内蒙古民族大学无机化学吉大武大版-第7章化学键理论概述

V
0
Vr0
r0
r
横坐标 核间距 r ；纵坐标 体系的势能 V。
纵坐标的零点 当 r 无穷大时，即两核之间无限远时的势能。
下面来考察 Na+ 和 Cl － 彼此接近的过程中，势能 V 的变化。
图中可见： r > r0 ，当 r 减小时，正负离子靠静电相互吸引
，势能 V 减小，体系趋于稳定。编辑课件
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r = r0 ，V 有极小值，此时体系最稳定 V ，表明形成离子键。
H 2 = 1/2 D = 119.7 kJ·mol－1 ， Cl 2 ( g ) 的离解能 D Na ( g ) H 3
+ 1/2 Cl2 ( g ) H 2
第7章 化学键理论概述
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前面我们已经掌握了原子的结构。那么原子又 是以怎样的方式形成分子，形成分子以后分子的化 学键、空间构型与分子的基本性质有何关系？这就 是本章所要讨论的问题。因为只有了解了分子的结 构才能了解分子的基本性质。
本章研究问题的思路： ① 原子—原子之间的相互作用即化学键。 ② 原子—原子之间相对位置即分子的空间构型。 ③ 化学键、分子的空间构型与物质之间的物理
性质、化学性质之关系，即结构决定性质。
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不同的外在性质反映了不同的内部结构 各自内部的结合力不同
Pauling L在《The Nature of The Chemical Bond》中
提出了用得最广泛的化学键定义：如果两个原子（或原
子团）之间的作用力强的得以形成足够稳定的、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
学数据出发，计算晶格能。具体如下：
Na ( s ) + 1/2 Cl2 ( g )
H 6
NaCl ( s )
H 1 Na ( g )
H 3
H 2 Cl ( g )
H 4
H 5
Na + ( g ) +
Cl－ ( g )
H 1 = S = 108.8 kJ·mol－1 ， Na ( s ) 的升华热 S ；
r < r0 ，当 r 减小时，V 急剧上升。 0
因为 Na+ 和 Cl－ 彼此再接近时，电子云 Vr0
之间的斥力急剧增加，导致势能骤然上升。
r0
r
因此，离子相互吸引，保持一定距离时，体系最稳定。这就
意味着形成了离子键。 r0 和键长有关，而 Vr0 和键能有关。
2. 离子键的形成条件
(1) 元素的电负性差比较大 X > 1.7，发生电子转移，形成离子键； X < 1.7，不发生电子转移，形成共价键。
Na － e —— Na+ ，
Cl + e —— Cl －
相应的电子构型变化：
2s 2 2p 6 3s 1 —— 2s 2 2p 6 ， 3s 2 3p 5 —— 3s 2 3p 6
形成 Ne 和 Ar 的稀有气体原子的结构，形成稳定离子。
第二步 靠静电吸引， 形编成辑课化件学键 。
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体系的势能与核间距之间的关系如图所示：
体原子时，所吸收的能量，用 Ei 表示。 NaCl ( g ) = Na ( g ) + Cl ( g ) 键能 Ei 越大，表示离子键越强。
H = Ei
晶格能 气态的正负离子，结合成 1 mol NaCl 晶体时，放
出的能量，用 U 表示。
Na + ( g ) + Cl－ ( g ) = NaCl ( s )
③由一方原子提供电子对构成的化学键，称配位键。
3. 金属键：由金属原子、离子、自由电子构成的多中
心共轭（离域）系统。
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第七章 化学键与分子结构 §1 离子键理论
1916 年德国科学家 Kossel ( 科塞尔 ) 提出离子键理论。
1-1 离子键的形成
1. 形成过程 以 NaCl 为例 。
第一步 电子转移形成离子：
键。简单地说，化学键是指分子内部原子之间的强相互
作用力。
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已明确了的化学键类型
1. 电价键：由正负离子构成。
包括离子键；电价配键；离子配键；离子偶极配键。
2. 共价键：由共用电子对构成。
①双原子共价键：极性键；非极性键；电子对键（单、
双、叁键）；共价配键；三电子键（如O2）； 单电子键（如H2+）。 ②多原子共价键：共轭（离域）π 键；多中心键。
q1 ，q2 分别为正负离子所带电量 ， r 为正负离子的核间距离。
2. 离子键无方向性和饱和性
与任何方向的电性不同的离子相吸引，所以无方向性；
且只要是正负离子之间，则彼此吸引，即无饱和性。
学习了共价键以后，会加深对这个问题的理解。
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1.3 离子键的强度
1. 键能和晶格能
键能 （ 以 NaCl 为例 ） 1 mol 气态 NaCl 分子，离解成气
H = －U
晶格能 U 越大，则形成离子键得到离子晶体时放出的能量
越多，离子键越强。
键能和晶格能，均能表示离子键的强度，而且大小关系一致。
晶格能比较常用。
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2. 玻恩 －哈伯循环 ( Born － Haber Circulation )
Born 和 Haber 设计了一个热力学循环过程，从已知的热力
但离子键和共价键之间，并非可以截然区分的。可将离子键
视为极性共价键的一个极端，而编辑另课件一极端则为非极性共价键。7
非极性共价键
极性增大 极性共价键
离子键
化合物中不存在百分之百的离子键，即使是 NaF 的化学键， 其中也有共价键的成分。即除离子间靠静电相互吸引外，尚有共 用电子对的作用。
X > 1.7 ，实际上是指离子键的成分大于 50 %。
CCl 4 、SiF4 等，均为共价化合物 。 (3)形成离子键时释放能量多
1 Na ( s ) + 1/2 Cl 2 ( g ) = NaCl ( s ) H = －410.9 kJ·mol－
在形成离子键时，以放热的形式，释放较多的能量。 1-2离子键的特征
1. 作用力的实质是静电引力
F
q1 q2 r2
(2) 易形成稳定离子 Na + 2s 2 2p 6，Cl－ 3s 2 3p 6 ，达到稀有气体式稳定结构。 Ag + 4d10 ， Zn 2 + 3d10 ， d 轨道全充满的稳定结构。 只转移少数的电子，就达到稳定结构。 而 C 和 Si 原子的电子结构为 s 2 p 2 ，要失去或得到 4 e，才 能形成稳定离子，比较困难。所编辑以课件一般不形成离子键。如 8