一、化学基本概念和基础理论(2)

2020-02-20 23:20

离子键

阴阳离子间通过静电作用所形成的化学键。例如NaCl晶体是由阳离子Na与阴离子Cl通过静电作用相互吸引,当离子间的吸引力与排斥力达成平衡时,则形成稳定的离子键。离子的电荷是球形对称分布的,它可以从不同的方向同时吸引多个异性离子,例如NaCl晶体中,每个Na同时吸引6个Cl,每个Cl也同时吸引16个Na;在CsCl晶体中, 每个Cs同时吸引8个Cl,每个Cl也同时吸引8个Cs。离子键没有方向性、没有饱和性,一个离子周围容纳的异性离子数及其配置方式决定于离子间的静电引力。

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--+

活泼金属如钾、钠、钙等跟活泼非金属如氯、溴、氧等化合时,形成典型的离子键。由离子键形成的化合物叫做离子化合物。离子化合物中,离子的电荷越大,半径越小,离子键越强,其熔沸点就越高。例如MgO的熔点比NaCl高:MgO的熔点为2852℃,NaCl的熔点为801℃。

共价键

原子间通过共用电子对(即电子云的重叠)所形成的化学键。例如H分子,两个氢原子的1s电子配对共用,使每个氢原子具有氦原子的稳定结构;又如HCl分子,H原子和Cl原子各提供一个未成对电子,共用的一对电子把两个原子核吸引在一起,形成稳定的HCl分子。共价键形成的本质是电子云的重叠,例如HCl分子形成时,H原子的1s电子云与氯原子的未成对电子占据的3p电子云重叠,两核间的电子云密度增大,形成HCl分子。电子云重叠越多,分子越稳定。根据价键理论,两个原子的未成对电子,只有自旋相反,才能配对形成一个共价

2

键。共价键具有饱和性,例如 分子,氢原子形成一个共价键,氧原子可形

成两个共价键;在N≡N分子中,两个N原子以共价叁键相结合。共价键也具有方向性,s电子云无方向,p电子云和d电子云均有方向性,p和d电子参加成键时,一定要沿着电子云伸展的方向进行重叠,才能形成稳定的分子。共价键的方向性和饱和性使分子具有一定的空间构型。非金属原子间化合形成共价键,若成键两原子相同,形成非极性共价键;若成健两原子不同,则形成极性共价键。

键 长

分子中两个成键原子核间的平均距离。例如H—H键长为0.74×10米、Cl-Cl键长为1.988×10米。一般两原子间的键长越短,键越牢固,分子越稳定。对同族元素的单质或同类化合物的双原子分子,其键长随原子序数递增而增大,例如:

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-10

F—F Cl-Cl Br—Br I—I 键长(10米) 1.418 1.988 2.284 2.666

-10

H—F H-Cl H—Br H-I 键长(10米) 0.918 1.274 1.408 1.608

-10

碳原子间可形成单键、双键、叁键、键数越多,键长越短,例如: C-C单健C=C双键 C≡C叁键

键长(10米) 1.54 1.34 1.20

-10

键 角

分子中键和键之间的夹角。例如HO分子中两个H-O键的夹角为104.5°,CO分子中两个C=O键间的夹角为180°。键长和键角决定分子的空间构型。HO和CO同是三原子分子,但HO分子是V形而CO分子是直线形。NH分子中三个 N-H键的键长相等,两个 N—H键之间的夹角为 107°18′,NH分子呈三角锥形。又如CH分子,四个C—H键的键长相等,C—H键之间的夹角均为109°28′,CH分子是正四面体形。周期表中,同族非金属元素的氢化物或卤化物,组成相似,分子结构相同,例如第Ⅳ族元素形成的CH、CCl、SiH、SiF等,它们的分子均是正四面体结构。又如氧族的氢化物HO、HS、HSe等,它们的分子均是V形结构。

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3

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4

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A

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4

4

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2

2

键能形成一摩尔共价键放出的能量或拆开一摩尔共价键成为原子需要吸收的能量。键能的单位是千焦/摩。例如H—H键的键能为436千焦/摩,表示形成一摩尔H—H键放出的能量或拆开—摩尔H-H键需要吸收的能量均为436千焦/摩。键能又称解离能。键能的大小标志着共价键的强弱,键能越大,键越牢固,该分子越稳定。例如Cl和I的键能分别为239.74千焦/摩、148.95千焦/摩。对于分子,Cl2比I2稳定,对于原子,Cl比I活泼。若用Q表示反应热,E表示键能,则任何一个化学反应的反应热与键能的关系是:

2

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Q=∑E

生成物

-∑E

反应物

键的极性

两个原子形成共价键时,由于原子吸引电子的能力不同,共用电子对偏向原子的一方,吸引电子能力强的原子带部分负电荷,吸引电子能力弱的原子带部分正电荷,共价键有了极性,称为极性共价键,简称极性键。共价键的极性与两成键原子吸引电子的能力(即电负性)的差值有关。同种元素的原子成键时,两原子

吸引电子的能力相同,电子对无偏向,形成非极性共价键;不同种元素的原子成键时,共用电子对偏向吸引电子能力强的原子,形成极性共价键。两原子吸引电子能力的差值越大,键的极性越强,当这种差值大到一定程度时,电子从一个原子转移到另一个原子,共价键转变成离子键。例如:

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