第七章 分子的结构和性质

CHARPTER7 Molecular Structure and Properties

第七章 分子的结构和性质

7.1. 分子结构的描述键参数 bond parameters

分子的键参数A. 分子的几何构型: 键角, 键长。

B. 分子中键的强度: 键能或键焓。C. 分子中键的极性: 偶极矩。

键焓 Bond enthalpy定义：100kPa, 298.5K, 标准状态下, 断开1mol气态 AB分子为气态A、B原子的焓变, 称为AB键的键焓。 AB(g) → A(g) + B(g) b H m ( AB)

实例：H H键的键焓。

D( H H ) b H ( H 2 ) 436 kJ mol

m

1

实验测得某些化学键的键焓, 由热力学定律可求出其 它键的键焓。

表：常见双原子分子的键焓值。分子 Li2 Na2 K2 键焓 105 71.1 50.2 分子 LiH NaH KH 键焓 243 197 180 分子 F2 Cl2 Br2 键焓 155 247 193 分子 HF HCl HBr 键焓 565 431 366

Rb2Cs2

40.043.5

RbHCsH CO

163176 1071

I2N2 H2

151946 435

HIO2 NO

299493 628

键长 Bond length键长：

两个原子核间的平衡间距。 键越短, 键越强, 键能越大。

实验测定: 光谱、X射线衍射、电子衍射、微波。 理论计算: 量子化学从头算, 或密度泛函方法计算。

振动 A R1 B A R2 B

A R0

B

平衡核间距

表: 键长和键能的关系BondsC-C C=C

键能(kJ mol-1)346 610

键长(pm)154 134

C≡CN-N N=N N≡N

835163 409 946

120146 125 110

键角 Bond angle键角: 分子的两个相邻键的交角。 原子的价层电子组态对几何结构起决定性作用。 分子中原子的电负性对键角有较大的影响。

H

132.9 pm

H

H

119.2 pm BH

96.5°

121.8° B H

H乙硼烷分子的几何结构

区别两种H B H键需要键长和键角数据说明。

键的极性 Polarization of bond 键的极性：

形成键的原子的正负电荷中心不重合。 键的极性分为极性和非极性：当形成键的原子的正

负电荷中心不重合, 为极性键。形成键的原子的正负电荷中心重合, 为非极性键。 极性的强弱用偶极矩度量。 A. 与电负性有关。 B. 与正负电荷中心的距离有关。 C. 与原子的带电量有关。δ+ A d B δ-

表：键的极性与电负性的关系 原子的电负性差异 1 2等同原子形成的分子, 正负电荷中心一定重 合。 电负性相差悬殊的原子形成的分子, 正负电 荷中心相距较远, 形成较大的极性。 电负性相差较小的原子形成的分子,正负电 荷中心相距较近, 形成较小的极性。

实例 N≡N H Cl

3

H I

键的偶极矩 Dipole Moment

偶极距: 大小相等符号相反的两个点电荷组成偶极子, 其

点电量与距离的乘积。 偶极距被用以衡量分子极性大小。 偶极距是一矢量, 其方向是由正极指向负极。

q

d

q

q d

实例：H Cl键的偶极距。

1电子的电量 — q=1.6×10-19 CHCl 的键长 — d=1.27×10-10 m

HCl的偶极距 —μ= q · = 20.3

×10-30 C· d m 实验值: 3.57×10-30 C· m

分子的极性 Molecular Polarization 一个分子有若干个键, 每个键的偶极距用一矢量表示, 所有键的偶极距之和服从矢量的加和规则。 实例：H2O的偶极距。 O-H的偶极距实验值: 5.039×10-30 C· m

H-O-H的交角为: 104.5H2O的偶极距:

104 .5 30 H 2O 2 5.039 10 cos 2 6.17 10 30 C m

7.2 离子键 ionic bond 1916, W. Kossel 提出离子键理论, 原子通过得到或 失去电子成为惰性气体元素原子的电子结构, 形成 离子键。

Na Na e Cl e Cl 离子键：

周期表左側元素, 失电子, 正离子。 周期表右側元素, 得电子, 负离子。

由正负离子的静电引力作用形成的化学键。

离子键是一种极端的化学键。

Walther Kossel ( 1888—1956):Germany chemist, 1916年, 德国柏林 丹尼格(Danig)高等技术大学教授, 用核电荷数作为原子序数重新制作 了元素周期表, 并提出原子壳层结构

理论，得到了化学界的一致赞同。之后提出了8电子稳定结构的成键理 论, 即离子键的理论。Walther Kossel

离子键通常是很多离子之 间的作用力, 表现在离子晶 体中。 离子半径：

正离子的半径小, 负离子 的半径大。 离子键的键长近似等于正 负离子半径之和。 离子键键长由晶体结构测 定得到。

表：正负离子半径值的比较ions radiiIons radii ions radii

K+ 133Co2+ 72 O2132

Ca2+ 99Ni2+ 69 S2184

Sc3+ 73.2Cu2+ 72 Se2191

Ti4+ 68Zn2+ 74 F¯ 133

Cr3+ 63Ga3+ 62 Cl¯ 181

Mn2+ 80Ge2+ 73 Br¯ 196

Fe2+ 74As3+ 58 I¯ 220

A. 正离子的电荷高, 核外电子受核的吸引强, 离子半径小。 B. 负离子的电荷高, 核外电子受核的吸引弱, 离子半径大。

Fe2+ 74pm S2- 184pm

Fe3+ 64pm Cl- 181pm

离子键的强度—点阵能Z Z e2 A. 正负离子的静电引力: F r2 Z Z e2 Coulomb 能量: EC Fdr 正负离子距离较远 rB. 电子间的短程排斥力:

ER br mC. 吸引力和排斥力达到平衡时.

正负离子靠近到一定距离

一对正负离子的总能量: U EC ER

Z Z e b U EC ER m r rZ Z e2 b U m 1 0 2 r r r r re

2

点阵能

求极值

Z Z e 2 r m 1 b m

求出b

Z Z e 2 AN A 1 U 1 4 0 re m

求出点阵能

A — Madelung常数。 m — Born指数, 与离子的电子壳层有关。

ε0 — 介电常数。

点阵能: 1mol离子化合物的气态正离子和气态负离 子生成1mol离子晶体放出的 …… 此处隐藏：876字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……