性。(3)色散力為主，定向力只在極性很強(qiáng)的分子的分子間作用力中占較大比重。如：F2Cl2Br2I2分子體積越大，變形性越大，色散力越大。沸點(diǎn)升高分子間力對(duì)理化性質(zhì)有影響。

說(shuō)明下列物質(zhì)熔沸點(diǎn)的高低：SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4。

PF3、PCl3、PBr3、PI3。第三十二頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日4.氫鍵

氫鍵：分子中與高電負(fù)性原子X(jué)以共價(jià)鍵相連的氫原子，與另一個(gè)高電負(fù)性原子Y之間形成的弱鍵。X—H…YX、Y：高電負(fù)性的F、O、N。Characteristics：

a)4~45KJ/mol，稍強(qiáng)于分子間力；

b)有方向性(X、H、Y在一條直線上，距離最遠(yuǎn)，斥力最小)及飽和性(H只與一個(gè)Y形成氫鍵)。Types:IntermolecularIntramolecularF—H…F—H…F—H…F—H…F第三十三頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日氫鍵的存在對(duì)物質(zhì)的性質(zhì)有影響。

1.HCl、HBr、HI的熔、沸點(diǎn)隨著色散力的增加而升高，但HF例外。2.C2H5OH(沸點(diǎn)78.5℃)在水中溶解度比CH3—O—CH3(沸點(diǎn)-23℃)大得多。3.對(duì)硝基苯酚可形成分子間氫鍵(沸點(diǎn)110℃，在水中溶解度大，在苯中溶解度小)，鄰硝基苯酚可形成分子內(nèi)氫鍵(電荷內(nèi)部中和，沸點(diǎn)45℃，在水中溶解度小，在苯中溶解度大，相似相容原理)。第三十四頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日HydrogenBondHydrogenBond

inWater第三十五頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日極性與物質(zhì)的溶解性

相似相容：極性溶質(zhì)易溶于極性溶劑；非極性（或弱極性）溶質(zhì)易溶于非極性（或弱極性）溶劑。極性溶劑：水、丙酮、乙醇、乙酸、乙醚等。非極性（弱極性）溶劑：苯、甲苯、汽油、四氯化碳、三氯甲烷、四氯乙烯等。第三十六頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日5.次價(jià)力次價(jià)力普遍存在于高分子化合物中，它是非鍵合原子間和鏈之間的作用力的總和，它包括氫鍵等分子間力。次價(jià)力的大小常用內(nèi)聚能和內(nèi)聚能密度來(lái)衡量。第三十七頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日高分子材料:是指分子量很大（在104以上）的化合物，即高分子化合物組成的一類(lèi)材料的總稱(chēng)。高分子材料有：有機(jī)高分子和無(wú)機(jī)高分子，天然高分子和人工合成高分子材料。目前，人工合成的有機(jī)高分子材料如塑料、合成橡膠、合成纖維等發(fā)展十分迅速，已成為一個(gè)品種繁多的龐大的工業(yè)部門(mén)，而且具有廣闊的發(fā)展前途。三、高分子材料第三十八頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日一級(jí)結(jié)構(gòu)：一個(gè)高分子鏈中鏈節(jié)的化學(xué)結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)、序列和鏈節(jié)的支化度及分布。鏈節(jié)是高分子化合物最基本的結(jié)構(gòu)。高分子鏈的一級(jí)結(jié)構(gòu)還與鏈節(jié)結(jié)構(gòu)單元的連接方式有關(guān)。比如：乙烯、丙烯的交替共聚物呈橡膠性質(zhì)乙烯、丙烯的嵌段共聚物由于保留了各段的結(jié)晶能力，呈塑料性質(zhì)。1.結(jié)構(gòu)與物性第三十九頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日二級(jí)結(jié)構(gòu)：遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)，三級(jí)結(jié)構(gòu)：聚集狀態(tài)的結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)：第四十頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日2、高分子材料的主要性能1）溶解性：相似相溶規(guī)則、溶度參數(shù)相近規(guī)則溶劑化規(guī)則2）機(jī)械性能：拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、抗沖擊強(qiáng)度3）電性能：高分子材料都是電的絕緣體第四十一頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日3、高分子材料的分類(lèi)1）塑料2）橡膠3）纖維4）膠粘劑5）涂料6）ABS樹(shù)脂7）聚四氟乙烯8）聚乳酸第四十二頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日工程塑料塑料的組成

塑料是以有機(jī)合成樹(shù)脂為基礎(chǔ)，再加入添加劑所組成的。

1.合成樹(shù)脂

是由低分子化合物通過(guò)縮聚或加聚反應(yīng)合成的高分子化合物，如酚醛樹(shù)脂、聚乙烯等，是塑料的主要組成，也起粘接劑作用。

2.添加劑

為改善塑料的性能而加入的其它組成，主要有：

(1)填料或增強(qiáng)材料

填料在塑料中主要起增強(qiáng)作用。

(2)固化劑

可使樹(shù)脂具有體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，成為較堅(jiān)硬和穩(wěn)定的塑料制品。

(3)增塑劑

用以提高樹(shù)脂可塑性和柔性的添加劑。

(4)穩(wěn)定劑

用以防止受熱、光等的作用使塑料過(guò)早老化。

第四十三頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日工程塑料的分類(lèi)

聚乙烯(PE)聚丙烯(PP)聚氯乙烯(PVC)：地下室或屋面防水（柔性防水）聚苯乙烯(PS)ABS塑料酚醛塑料(PE)環(huán)氧塑料(EP)第四十四頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日聚乙烯(PE)圖例聚丙烯(PP)圖例第四十五頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日酚醛塑料(PE)圖例環(huán)氧塑料(EP)圖例第四十六頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日橡膠橡膠是具有高彈性的輕度交聯(lián)的線型高聚物，它們?cè)诤軐挼臏囟确秶鷥?nèi)處于高彈態(tài)。一般橡膠在－40℃～80℃范圍內(nèi)具有高彈性，某些特種橡膠在－100℃的低溫和200℃高溫下都保持高彈性。橡膠有優(yōu)良的伸縮性，良好的儲(chǔ)能能力和耐磨、隔音、絕緣等性能，廣泛用于制作密封件、減振件、傳動(dòng)件、輪胎和電線等制品。