微粒間的作用力與物質性質

微粒間的作用力與物質性質第一頁，共四十一頁，2022年，8月28日微粒間的作用力離子鍵金屬鍵共價鍵分子間作用力氫鍵化學鍵第二頁，共四十一頁，2022年，8月28日2Na(s)+Cl2(g)=2NaCl(s)3.1化學鍵是什么樣的結合力使鈉原子構成金屬鈉？是什么樣的結合力使氯原子構成氯單質？又是什么樣的作用力將鈉原子和氯原子結合成氯化鈉？

現(xiàn)代化學使用最廣泛的定義是美國杰出的理論化學家鮑林的定義。鮑林指出，如果兩個原子（或原子團）之間的作用力強得足以形成足夠穩(wěn)定的、可被化學家看作獨立分子物種的聚集體，它們之間就存在化學鍵。相鄰的兩個(或多個)原子之間強的相互作用稱為化學鍵。第三頁，共四十一頁，2022年，8月28日一．離子鍵的形成3.2離子鍵理論第四頁，共四十一頁，2022年，8月28日由原子間發(fā)生電子的轉移，形成正、負離子并通過靜電作用而形成的化學鍵叫離子鍵。

離子電荷越高，正負離子的核間距越小，離子間的引力越大，離子鍵越強，所形成的離子化合物越穩(wěn)定。第五頁，共四十一頁，2022年，8月28日二．離子鍵的特點1.本質是靜電作用力2.離子鍵沒有方向性3.離子鍵沒有飽和性鈉離子Na+(或氯離子Cl－)周圍只排列了6個最接近的帶相反電荷的氯離子Cl－(或鈉離子Na+)，這是由正、負離子半徑的相對大小、電荷多少等因素決定。第六頁，共四十一頁，2022年，8月28日三．決定離子化合物性質的主要因素

離子電荷、離子半徑和離子的電子構型等，但是離子化合物采用哪一種晶格，主要取決于陰、陽離子半徑比，也就決定著化合物的性質。1．離子電荷2．離子半徑3．離子的電子構型(1)2電子構型：最外層為2個電子的離子。如Li+、Be2+等。(2)8電子構型：最外層為8個電子的離子。如K+等。(3)18電子構型：最外層為18個電子的離子。如Zn2+、Cd2+、Ag+等。(4)(18+2)電子構型：次外層為18個電子，最外層為2個電子的離子。如Pb2+、Sn2+等。(5)不飽和電子構型：最外層為9～17個電子的離子，如Fe2+、Mn2+等。第七頁，共四十一頁，2022年，8月28日離子的電子層構型對化合物的性質有一定的影響，例如堿金屬和銅分族，它們最外層只有1個ns電子，都能形成+1價離子，如Na+、K+、Cu+、Ag+，但由于它們的電子層構型不同。Na+、K+為8電子構型，Cu+、Ag+為18電子構型。因此它們的化合物(如氯化物)的性質就有明顯的差別。如：NaCl易溶于水，CuCl、AgCl難溶于水。第八頁，共四十一頁，2022年，8月28日五．離子晶體離子化合物在室溫下以晶體形式存在。離子間通過離子鍵結合而成的晶體叫做離子晶體。

在離子化合物中，離子間存在著較強的離子鍵，離子鍵的強度可用晶格能的大小來衡量。晶格能是指將1mol離子晶體中的正離子和負離子完全氣化而相互遠離所吸收的能量，或指相互遠離的氣態(tài)正離子和負離子結合成1mol離子晶體時所釋放的能量。晶格能越大，表明離子鍵越強，離子晶體越穩(wěn)定。離子化合物的晶格能越大，正、負離子的結合力越強，相應晶體的熔點越高，硬度越大，壓縮系數和熱膨脹系數越小。第九頁，共四十一頁，2022年，8月28日3.3金屬的通性與金屬鍵

一．金屬的通性固體。銀白色。金屬的密度、硬度、熔點等性質的差別很大。大多數金屬有延性和展性。金屬一般都是電和熱的良導體。第十頁，共四十一頁，2022年，8月28日二．金屬鍵金屬原子的價電子比較少，電離能又比較低，所以金屬原子容易失去電子。因此，金屬的結構實際上是金屬原子釋出電子后所形成的金屬離子按一定規(guī)律堆積，釋出的價電子在整個晶體里自由地運動著。這些電子叫做自由電子或離域電子。后一名稱強調金屬晶體里的自由電子不專屬于某幾個特定的金屬離子，而為許多金屬離子所共有，它們幾乎均勻地分布在整個晶體里。金屬離子跟自由電子之間存在著較強的作用，因而使許多金屬離子相互結合在一起。像這種金屬陽離子跟自由電子之間存在的較強的作用，叫做金屬鍵。金屬鍵本質上也是一種電性作用。通過金屬鍵形成的單質晶體，叫做金屬晶體。第十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日把金屬鍵想象為：“失去了價電子的金屬離子沉浸在自由電子的海洋里。”第十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日二．金屬鍵的特點1.本質是靜電作用力2.沒有方向性3.沒有飽和性第十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日試用金屬鍵解釋：1.金屬導電性2.導熱性3.延展性4.密度、硬度、熔點第十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日一．共價鍵的形成和本質3.4共價鍵H+H＝H2氫分子又可表示為：H－H。這種用短線來代表一對共用電子的圖式叫做結構式。試從原子結構來說明氫氣形成過程試從電子云來說明氫氣形成過程象氫分子那樣，原子間通過共用電子對(電子云重疊)所形成的化學鍵，叫做共價鍵。第十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日第十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日二．共價鍵的特點0.本質電性的，但不是純粹的靜電作用1．共價鍵的飽和性

共價鍵的形成條件之一是原子中必須有單電子，而且單電子的自旋方向必須相反。由于一個原子的一個單電子只能與另一個單電子配對，形成一個共價單鍵，因此一個原子有幾個單的電子(包括激發(fā)后形成的單電子)便可與幾個自旋相反的單電子配對成鍵。例如：H2、NH3Li、N、O、F的常見共價鍵數目均等于其原子的未成對電子數，但Be、B、C的常見共價數，則與未成對電子數不符。第十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日2．共價鍵的方向性所謂共價鍵的方向性，是指一個原子與周圍原子形成的共價鍵具有一定的角度。共價鍵具有方向性的原因是因為原子軌道p，d，f有一定的方向性，它和相鄰原子的軌道重疊成鍵要滿足最大重疊條件。共價鍵的方向性決定著分子的空間構型，進而影響分子的性質。第十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日三．鍵參數1．鍵能鍵能是表示在通常外界條件下化學鍵強弱的一個物理量。鍵能的定義是：在101.3kPa、298K時，將1mol氣態(tài)AB分子中的化學鍵斷開，生成氣態(tài)A、B原子時所吸收的能量，稱為A－B鍵的鍵能(嚴格地應叫標準鍵離解能)。通常用符號EA－B表示。H(g)+H(g)EH－H＝432kJ/mol鍵能越大，鍵越牢固，由該鍵構成的分子也就越穩(wěn)定。第十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日第二十頁，共四十一頁，2022年，8月28日1．鍵長分子中成鍵原子核間的距離稱為鍵長(也叫鍵距或核間距)同一族元素的單質或同類化合物的雙原子分子，鍵長隨原子序數的增大而增加；同一原子間形成的單鍵、雙鍵或叁鍵的鍵長各不一樣，鍵數越多則鍵長越短。一般說來，兩個原子間所形成的鍵越短，表示化學鍵越強、越牢固。第二十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日1．鍵角分子中鍵和鍵之間的夾角叫做鍵角，它是由成鍵原子軌道要滿足最大重疊原理，按一定方向重疊成鍵的結果。109°28′107.3°104.5°第二十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日四．共價鍵類型1．不同的原子軌道重疊方式原子軌道按“頭碰頭”的方式發(fā)生軌道重疊，軌道重疊的部分沿著鍵軸呈圓柱形對稱，這種共價鍵稱為σ鍵。σ鍵的特征是：以形成化學鍵的兩原子核間的聯(lián)線為軸（即鍵軸），作旋轉操作，共價鍵的電子云圖形不變，這稱為軸對稱?？梢詫︽I軸呈圓柱形對稱的重疊形式有s－s軌道重疊(H2分子)，s－p軌道重疊(HCl分子)，p－p軌道重疊(Cl2分子)。它們都形成σ鍵。第二十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日N原子的電子組態(tài)為1s22s22px12py12pz1，其中3個單電子分別占據3個互相垂直的p軌道。當兩個N原子結合成N2分子時，各以1個px

軌道沿鍵軸以“頭碰頭”方式重疊形成1個σ鍵后，余下的2個2py

和2個2pz

軌道只能以“肩并肩”方式進行重疊。原子軌道按“肩并肩”的方式發(fā)生軌道重疊，軌道重疊部分對通過鍵軸的一個平面具有鏡面反對稱，這種共價鍵稱為π鍵。例如N2分子中有三個鍵，一個σ鍵，兩個π鍵。其分子結構式可用N≡N表示。p軌道的方向決定了N2分子中三個鍵互相垂直。第二十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日π鍵一般是與σ鍵共存于具有雙鍵或叁鍵的分子中。σ鍵是構成分子的骨架，可單獨存在于兩原子間，以共價鍵結合的兩原子間只可能有1個σ鍵。如果兩個原子可以形成多重鍵，其中必定先形成一個σ鍵，其余為π鍵。共價單鍵一般是σ鍵，雙鍵中有1個σ鍵和1個π鍵，叁鍵中有1個σ鍵和2個π鍵。第二十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日2．配位鍵共價鍵的共用電子對由一個原子提供的稱為配位共價鍵或稱配位鍵。提供電子對的原子稱為電子對給予體，接受電子對的原子稱為電子對接受體。第二十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日五．分子的極性1．鍵的極性正負電荷重心不重合相當于物理學上的一個偶極子，鍵就有一定的極性。因而這種電荷分布不均勻、正負電荷重心不重合的鍵就叫極性鍵。而把上述電荷均勻分布、正負電荷重心重合的鍵叫做非極性鍵。鍵的極性與電負性有關第二十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日2.分子的極性分子內部正負電荷重心不相重合的分子叫做極性分子，而正負電荷重心相重合的分子就叫做非極性分子。HF、HCl、CO等分子就是極性分子，而H2、CO2、CCl4等分子就是非極性分子。組成原子、鍵的極性、分子構型S8、P4、SO2，CO2，CCl4，CHCl3，如何表示分子極性大??？第二十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日大小相等符號相反彼此相距為d的兩個點電荷(+q和－q)組成的體系稱為偶極子，其電量q與距離d的乘積就是偶極矩，符號為μ。偶極矩μ的數值是判斷分子有無極性的定量標準。偶極矩μ為零的分子，就是非極性分子；偶極矩μ不為零的分子就是極性分子。第二十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日六．原子晶體

固態(tài)CO2是分子晶體，它的熔、沸點都很低。我們也知道，Si與C同屬于第ⅣA族，那么SiO2晶體與CO2晶體是否具有相似的結構和性質呢？第三十頁，共四十一頁，2022年，8月28日SiO2和CO2的晶體結構不同。在SiO2晶體中，1個Si原子和4個O原子形成4個共價鍵，每個Si原子周圍結合4個O原子；同時，每個O原子跟2個Si原子相結合。實際上，SiO2晶體是由Si原子和O原子按1∶2的比例所組成的立體網狀的晶體。這種相鄰原子間以共價鍵相結合而形成空間網狀結構的晶體，叫做原子晶體。第三十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日3.5分子間作用力

一．分子的極化由于極性分子的正、負電荷重心不重合，因此分子中始終存在著一個正極和一個負極，極性分子的這種固有的偶極叫做永久偶極。非極性分子在外電場的影響下可以變成具有一定偶極的極性分子，而極性分子在外電場的影響下其偶極增大，這種在外電場影響下所產生的偶極叫誘導偶極，其偶極矩叫誘導偶極矩。分子內部的原子核電子都在不停地運動著，不斷地改變它們的相對位置。在某一瞬間，分子的正電荷重心和負電荷重心會發(fā)生不重合現(xiàn)象，這時所產生的偶極叫做瞬間偶極，其偶極矩叫瞬間偶極矩。第三十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日二．分子間作用力(范德華力)分子間還存在著一種較弱的相互作用，其結合能大約只有2～20kJ·mol

1，比化學鍵能約小一二個數量級。氣體分子能凝聚成液體和固體，主要就靠這種分子間作用。分子間的范德華力是決定物質熔點、沸點、溶解度等物理化學性質的一個重要因素。1．取向力。取向力發(fā)生在極性分子和極性分子之間。由于極性分子具有偶極，因此兩個極性分子相互接近時，同極相斥，異極相吸，使分子發(fā)生相對的轉動。這就叫做取向。這種靠永久偶極而產生的相互作用力叫做取向力。第三十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日2．誘導力。在極性分子和非極性分子之間以及極性分子和極性分子之間都存在誘導力。誘導偶極同極性分子的永久偶極間的作用力叫做誘導力。

3．色散力。所有分子中都存在色散力任何一個分子，由于電子的運動和原子核的振動可以發(fā)生瞬間的相對位移，從而產生“瞬間偶極”。這種瞬間偶極也會誘導鄰近的分子產生瞬間偶極，于是兩個分子可以靠瞬間偶極相互吸引在一起。這種由于存在“瞬間偶極”而產生的相互作用力稱為色散力。第三十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日范德華引力有下面的一些特點：(1)它是永遠存在于分子或原子間的一種作用力。(2)它是吸引力，其作用能約比化學鍵能小一至二個數量級。(3)與共價鍵不同，范德華引力一般沒有方向性和飽和性。(4)范德華引力的作用范圍很小，大約只有幾pm。

范德華力有三種。取向力只存在于極性－極性分子間，誘導力存在于極性－極性分