夜光负离子手表电子表-黄文武 欢迎您,后即可免费发布手表产品信息！ 产品类别：手表品牌：JZD货号：F-601 机芯：电子表带材质：硅胶表盘形状：方形 防水：可以适用性别：通用适用人群：成人 显示类型：数字特殊功能：日历、夜光风格：休闲 产地：浙江箱装数量：2000PCS适用送礼场合：广告促销、商务馈赠、节日、生日 加印LOGO：不可以加工定制：否颜色：黄色、绿色、蓝色、白色、粉红
[夜光负离子硅胶电子表5色] 硅胶本身不发光,加了夜光粉后具有磷光特性,在阳光或灯光照射后得到激发,在黑暗的地方将持续发一定时间的光。百度百科：负离子的作用负离子的保健作用原理　　负离子具有保健作用。在不同地区，空气中存在的负离子数目相当大，有人测定过，按每立方厘米空气中所含负离子的个数计算，在农村有1000个左右，海滨有4000个，喷泉、瀑布附近则可达5000以上。由于这些地方空气中负离子的含量较高，所以使人感到精力充沛。可是在一些人口稠密的大城市，由于空气污染比较严重，负离子浓度就比较低。　　也有环境部门进行过检测，在城市中，每立方厘米含有的负离子在室外也有几百个，室内就更少了，不超过1000个!特别是在电视机和计算机旁边几乎没有什么负离子，长期在这种环境中学习和工作，往往比较疲劳，不利于健康.　　负离子为何具有保健作用 ？医学专家通过研究认为有以下三个方面的原因。　　首先，在生物体内，每一个细胞都像一个微型电池，它的膜内外有50~90毫伏的电位差。正是依靠这些&电池&的不断充电放电作用。机体神经系统才能把视觉、听觉等信号输送到大脑，或将大脑的指令传送到身体的各个器官。机体组织的电活动需要通过负离子的不断补充来维。一旦生物体得不到负离子的补充就会影响正常的生理活动，产生胸闷、头昏，甚至患病。　　其次，由于攻击人体锡膏的病毒通常都带有负电荷，因此如果人体细胞也带上负电荷，就会由于同性相斥的作用。使病毒失去对活细胞的攻击能力。　　最后负离子还能通过呼吸进入肺部，并通过人体各组织直接刺激，以及神经反射和体液的相互做用，对人体产生中和的生理保健作用。负离子对人体的作用主要有以下几方面：　　1．呼吸系统：负离子能促进鼻腔粘膜柱状上皮细胞形成，使支气管粘膜的纤毛运动加速，促进水肿消退，改善肺泡的换气功能，提高血氧饱和度。临床结果表明，吸入具有治疗浓度的负离子30分钟后，肺吸收氧气增加20%，排出二氧化碳增加14.5%，缓解支气管平滑肌痉挛，促使哮喘患者等的肺功能及肺泡分泌功能恢复正常。　　2．神经系统：负离子能穿透血脑屏障进入脑脊液，调节大脑皮层功能使兴奋和抑郁过程于平衡。通过调解人体脑垂体的内啡肽和干扰素的水平，起到镇静、镇痛作用。可以减轻血液中血管紧张，调节交感神经和副交感神经系统功能间的平衡。　　3．心血管系统：负离子通过神经反射和体液作用，扩张冠状动脉增加冠状动脉血流量，改善心肌的功能，调整心率使血管反应和血流速度恢复正常，缓解心绞痛恢复正常血压。　　4．消化系统；负离子调节胃肠蠕动，促进消化和吸收，对结肠炎、痢疾及习惯性便秘有较好的治疗效果。　　5．内分泌系统：能通过血液循环，改善内分泌功能，如提高性腺功能和改善甲状腺功能等。　　6．代谢系统：促进机体氧化还原过程，能激活体内酶系统，促进体内合成和储存维生素、促进机体新陈代谢，降低血中乳酸含量消除疲劳，提高工作效率。　　7．免疫系统：提高机体细胞免疫和体液免疫，增强机体抗菌能力。　　8．血液系统：负离子能进入血液直接影响血液中带电离子的组成和分布，促使红细胞、网织红细胞、血红蛋白、血钙的增加，降低血糖、血脂和血液粘稠度。　　9．运动系统：负离子可以加强骨压电极化现象，促使有用的骨增殖，无用的骨溶解消失，对骨进行生理需要的正常改造，使病理性骨力线得以恢复，并增加骨细胞代谢功能，对颈椎病、腰间盘突出、类风湿关节炎风湿关节炎有明显治疗作用。　　10．皮肤及五官科疾病：负离子对皮肤神经末梢感受器有良好作用，继而使皮下组织的酸碱度向碱性方面转化。负离子在改善空气环境方面的作用如下：　　目前空气负离子已被当作评价环境和空气质量的一个重要标准。当人们漫步在海边、瀑布和森林时，会感到呼吸舒畅，心旷神怡，其中一个最重要的原因使空气中含有丰富的负离子。而空气环境变差主要是由于空气中正、负离子浓度比失衡，空气中含有有害气体和烟雾、灰尘、病毒、细菌等。而空气负离子一方面可以调节正、负离子浓度比，另一方面又可起到净化空气的作用，负离子能使空气中微米级肉眼看不见的漂尘，通过正负离子吸引、碰撞形成分子团下沉落地，且负离子能使细菌蛋白质两级性颠倒，而使细菌生存能力下降或致死。负离子净化空气的特点为灭活速度快，灭活率高，对空气、物品表面的微生物、细菌、病毒均有灭活作用。说明：负离子硅胶电子表弹性设计，适合于任何手腕佩戴，环保材料负离子[个/立方厘米]，远红外线[超过90%]高质量硅胶材质对皮肤无伤害配高清晰度白屏机芯。100PP标配石英晶振体。设置时间和日期腕表可以显示月份、日期、小时和分钟1.按A键两次[按一次可显示日期和时间]2.当月份显示时，按M键可设置月份3.再按A键一次，日期显示并按M键可调节日期4.再按A键一次，小时显示并按M键可调节小时5.再按A键一次，分钟显示并按M键可调节分钟调时间 最好选圆珠笔芯做为调试工具 如果没有笔芯 可以用牙签掰断用打火机烤下即可调时间
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本页链接：http://www./products/show/79126/ 已经有935位访客查看了本页定。我们讨论分子结构主要讨论两 个问题， 原子为什么会结合成为分子？原子怎样结合成为分子？第一个问题就涉 及到化学键的本质问题， 第二个问题则关系到分子的几何构型和空间构象等，这 些都是我们这一章要学习的内容。 3．来看一下本章要学习的大体内容。首先是了解化学键的知识，原子之间 存在着强烈相吸的相互作用，形成了化学键。由于原子键作用力的不同，化学键 大致分类为离子键，金属键，共价键和配位键，我们这一章主要是介绍最常见的 离子键和共价键，而共价键的知识结构体系比较复杂，主要包括价键理论，价层 电子对互斥理论和分子轨道理论三大部分。只要将这三大部分融汇贯通，就可以 解释共价键的本质以及分子的空间构象问题。 4．再简单介绍一下晶体的情况。晶体是固体的一种，它是由原子或分子在 空间按一定规律周期地重复排列构成的物质。固体除了晶体之外还有非晶体，非 晶体又称为无定型态物质， 它和晶体的区别主要有三点： 晶体有规则的几何外形， 非晶体没有一定的外形；晶体具有固定的熔点，而非晶体没有固定熔点；晶体显 各项异性， 非晶体显各向同性。各向异性的意思就是晶体在不同方向上的弹性膜 量、硬度、热膨胀系数、导热性、电阻率、电位移矢量、电极化强度、磁化率和 折射率等都是不同的。 根据组成晶体的质点种类和质点间作用力的不同，晶体可 以分为四大基本类型：离子晶体，原子晶体，分子晶体和金属晶体。 5．在晶体内部组成晶体的质点（离子、 原子、 分子等）是有规律地、 周 期性的排列在空间的一定点上， 这些点重复出现的空间构型称为晶格（或点阵） 。 图中可以看出， 晶格不是在简单的直线点阵或者平面点阵中取点，而是出现在三 维空间点阵中。 这个三维的空间格子几何图形就可以代表某种晶体的晶格。晶体1内部沿晶格的不同方向，质点排列的周期性和疏密程度不尽相同，由此导致晶体 在不同方向的物理化学特性也不同，这就造成了晶体的各向异性。 在晶格中含有晶体结构的最小重复单位称为晶胞，记住是最小的重复单位。 无数的晶胞在空间中重复组合就构成了晶格。还是以上面这个图为例，假设这个 大的六面体是一个晶格， 而每个小六面体可能就代表一个晶胞，无数个晶胞就组 合成了这个晶格。 了解了化学键和晶体的大概知识以后，我们就开始学习关于化 学键和晶体结构的具体知识。 6．第一部分我们讲离子键和离子晶体。1916 年，德国化学家葛素提出了离 子键理论，他认为当电离能较小的金属原子（比如碱金属） （板书：因为上一章 学习电离能时讲过，同一周期的元素电子层数一样，但是从左向右原子半径减 小，因此原子核对最外层电子吸引力增加，所以大体上看第一电离能从左向右 是增加的，而同一主族的元素从上到下由于原子半径增加，因此原子核对最外 层电子吸引力减小，大体上第一电离能是从上到下减小，这样一来，地一主族 的碱金属基本上就是第一电离能最小的元素了。 ）和电子亲和能较大的非金属原 子（如卤素和氧族原子） （这是根据上一章的定义，一般电离能高的元素电子亲 和能也较高，因此位于每个周期末端的氧族和卤素原子电子亲和能较大）靠近 时，前者容易失去外层电子成正离子，后者容易获得电子成负离子，这样正负离 子便都具有类似稀有气体原子的稳定结构。 它们之间依靠静电引力结合在一起生 成离子化合物，这种正负离子之间的静电吸引力就叫做离子键。 7．以氯化钾为例来看一下离子键的形成过程。钾原子的核外电子分布是这 样的，从这个结构式可以看出它容易失去 4s1 这个电子而变成 3s23p6 的钾离子 稳定结构， 而从氯原子的核外电子排布式 3p5 可以看出它容易得到一个电子变成 3s23p6 的氯离子稳定结构。钾离子和氯离子结合生成氯化钾离子化合物，它们 之间的化学键就是离子键。 注意， 形成离子键的条件是形成键的两个原子电负性相差较大，一般要求二 者电负性差值在 1.7 以上。 电负性也是上一章的知识，金属离子的电负性都比较 小，而卤素和氧族元素的电负性比较大。 离子键有以下几个的特点。一，离子键的本质是静电引力，引力大小可以用 f 来表示，它与正负离子的电荷乘积成正比，比正负离子间的距离平方成反比，2因此有这个关系式。二，由于离子键本质是静电引力，因此它没有方向性也没有 饱和性。 因为带电离子的电荷分布是球形对称，所以它在球体任何方向都可以和 带相反电荷的离子发生吸引作用，而且只要空间允许，它可以和尽可能多的带相 反电荷的离子相互吸引， 也就是说每个离子周围吸引的相反电荷离子数目主要取 决于两种离子的大小， 而与二者多带电荷的多少没有直接关系。这就说明了离子 键没有方向性和饱和性。三，离子键是强极性键，成键元素的电负性差值越大， 离子键的极性也就越强。极性的意思就是化学键中电荷分布不均匀。这里注意一 点，上一章讲过，元素的氧化态越高，电负性越强， （板书：举个例子，正三价 的铁离子电负性就强于正二价的亚铁离子，因为正三价铁离子氧化态高。再看 它们各自形成的离子化合物，比如氯化铁和氯化亚铁，由于卤素电负性远大于 金属，因此这种离子键的极性就通过氯离子的电负性减去铁离子的电负性来判 断，由于正三价铁电负性大于正二价亚铁，因此氯离子和正三价铁的电负性差 值就小于氯离子和正二家亚铁的电负性差值，所以氯化铁的极性小于氯化亚 铁。 ）这个规律可以推广，判断两种离子键的极性，如果负离子一样，正离子是 氧化态不同的同种元素， 那么氧化态高的形成的离子键极性小于氧化态低的形成 的离子键。 8．了解了离子化合物的形成和离子键的本质以后，再来看一下它们的性质。 离子化合物的性质与离子键强度有关，而离子键的强度又和正负离子的性质有 关，因此离子的性质在很大程度上决定了离子化合物的性质。离子有三大性质， 分别是离子的电荷，离子的电子层构型和离子半径。先讲离子的电荷，这个比较 简单，正离子的电荷就是相应原子失去的电子数，比如钠离子电荷数就是 1；负 离子电荷是相应原子得到的电子数。离子的电子层结构，一般来说，离子的电子 层结构都是稳定构型，分为以下几种类型：2 电子构型: Li+(1s2)，8 电子构型: Na+(1s22s22p6) ， 18 电 子 构 型 :Cu+(3s23p63d10) ， 18+2 pb+(5s25p65d106s2)，9~17 电子构型: 或者半满的稳定构型。 9．最后来看离子半径。由于原子核外电子运动没有确定轨道，是无规运动， 因此原子半径和离子半径无法严格确定。我们所谓的离子半径，其实是假定正负 离子是相互接触的两个球体，如图，那么两个原子核间的距离也就是核间距 d 电 子 构 型 :Fe3+(3s23p63d5）可以看出都是全满3等于正负离子半径之和 r1+r2，而核间距 d 可以用 x 射线衍射法测出，这样就确 定了正负离子的半径之和， 但是这样还是无法确定单一正离子或者负离子。到了 1926 年，戈尔德施米特用光学法测得了 F-离子半径 r(F-)=133pm 和 O2-离子半 径 r(O2-)=132pm，单位是皮米，等于 10 的负十二次方米。以这个为基础，再加 上 x 射线衍射法测出的核间距也就是正负离子半径之和， 代入公式 d=r1+r2 就可 以求出一些与氟离子或者氧离子生成离子化合物的正离子的半径， 比如钠离子和 镁离子， 通过这些正离子半径， 又可以求出一些与这些正离子生成离子化合物的 负离子的半径，这样不断的推进，最终确定了 80 多种离子的半径，我们称为戈 尔德施米特离子半径。 在元素周期表中， 元素的离子半径变化大概有如下规律。 在同一主族中， 一。 由于从上到下电子层数增加， 而离子电荷数一样，因此从上到下离子半径依次增 加。例如碱金属族。。 。。二。在同一周期中的主族元素，电子层数一样，从左到 右正离子电荷数增加，就相当于失去电子增多，因此从左到右离子半径减小，例 如第二周期的主族元素正离子半径从左到右减小。。三。如果同一种元素能形成 。 几种不同电荷的正离子， 那么氧化数大的离子半径小于氧化数小的离子半径，因 为氧化数大意味失去的电子多。 例如正四价的钛离子半径就小于正三价的钛离子 半径。 负离子的半径较大， 130～250pm ， 四。 约 正离子半径较小， 10～170pm。 约 单位是教材 104 页的表 6-1 中有常见元素的离子半径。 10．晶体分为四大类，其中一类是由正负离子通过离子键结合而形成的，这 就是离子晶体。由于正负离子的静电作用比较强，所以离子晶体具有较高的熔沸 点和硬度。有一点需要注意，离子晶体中不存在单个的分子，整个晶体是一个大 分子， 离子化合物的化学式比如氯化钠只表示晶体的最简式。下面来看几种最简 单的 ab 型离子晶体的结构。氯化铯属于简单的立方体心晶格，它的晶胞结构如 图，注意以下，书上的图是错误的，应该是铯离子在立方体心位置，氯离子占据 立方体八个顶点，因为负离子体积较大，因此氯离子做简单立方堆积，就像图上 这样每一层四个，一层一层的堆积，然后铯离子就占据中间的空隙。可以明显看 出， 每个铯离子被八个氯离子包围，然后因为每个氯离子占据的顶点被八个晶胞 共用， 因此每个氯离子也被八个铯离子包围。每个离子周围包围的异号离子数成 为该离子的配位数， 因此铯离子和氯离子的配位数都是八，二者的配位比就是八4比八。除了氯化铯之外，溴化铯和碘化铯等也属于立方体心晶格。 11．同样是碱金属离子和卤素离子形成的离子晶体，氯化钠则是属于立方面 心晶格。书上的图也不正确，它的晶胞结构应该是，氯离子按面心立方密堆积排 布， 占据立方体的八个顶点和六个面的面心，钠离子则占据了立方体十二条边的 中点和立方体的体心。 以占据体心的钠离子为例可以明显看出，它被六个氯离子 包围（板书：三维图上下左右前后） ；再以占据一个面心的氯离子为例，可以看 出它被上下前后右以及左边一个晶胞中的一个钠离子一共六个氯离子包围， 因此 钠离子和氯离子的配位数都是六，二者的配位比就是六比六。除了氯化钠之外， 氯化钾，氧化钙，氟化锂和氟化铯等也属于立方面心晶格。 12．硫化锌也是属于立方面心晶格，但是其中离子的分布更加复杂。这是硫 化锌的晶胞图，可以看出，硫离子和前面讲的氯离子一样，按面心立方密堆积排 布，占据立方体的八个顶点和六个面的面心，锌离子排布规则比较复杂，我们不 作要求，这里就不细讲了。每个锌离子被四个硫离子包围，图中已经画出；而对 于琉离子来说，以占据面心的硫离子为例，在晶胞中于两个锌离子相邻，又因为 一个面心被两个晶胞共用， 因此每个硫离子被四个锌离子包围，那么硫离子和锌 离子的配位数都是四，二者的配位比就是四比四。除了硫化锌以外，氧化锌，硫 化汞等离子晶体也是这种类型。 13．前面讲了共价键的知识结构体系主要包括价键理论，价层电子对互斥理 论和分子轨道理论三大部分，简单介绍一下这三大理论的发展过程。离子键理论 很好的解释了离子化合物的说明和离子键的本质， 但是它却不能用来说明同种原 子组成的非金属单质分子， （板书：例如氢气分子，氧气分子） ；以及电负性相差 很小的不同非金属分子（板书：例如氯化氢分子）或者晶体（板书：例如二氧化 硅） ，因此这些原子电负性相差很小，不可能形成正负离子并以离子键结合。为 了解释这类分子形成的原因， 1916 年， 路易斯提出共价键理论。 他认为 H2， O2， HCl 等分子中的两个原子间是以共用电子对吸引两原子核，原子共用电子对以 后， 每个原子就具有了和稀有气体类似的稳定的电子结构。这种分子通过共用电 子对结合而成的化学键称为共价键。 但是为什么共用电子对可以使两个原子结合 在一起呢？到了 1927 年，海特勒（Heitler）和伦敦（Londen）首次成功地根据 量子力学的基本原理， 采用了形象的“电子配对”成键概念，从理论角度解释了5H2 的结构。斯莱脱（Slater）和保里（Pauling）将这个概念推广到其他双原子 分子中， 特别是由于后来原子杂化轨道概念的引入， 奠定了现代价键理论的基础。 1928 年，由慕利肯和洪特等人在分子光谱的实验基础上逐步发展了分子轨道理 论。 14．我们先学习第一个理论体系，现代价键理论。以氢分子为例来说明共价 键的形成过程和它的本质。右边的图是使用量子力学处理氢原子形成氢分子时， 得到的氢分子能量 e 与核间距 r 的关系图，实线是理论曲线，虚线是实验曲线。 氢原子核外电子数为一，轨道没有填满，因此叫做未成对电子，如果两个氢原子 的未成对电子自旋方向相反， 那系统的能量变化曲线就是图中的绿色曲线，当两 个原子相互靠近时， 核间距 r 减小，两个氢原子的核外电子不仅受到自身原子核 的吸引，还受到另一个原子核的吸引，整个系统能量降低。但是由于两个原子核 之间存在斥力，随着两原子靠近，核间距减小，斥力也随之增大，当核间距等于 r0 的时候，就是图中曲线的最低点，原子核的吸引力和排斥力达到平衡，系统 的能量最低， 此时两个氢原子就形成了稳定的化学键，这种状态称为氢分子的基 态，此时的能量就是两个氢原子之间共价键的键能，而此时的核间距 r0 就是共 价键的键长。 如果两个氢原子自旋方向相同， 那系统能量变化曲线就是红色曲线， 两个原子靠近时， 会产生排斥作用， 而且排斥力会随着核间距的减小而不断升高， 因此它们之间不能形成稳定的化学键。做了以上的解释，我们就可以给共价键下 一个定义， 共价键的形成是由于原子相互靠近时，两个自旋相反的未成对电子的 相应原子轨道相互重叠， 电子云密集在两原子核之间使系统能量降低，因而形成 稳定的共价键。 15．我们刚才学习了海特勒（Heitler）和伦敦（Londen）根据量子力学的 基本原理从理论角度解释氢分子的结构， 而价键理论实际上就是把这种利用量子 力学来解释氢分子形成的方法推广到其他的分子， 因为共价键的核心内容是未成 对电子配对，因此价键理论又称为电子配对理论。价键理论有三大要点。第一是 形成共价键的原子必须有自旋相反的未成对电子。 （板书：如果是两个原子各有 一个自旋相反的未成对电子，那么这两个电子可以相互配对形成稳定共价键， 这对电子是两原子的共用电子对，例如刚才讲的氢分子。如果是两个原子各有 两个或者三个自旋相反的未成对电子，那么这些电子可以两两配对形成稳定的6共价双键或这三键，例如两个碳原子，核外电子排布 2s22p2，各有两个未成对 p 轨道电子，它们两两配对可生成稳定的碳碳双键。还有一种情况是一个原子只 有一个未成对电子，另一个原子则不只一个，例如氢原子和氧原子，核外电子 排布 2s22px22py12pz1 那么氧原子中的两个未成对电子就分别与两个氢原子中 自旋相反的未成对电子形成两根氢氧共价键。， ） 如果两个原子中的未成对电子自 旋方向相同，那就像刚才讲的，体系能量随着原子接近不断升高，不能形成稳定 的化学键。如果两个原子中没有未成对电子，那么它们也不能形成共价键。好这 是价键理论第一个要点， 要形成共价键，两个原子必须要有自旋相反的未成对电 子。第二个要点，共价键具有饱和性。共价键具有饱和性的意思就是说如果原子 中的一个未成对电子和另一个原子中的未成对电子已经配对形成共价键， 那个这 两个电子就不能再与其它未成对电子配对成键了。 例如氢原子和氯原子都只有一 个未成对电子， 当这两个未成对电子配对形成共价键以后，氢原子和氯原子都不 能再与其它原子结合成键了。 最后一个要点是共价键具有方向性。要了解这个要 点，我们首先要了解原子轨道重叠的三大原则。 16．我们在前面讲过，共价键的形成是依靠着成键原子的原子轨道重叠，而 原子轨道要相互重叠成键的话，必须符合三大原则，一是能量相近原则。能量相 近原则的意思就是在对称性匹配也就是未成对电子自旋相反的原子轨道中， 只有 能量相近的原子轨道才能组合成有效的分子轨道，而且能量愈相近愈好，这称为 能量近似原则。这就是为什么要求形成共价键的两个原子电负性比较接近的缘 故。 第二个原则是对称性匹配原则。这里的对称性的意思就是重叠时要考虑原子 轨道的正负号，要想对称性匹配的话，正号只能与正号重叠，负号只能与负号重 叠，不能异号重叠。可以看一下右边这张图，图中 a 举的几个例子就是同号轨道 重叠，对称性匹配；看三个都是正正重叠，负负重叠。而 b 的例子就是异号重叠 造成对称性不匹配。三个都有正负轨道重叠的情况出现。第三个原则是最大重叠 原则， 这个原则是说原子轨道相互重叠时总是沿重叠最多的方向进行，使重叠的 地方尽量多，因为重叠越多，共价键就越牢固。 17．下面来看一个原子轨道重叠的例子。以氢原子的 s 轨道与氯原子的 p 轨道重叠为例，大家根据要符合三原则来判断下面哪种情况是正确的重叠方式。 A 和 c 情况下两个原子轨道重叠的地方显然多于 bd 情况，但是 c 情况时出现了7异号轨道重叠， 不符合对称性匹配原则，因此情况 a 应该是氢原子的 s 轨道与氯 原子的 p 轨道重叠的正确情况。 由于原子轨道重叠要满足以上三大原则， 这就造成原子轨道重叠会具有一定 的方向，比如这个例子中，原子轨道重叠方向就必须是沿 x 轴方向。因此共价键 也就具有方向性。 到此， 价键理论的三大特点： 原子具有自旋相反的未成对电子； 共价键具有饱和性和共价键具有方向性我们就介绍完了。 我们已经介绍过了共价键和离子键的特点，同学们不要看书，回忆一下二 者有什么不同的地方。 离子键要求两原子电负性相差大， 共价键要求两原子电负 性相差小； （为什么？因为一个是原子形成离子，静电引力作用，一个是原子轨 道重叠，要求轨道能量相近）离子间极性强，共价键可能非极性，可能有极性； （为什么？因为离子键要求原子电负性相差大，共价键要求原子电负性相差小） 离子键无方向性，饱和性，共价键有方向性，饱和性。 （为什么：键的本质不同， 离子键中带电离子的电荷分布是球形对称， 所以它在球体任何方向都可以和带相 反电荷的离子发生吸引作用， 而且只要空间允许，它可以和尽可能多的带相反电 荷的离子相互吸引。 而形成共价键的条件是原子中的未成对电子必须和另一个原 子中的未成对电子形成共用电子对，配对以后，这两个电子都不能再与其它电子 配对， 因此共价键具有饱和性。具有方向性是因为电子配以后两个原子轨道相互 重叠， 必须要满三大原则， 其中的对称性匹配原则和最大重叠原则使得共价键具 有方向性。 ? 18．前面介绍共价键具有方向性时提到了原子轨道的重叠，专门介绍了原子轨道重叠的三大原则， 其中对称性匹配原则和最大重叠原则造成原子轨道的重 叠具有一定方向和不同的重叠方式， 而不同的重叠方式可以形成不同种类的共价 键，我们称之为共价键的键型。下面介绍两种最常见的键型，分别叫西格玛键和 派键。原子轨道沿键的方向，以头碰头的方式发生重叠，原子轨道只需要在一种 符号处重叠就可以， 这种键称为西格玛键。 当原子轨道以肩并肩的方式发生重叠， 原子轨道需要在正负号都要有重叠部分，而且从图中看这两处重叠上下对称，这 种键称为派键。这两种键型很好区分，如果两个原子间形成的只是共价单键，通 常总是西格玛键；如果两个原子间形成的是共价双键，那么将是一根西格玛键， 一根派键；如果两个原子间形成的是共价叁键，那么只有一根西格玛键，会有两8根派键。例如氮分子，两个氮原子形成氮氮叁键，其中两个氮原子各有三个未成 对电子，分别位于 2px 2py 2pz 轨道，因此这三个 p 轨道相互与另一个氮原子的 三个 p 轨道重叠，其中一对 2px 轨道重叠形成西格玛键，那么一对 2py 和一对 2pz 就会重叠形成两个派键（板书：画图：三个轨道呈三维图分布，x 轴平行， 两个 px 头碰头接近，重叠形成西格玛键，那么 py pz 垂直，只可能肩并肩接近， 重叠形成派键。 19．碳碳双键一个西格玛键，一个派键。 20．最初的价键理论比较好的说明了共价键的形成过程和本质，并且成功解 释了共价键的方向性和饱和性等特点，但是它不能有效地解释分子的空间结构， 什么叫做分子的空间结构？就是共价型分子中各原子在空间排列构成的几何形 状。 很多分子的空间结构都和最初价键理论推导出的结构不符。举个最常见的例 子。研究发现，甲烷分子的空间结构是一个正四面体，看这个图，碳原子在四面 体的中心，四个氢原子占据四个顶点。分子中有四个碳氢共价键完全一样，键角 （就是氢原子，碳原子，氢原子的这个夹角，一共四个）都是 109 度 28 分。这 个如果按照最初的价键理论， 就完全解释不了，因为根据碳原子核外电子排布式 2s22p2，它只含有两个未成对电子 2px1 2py1，按照价键理论，它就只能与两个 氢原子结合形成两根共价单键。假如我们将碳原子的 2s 轨道的一个电子激发到 2p 轨道，形成 2s12p3 结构，那么就有 2s 2px 2py 2pz 四个未成对电子，可以 和四个氢原子结合形成四根共价单键， 我们一看， 好像这样就和实际结构一样了， 结合四个氢原子，形成四个共价键，同学们想一下，是不是一样？不是，因为碳 原子四个未成对电子中有一个是 2s 轨道，三个 2p 轨道，2s 和 2p 这两个轨道的 能量不一样，这样一来它们和氢原子 1s 轨道重叠形成的共价键的极性和键能等 参数就不一样， 那么形成的四根共价键就是三根一样的和一根不一样的，这样它 就只是一个四面体结构，肯定不能形成正四面体的分子结构，那么甲烷分子的正 四面体结构到底是如何形成的，为了解释这个现象，还有很多其他分子的结构， 鲍林于 1931 年提出了杂化轨道理论。这个鲍林和泡利不相容原理的泡利不是一 个人。 21．1931 年 Pauling 等以价键理论为基础，提出化学键的杂化轨道理论。 该理论认为： 若干个能量相近的原子轨道可以混杂成同样数目的能量完全相同的9新的原子轨道， 这种轨道称为杂化轨道。形成杂化轨道的过程称为原子轨道杂化 （简称杂化） 。要注意几点，一是杂化前轨道要能量相近，又要是不同种类，因 为如果是同层的同种轨道，比如 p 轨道内的三个轨道，那么能量一样，没有杂化 必要，如果是不同层的同种轨道，比如 2p 和 3p 轨道，那么能量相差太大，不能 杂化。所以我们要介绍的常见类型就是在同一电子层内杂化，例如 sp sp2 等， 二。 杂化以后轨道能量完全相同，要做到这一点就意味着在杂化过程中参与杂化 的原子轨道会重新分配能量。三。杂化时原子轨道会重新作出空间取向，具体如 何取向下面会介绍。四。杂化前后的原子轨道数目是相同的，不会改变。最后一 点。杂化只会发生在形成分子的过程中，单一原子不会发生杂化。因为原子轨道 发生杂化的原因就是增强原子的成键能力，降低体系的能量。 其实杂化轨道理论仍属于价键理论，不过一般被归于现代价键理论。 22． 了解了杂化轨道的概念以后， 我们知道参加杂化的轨道类型和数目不同， 会形成不同类型的杂化轨道， 由于牵扯到 d 轨道的杂化比较复杂，我们就介绍几 种只有 s 轨道和 p 轨道参加的简单杂化轨道类型。 首先介绍最简单的一种杂化轨 道类型，sp 杂化。Sp 杂化就是同一电子层内一个 s 轨道和一个 p 轨道杂化形成 了两个 sp 杂化轨道。 其中每个 sp 杂化轨道含有一半 s 轨道成分和一半 p 轨道成 分。杂化时轨道的变形过程可以看书上 108 页，最后形成的 sp 杂化轨道角度分 布图是这样的，sp 杂化轨道间的夹角为 180°，空间构型为直线型。来看一下例 子，氯化铍分子中铍原子核外电子排布是这样 1s22s2，如果按照价键理论，它 没有未成对电子， 不能形成共价键，那么这个分子的形成和构型就只能用杂化轨 道理论来解释。根据杂化轨道理论，铍原子的 2s 轨道中的一个电子可以激发到 2p 空轨道，形成 2s12p1 结构，这样，它就含有了两个未成对电子，可以和氯原 子中的未成对电子配对，形成共价键。同时，铍原子的 2s 和 2p 轨道在成键时发 生 sp 杂化，形成了两个完全一样的 sp 轨道，呈直线型，两个氯原子的未成对电 子就在 sp 轨道这条直线上从两边头碰头的与 sp 轨道发生重叠， 形成两个西格玛 键。这就是用杂化轨道理论中的 sp 杂化来解释氯化铍分子空间构型为什么是直 线型。有机化合物中的乙炔分子结构也是直线型，如图，这说明分子中的两个碳 原子都发生了 sp 杂化，两个 sp 轨道一个与氢原子的 1s 轨道重叠，另一个与对 方碳原子的 sp 轨道重叠，形成了两个西格玛键。 （画图：又由于 sp 轨道和杂化10前的 p 轨道，假设是 pz，在一个方向，因此两个碳原子剩下的未成对电子所在 的 px py 轨道分别与 sp 轨道垂直，那么它们只能肩并肩重叠，生成两根派键。 ） 所以， 乙炔中碳碳叁键包括一根西格玛键和两根派键，这个验证了我们前面说的 共价叁键中会有一根西格玛键两根派键。 思考： 碳氢西格玛键和碳碳西格玛键一 样么？碳氢西格玛键和碳碳西格玛键的极性和强度等都有区别， 这个就造成乙炔 的 sp 杂化和氯化铍的 sp 杂化并不一样，我们稍后详细说明。 23．如果参加杂化的轨道是同一电子层中的一个 s 轨道和两个 p 轨道，那么 这种杂化就叫做 sp2 杂化。Sp2 杂化形成三个 sp2 杂化轨道，每个杂化轨道含有 三分之一的 s 轨道成分和三分之二的 p 轨道成分。 杂化时轨道的变形过程可以看 书上 109 页，最后形成的 sp2 杂化轨道角度分布图是这样的，sp2 杂化轨道间的 夹角为 120°，空间构型为平面三角型。我们以氟化硼为例子来解释一下 sp2 杂 化的过程，硼原子核外电子排布是这样 1s22s22p1，如果按照价键理论，它只有 一个未成对电子，能与一个氟原子结合形成共价键，如果根据杂化轨道理论，硼 原子的 2s 轨道中的一个电子可以激发到 2p 空轨道，形成 2s12p2 结构，这样， 它就含有了三个未成对电子，同时，硼原子的 2s 和 2p 轨道在成键时发生 sp2 杂化，形成了三个完全一样的 sp2 轨道，呈平面三角型，三个氟原子的未成对电 子分别头碰头的与 sp2 轨道发生重叠，形成三个西格玛键。这就是用杂化轨道理 论中的 sp2 杂化来解释氟化硼分子空间构型为什么是平面三角型。 氯化硼和氟化 硼的机理类似，也是 sp2 杂化。这个是有机化合物乙烯的分子结构，碳碳之间是 碳碳双键， 大家思考一下乙烯中的碳原子是采取哪种杂化方式？分子中共价键的 键型是哪种类型？碳原子连接的两个氢原子和一个碳原子成平面三角型， 这说明 分子中的两个碳原子都发生了 sp2 杂化，三个 sp2 轨道中两个与氢原子的 1s 轨 道重叠，一个与对方碳原子的 sp2 轨道重叠，形成了三个西格玛键。 （板书：两 个碳原子剩下的未成对电子所在的 p 轨道垂直于 sp2 轨道所在平面，它们只能 肩并肩重叠，生成一根派键。 ）所以，乙烯中碳碳双键包括一根西格玛键和一根 派键，这个验证了我们前面说的共价双键中会有一根西格玛键一根派键。 24．如果同一电子层的 s 轨道和三个 p 轨道都参与杂化，那么这种杂化就叫 做 sp3 杂化。Sp3 杂化形成四个 sp3 杂化轨道，每个杂化轨道含有四分之一的 s 轨道成分和四分之三的 p 轨道成分。杂化时轨道的变形过程可以看书上 110 页，11最后形成的 sp3 杂化轨道角度分布图是这样的，sp2 杂化轨道间的夹角为 109° 28’ ，空间构型为四面体。刚开始就介绍了甲烷分子的空间构型是正四面体，这 个是价键理论无法解释的， 我们就用杂化理论的 sp3 杂化来说明甲烷分子的形成 过程。碳原子的核外电子排布是 2s22p2，有两个未成对电子在 2p 轨道，2s 轨道 的一个电子会被激发到 2p 剩余的一个空轨道，这样，碳原子就含有了四个未成 对电子，可以和四个氢原子的未成对电子配对生成共价键，同时，碳原子的 2s 和 2p 轨道在成键时发生 sp3 杂化，形成了四个完全一样的 sp3 轨道，呈正四面 体， 四个氢原子的未成对电子分别头碰头的与 sp3 轨道发生重叠，形成四个西格 玛键。 这就是用杂化轨道理论中的 sp3 杂化来解释甲烷分子空间构型为什么是正 四面体。 25．我们介绍了三种最常见的杂化轨道类型，sp，sp2，sp3，现在做一下总 结，看一下它们之间的区别和联系，以及每种杂化类型的实例。铍和卤素形成的 分子，硼和卤素形成的分子，四氯化碳。当参与杂化的轨道数是 5 个时，称为 sp3d 杂化，杂化后分子构型是三角双锥。当参与杂化的轨道数是 6 个时，称为 sp3d2 杂化，杂化后分子构型是八面体。这个知道就行了。看一下教材的 124 页 选择题第二题，请同学们思考一下。二溴乙烯的结构式和我们前面讲的乙烯是 一样的，三角形结构，因此碳也是采取 sp2 杂化，而溴原子的未成对电子在 p 轨道上，因此成键轨道是 sp2-p。 26．同一种类型的杂化轨道并不是不完全一样，它可以分成等性杂化和不等 性杂化。按教材上的说法，凡是杂化轨道成分相同的杂化称作等性杂化，这就是 说， 如果杂化后所有杂化轨道中所含的 s 轨道和 p 轨道比例是一样的，那么这个 杂化就是等性杂化。板书：举个例子，画图：sp 杂化类型，如果是等性杂化的 话，杂化后的每个 sp 轨道会含有一半 s 轨道成分和一半 p 轨道成分。我们在前 面讲解杂化轨道类型时介绍的分子构型和轨道夹角等都是按等性杂化处理的。 如 果两条 sp 轨道，一条的成分是三分之一 s 轨道和三分之二 p 轨道，另一条成分 却是三分之二 s 轨道和三分之一 p 轨道，由于两条杂化轨道所含的成分不一样， 所以这就是不等性杂化。举两个最常见的例子，先来看氨分子，氮原子的核外电 子排布是 2s22px12py12pz1，按照价键理论， （板书画图：氮原子中的三个未成 对电子可以直接与三个氢原子中的未成对电子配对，头碰头重叠形成三根西格12玛键，由于未成对电子所在的三条 p 轨道两两垂直，那么氨的分子构型应该是 一个四面体，轨道夹角为 90 度。 ）但实际上，氨分子的构型是一个三角锥形，轨 道间的夹角是 107o18’ 。按照我们刚才讲的杂化轨道理论，并没有这样的分子构 型，这是为什么呢？实际上氮原子还是采取的 sp3 杂化，一条 2s 轨道和 3 条 2p 轨道杂化成了 4 条 sp3 轨道， 但是从氮原子的核外电子排布可以看出，它的第二 电子层有 5 个电子，而杂化后轨道数是 4，电子数超出了轨道数，因此 2s 轨道 上的电子对还是会继续占据一个 sp3 杂化轨道，因为没有空轨道能供它激发，那 么这样一来，被 2s 电子对占据的这个杂化轨道中所含的 s 轨道成分自然会高出 其余三个杂化轨道，四条杂化轨道所含的成分不一样，所以氨分子中的氮原子是 不等性杂化。 （板书画图：三条 sp3 杂化轨道中的未成对电子和氢原子的未成对 电子配对，头碰头重叠形成三根西格玛键。剩下的一个杂化轨道由于已经有了 一对电子，因此不参与成键， ）我们称之为非键轨道，而这一对电子我们称为非 键电子，更通俗的叫法是孤对电子，意思就是未用于形成共价键的电子，一般写 分子式的时候，共价键用直线表示，孤对电子用两个小黑点表示。在观测分子的 空间构型时，只能看到原子，孤对电子是看不见的，因此我们观测到的氨分子结 构是一个三角锥形，它的角度既不是价键理论推测的 90 度，也不是等性杂化的 109 度 28 分的原因是孤对电子对成键电子对有排斥作用， （画图：因此 hnh 的角 度也就是轨道夹角比起正四面体的 109 度 28 分会稍稍减小） ，氨分子的轨道夹 角是 107 度 18 分，大于 90 度又稍小于 109 度 28 分。 水分子同样也是不等性杂化，如果按照价键理论， （板书：氧原子核外含有 2py2pz 轨道的两个未成对电子，与两个氢原子的未成对电子配对，形成两根西 格玛键，键角为 90 度。 ）但实际上水分子的分子结构是这样的，轨道夹角是 104 度 30 分，怎样根据杂化轨道理论来解释它呢，同学们思考一下，可以根据这个 结构图来判断氧原子的杂化类型，再根据我们刚才讲的氨分子的例子来判断孤 对电载的影响。氧原子还是采取的 sp3 杂化，它的第二电子层有 6 个电子，而杂 化后轨道数是 4，电子数超出了轨道数，因此 2s 轨道和一个 2p 轨道上的电子对 会继续占据两个 sp3 杂化轨道，因为没有空轨道能供它激发，那么这样一来，被 2s 电子对占据的这个杂化轨道中所含的 s 轨道成分自然会高出其余三个杂化轨 道，被 2p 电子对占据的这个杂化轨道中所含的 p 轨道成分也会高出其余三个杂13化轨道，四条杂化轨道所含的成分不一样，所以氧原子也是不等性杂化。和氨分 子类似， （板书画图：两条 sp3 杂化轨道中的未成对电子和氢原子的未成对电子 配对，头碰头重叠形成两根西格玛键。剩下的两个杂化轨道各有一对电子，不 参与成键，除去孤对电子，因此我们观测到的水分子是折角型，也称 v 型。 ）由 于氧原子含有两对孤对电子，对成键电子对的排斥力进一步加大， （画图：因此 hoh 的角度也就是轨道夹角比起氨分子的轨道夹角 107 度 18 分还会减小） 水分 ， 子的轨道夹角是 104 度 30 分。 27．教材上定义不等性杂化主要是考虑孤对电子的影响，其实除了教材上的 定义以外还有一种情况也是属于不等性杂化， 这种情况就是中心原子杂化时轨道 中没有的孤对电子，因此杂化轨道成分相同，但是和中心原子配对生成共价键的 原子不是同一种，例如一氯甲烷，它的配对原子有氢原子和氯原子两种，这就造 成了分子内的共价键也有两种，碳氢共价键和碳氯共价键的键长键能等都不一 样，键角肯定也会受到影响，这种杂化也属于不等性杂化，只不过是从共价键角 度来考虑。 所以不等性杂化可以分为两种，一种是杂化轨道与不同原子构建不同 的西格玛轨道，键长、键角均有差别，如 CH3Cl 中 C-H 键和 C-Cl 键的键长和键 能都不相同， 我们前面介绍杂化轨道类型时提到的有机分子，乙炔和乙烯也属于 此类。 另一种是 NH3 和 H2O 这种类型，中心原子的 4 个杂化轨道分别用于西格玛 键和孤电子对，这样的 4 个杂化轨道成分显然有差别，叫做不等性杂化。 28．我们介绍完了杂化轨道理论，同学们想一下，这个理论的主要作用是什 么？ 杂化轨道理论很好的解释了分子的空间构型。它是如何解释空间构型的？ 它通过对原子轨道的杂化以及是否等性杂化来解释分子的空间构型。 但是杂化轨道理论有一个缺点，同学们可能也已经发现了，就是同一个原子 在不同的分子中会采取不同的杂化类型， 这就使我们不能很快地判定一个分子中 的中心原子是采取何种类型的杂化。为了弥补这个缺憾，近几十年又发展了一种 理论， 叫做价层电子对互斥理论，依靠这个理论可以很方便的推断某个原子的杂 化类型和分子或者离子的空间构型。价层电子对互斥理论的基本要点是：①分子 或离子的空间构型决定于中心原子周围的价层电子对数， 价层电子对包括西格马 健电子对和孤对电子；②价层电子对间尽可能远离以使斥力最小。14该理论的最重要步骤就是求出中心原子的价层电子对数， 价层电子对数可用下式 计算：价层电子对数=（中心原子的价电子数 + 配位原子提供的价电子数 ±离 子电荷数）/ 2。 根据这个方程计算价层电子对的时候要注意几点：一，一般来说，中心原子的价电子数就是中心原子的最外层电子数。二，配位原子如果是 氢或者卤素，那么每个原子提供一个价电子，如果是氧原子或者硫原子，那么可 以认为不提供电子。三，如果是负离子，那么离子电荷数为正，反之为负。（板 书：举个例子，硫酸根负二价离子，中心原子是硫原子，硫的价电子数等于最 外层电子数等于 6，氧不提供价电子，离子电荷数为正二，因此硫原子的价层电 子对数为 6+0+2 再除以 2 等于 4。）得到了价层电子对数以后该怎么办呢？因为 理论要点中已经提到， 价层电子对包括西格马健电子对和孤对电子，因此价层电 子对数就等于中心原子参加杂化的轨道数， 也就是说硫酸根离子中硫原子杂化轨 道数为 4，属于 sp3 杂化，四对电子对的空间构型是正四面体。但是这样还是不 能判断分子的空间构型， 因为不知道中心原子的孤对电子数， 那么我们还要求中 心原子的孤对电子数，可以利用这个公式：中心原子的孤对电子对数= (中心原 子价电子数—几个配位原子的未成对电子)/2。 这个公式书上没有， 是我总结的， 在一般情况下都适用。 注意如果所在基团是分子，那么中心原子价电子数就等于 最外层电子数， 如果所在基团是离子，那么中心原子价电子数除了最外层电子数 还要加上离子电荷数，和前面一样，负离子为正，正离子为负。配位原子如果是 氢或者卤素，未成对电子数自然是 1，如果是氧，那么未成对电子数为 2，这个 要自己根据核外电子排布来判断。（板书：继续刚才的例子，硫原子的价电子数 等于最外层电子数 6 加上离子电荷数 2 等于 8，配位原子的未成对电子数，每个 氧原子是 2，4*2 等于 8，8-8 等于 0，因此硫酸根中硫原子没有孤对电子。所以 分子的空间构型和电子对空间构型一致，都是正四面体。 总结一下价层电子对互斥理论的应用步骤， 就是根据价层电子对数确定电子对的 空间构型， 再根据中心原子的孤对电子对数推断出分子的空间结构。我们将价层 电子对互斥理论和杂化轨道理论结合运用， 就能很方便判断中心原子的杂化类型 和分子空间结构。 29． 表中列出了不同价层电子对数对应的电子对空间构型以及在中心原子拥 有不同孤对电子数时的分子空间构型。 这里还有一个值得注意的地方是孤对电子15在空间构型里占据的位置。 大家都知道，分子的空间构型之所以有时和电子对空 间构型不一致，就是因为孤对电子的存在。 （板书：当电子对构型是直线，正三 角或者正四面体时， 由于该构型中的键角也就是轨道的夹角都是一样， 直线 180， 三角 120，四面体 109 度 28 分，因此孤对电子无论在哪个杂化轨道和其他轨道 距离都一样，它的排斥力对空间构型的影响也是一样。但是当电子对空间构型 是三角双锥的时候，孤对电子占据的位置就有讲究了，画图。假设有一对孤对 电子，如果它在垂直方向，那么有三个轨道和孤对电子成 90 度，一个轨道和孤 对电子成 180 度。如果它在水平方向占据三角一个顶点，那么有两个轨道和孤 对电子成 90 度，两个轨道和孤对电子成 120 度。电子对之间排斥力越小，该分 子就会越稳定，而孤对电子和成键电子对离得越远，排斥力当然也就越小，当 孤对电子和成键电子对所在轨道成 90 度时，角度最小，距离显然也最近，排斥 力最大，因此我们就能断定和孤对电子成 90 度的成键电子对越少，分子内排斥 力就越小，分子越稳定，所以孤对电子应该优先占据水平方向三角形的顶点， 如果有两对孤对电子，那就占领两个顶点，以此类推。 ）当电子对构型，分子空 间构型和孤对电子位置都决定以后， 原子轨道间的角度也就是键角还会随着成键 原子电负性的不同而有所改变， 这个同学们可以看教材 113 页自学一下。至于八 面体结构中孤对电子的位置我们不作要求， 只要记住孤对电子数目不同时分子空 间构型的变化就可以了。 30．来看两道关于推导分子空间结构的题，同学们思考一下，怎样通过价层 电子对互斥理论的计算来推出电子对的空间结构和分子空间结构。 （板书：第一 题，五氟化溴分子，溴价电子数等于最外层电子数等于 7，五个氟原子提供价电 子数等于 1*5 等于 5，因此价层电子对数等于 7+5 除以 2 等于 6，电子对空间构 型是八面体，再计算溴原子孤对电子数，溴价电子数等于 7，五个氟原子提供未 成对电子数等于 1*5 等于 5，因此未成对电子数 7-5 除以 2 等于 1，溴原子中有 一对孤对电子，查表分子构型应该是四方锥结构。第二题，碘三负离子。碘价 电子数等于最外层电子数等于 7，另两个碘原子提供价电子数等于 1*2 等于 2， 离子电荷数为正一，因此价层电子对数等于 7+2+1 除以 2 等于 5，电子对空间构 型是三角双锥，再计算碘原子孤对电子数，碘价电子数等于 7+1 等于 8，两个碘 原子提供未成对电子数等于 1*2 等于 2，因此未成对电子数 8-2 除以 2 等于 3，16碘原子中有三对孤对电子，查表分子构型应该是直线型，三对孤对电子占满水 平方向三角形三个顶点。 ） 再看一下教材 124 页选择题第 7 题，同学们思考一下。先看铵根离子，氮原 子价层电子对数是 5+4-1/2=4，sp3 杂化，孤对电子数是 5-4-1/2=0，没有孤对 电子，等性杂化，分子空间构型是正四面体。氯化磷负离子，磷原子价层电子对 数是 5+6+1/2=6，sp3d2 杂化，孤对电子数是 5-6+1/2=0，没有孤对电子，等性 杂化， 分子空间构型是八面体。 硼原子碘化硼负离子价层电子对数是 3+4+1/2=4， sp3 杂化，孤对电子数是 3-4+1/2=0，没有孤对电子，等性杂化，分子空间构型 是正四面体。最后来看 a 选项，氧原子价层电子对数是 6+3-1/2=4，sp3 杂化， 孤对电子数是 6-3-1/2=1，有一对孤对电子，不等性杂化，分子空间构型是三角 锥，也就是说它的结构和氨分子类似。 31．我们通过前面的学习，掌握了价键理论和价层电子对互斥理论，通过理 论我们可以了解共价键的形成过程和本质，并且推导出分子的空间构型，但是这 两个理论也有不足之处，它们都是以电子配对为基础的，只考虑形成共价键的电 子，而未将分子看成是一个整体，因此在应用中有其局限性。板书：按照价键理 论，O2 分子的路易斯电子式是 . O. . . .O. . ，两个共用电子对，两条共价键，每个原 .子各有两队孤对电子，分子中应该没有成单电子，但是测定其磁性，表明氧为顺 磁性物质，液态氧和固态氧极易为磁铁所吸引，故 O2 分子中应该有成单电子。 高温下的 B2 分子虽具有偶数的价电子，但它也是顺磁性物质。而 H2+氢气离子， O2+氧气离子，NO、NO2 等奇数电子分子或离子也能够稳定存在。这些事实，价键 理论无法加以解释。1932 年，美国密立根和洪特等人提出了分子轨道理论 （molecular orbital theory ,简称 MO 法） 。该理论以量子力学为基础，把原子 电子层结构的主要概念，推广到分子体系中去，很好地说明了上述实验事实，从 另一个方面揭示了共价分子形成的本质。 分子轨道理论的基本要点。 分子轨道理论认为，分子中的电子不再从属于某 个特定的原子而是在整个分子空间范围内运动。因此，分子中的电子运动状态应 该用相应的波函数ψ （简称分子轨道）来描述。每个分子轨道也具有相应的能量 E，由此可得到分子轨道能级图。分子轨道是由分子中原子的原子轨道线性组合17而成的。组合成的分子轨道数目等于参与组合的原子轨道数目。n 个原子轨道线 性组合，可以形成 n 个分子轨道。其中， n 个分子轨道的能量高于原子轨道，称2为反键分子轨道， n 个分子轨道的能量低于原子轨道，称为成键分子轨道。这里2详细解释一下，看这个图，反键分子轨道就是上面这一条轨道，它的能量比组成 它的两条原子轨道都要高，电子若进入这种分子轨道，其电子云的分布偏于两核 外侧，在核间的分布稀疏，不能抵消两核之间的斥力，对分子的稳定不利，对分 子中原子的成键会起反作用， 因此称为反键分子轨道。下面这一条轨道是成键电 子轨道，它的能量比组成它的两条原子轨道都要低，电子若进入这种分子轨道， 其电子云在核间的分布密集， 对两核的吸引能有效地抵消两核之间的斥力，对分 子的稳定有利，使分子中原子间发生成键作用，因此称为成键分子轨道。当然， 电子是优先进入成键电子轨道， 当成键轨道排满以后， 电子再排入反键电子轨道。 32．原子轨道有效组合形成分子轨道必须遵循三个原则：能量近似原则、轨 道最大重叠原则和对称性匹配原则。 能量近似原则：原子轨道必须能量接近，才能有效线性组合成为分子轨道。 这个原则主要是用来判断两种不同类型的原子轨道能否有效组成分子轨道。 对于 同核的双原子分子， O2， 如 它们对应的原子轨道能量相同， 1s 轨道与 1s 轨道， 故 2p 轨道与 2p 轨道可以分别线性组合形成分子轨道，而 1s 轨道与 2p 轨道之间不 可能发生组合。对于异核分子，情况比较复杂，于不同原子的电负性有关，我们 不要求掌握。 最大重叠原则： 由于原子轨道有一定的伸展方向，因而原子轨道在线性组合 时不仅要考虑到轨道能量的近似，还必须考虑到原子轨道应达到最大重叠，这能 使成键分子轨道的能量尽可能低，体系更稳定。 对称性匹配原则： 是指只有相对于键轴来说对称性相同的二个原子轨道才能 组合成分子轨道。怎么判断对称性，教材上给的判断对称性的方法是两个原子轨 道以原子核连线为轴，也就是以 x 轴这条横线为轴，旋转 180 度，原子轨道角度 分布的正负号都改变或者都不改变。看下面这五种轨道重叠情况中，哪些是对称 性匹配的，哪些是不匹配的？1，2 不匹配，其他匹配。再介绍一个简单的判断 方法。 原子轨道的波函数有正值与负值之分，两个原子轨道的波函数同号区域重 叠（+、+重叠或－、－重叠）组成成键分子轨道；两个原子轨道的波函数异号区18域重叠（+、－重叠或－、+重叠）组成反键分子轨道。这就是所谓对称性匹配原 则。而两个原子轨道的波函数一部分发生异号区域重叠（+、－重叠） ，另一部分 发生同号区域重叠（+、+重叠）时，则对称性不匹配，不能组合成分子轨道。也 就是说两条原子轨道只能发生一种重叠，如果是同号重叠那组成的就是成键轨 道， 如果是异号重叠那组成的就是反键轨道，如果皆有同号又有异号那就是对称 性不匹配。再看这五种轨道重叠情况，1，2 中既有同号重叠，又有异号重叠， 所以不符号对称性匹配原则。 上面介绍的是形成分子轨道三原则，同学们可能看着眼熟，其实这个和我们 前面讲的形成共价键三原则是一致的，因为分子最主要的构成因素就是共价键。 这两种三原则只有对称性匹配原则有所差别。 共价键的对称性匹配要求重叠时要 考虑原子轨道的正负号，正号只能与正号重叠，负号只能与负号重叠，不能异号 重叠。 而分子轨道的对称性匹配中则允许异号重叠，这是因为分子轨道中有成键 轨道也就是形成共价键的轨道， 这是原子轨道同号重叠组成。 另外还有反键轨道， 它是由原子轨道异号重叠组成。 33． 电子在分子轨道上的排布和上一章我们介绍的电子在原子轨道上的排布 一样，都要遵循泡利不相容原理，能量最低原理和洪特规则。哪位同学来回忆一 下这三种原理的主要内容。泡利：任何一个原子轨道最多能容纳两个电子，且两 电子的自旋方向相反。能量最低原理：原子中电子的排布，在不违背 Pauling 原理的条件下， 电子尽可能从最低能级依次向高能级填充，以使得整个原子的能 量最低。 洪特规则：电子在同一个能级填充时将尽可能占据不同的原子轨道， 且自旋平行愈多， 则能量愈低。 当电子在分子轨道中排布， 泡利不相容原理变为： 任何一个分子轨道最多能容纳两个电子，且两电子的自旋方向相反。能量最低原 理变为： 每个能级中的电子尽可能从低能量轨道向高能量轨道填充，以使得整个 原子的能量最低。因此在同一能级原子轨道组成的分子轨道中，电子都是先填入 能量低的成键轨道，如有剩余电子，再填入反键轨道。洪特规则变为：电子在同 一能级填充时将尽可能占据不同的分子轨道。 34．根据分子轨道的对称性不同，可以将分子轨道分为西格玛分子轨道和派 分子轨道。 两个原子轨道沿着连接两个原子核轴线以头碰头方式组合成的分子轨 道称为西格玛分子轨道， 两个原子轨道垂直于轴线以肩并肩方式组合成的分子轨 道称为派分子轨道。这个和共价键键型的分类是一样的。下面以简单的 s 和 p19能级为例子，具体介绍一下不同类型分子轨道的形成。s-s 原子轨道的组合二个原子的二个 ns 原子轨道同号相加（即相叠合） ，组合成为σ 轨道；异号相加，则组合成为σ* ns ns成键分子反键分子轨道，如图。进入σ 轨道的电子称为σ 电子，排布在成键轨道上电子的称为成键西格玛电子，反键轨道上的电子称为 反键西格玛电子。由一个成键σ 电子构成的键称为单电子σ 键，例如氢气离子就 是这种情况。 由一对成键西格玛电子构成的键称为西格玛键也就是共价单键，这 是最常见的情况。 如果是双原子氦离子这种情况，有一对成键西格玛电子和一个 反键西格玛电子，构成的键称为三电子西格玛键。板书：画出简单的分子轨道。 he2+ 3 个 1s 电子，两个电子填满成键 1s 轨道，剩余一个填入反键 1s 轨道，一 对成键西格玛电子和一个反键西格玛电子。 如果有一对成键西格玛电子和一对反 键西格玛电子，那么它们的能量相互抵消，不能形成有效共价键。也就是说不存 在双原子氦分子这种结构。板书：he2 4 个 1s 电子 正好填满成键 1s 轨道和反 键 1s 轨道。一对成键西格玛电子和一对反键西格玛电子，能量相互抵消，不能 形成有效共价键。 35． p-p 原子轨道的组合，p 能级有三个原子轨道，np-np 原子轨道的组合 可以分成两种情况。 如图所示，两个 npx 原子轨道以“头碰头“的方式组合成 ? np 成键分子轨道x和 ? ? 反键分子轨道。同号相加，成键，异号相加，反键。 npx而两个 npz 原子轨道垂直于 xz 平面以“肩并肩”的方式组合成 ? np 成键分子z轨道和 ? ? 反键分子轨道。进入π 轨道的电子称为π 电子，由π 电子构成的键称 npz为π 键。由一个成键派电子构成的键称为单电子派键。由一对成键派电子构成的 键称为派键。 如果有一对成键派电子和一个反键派电子，构成的键称为三电子派 键。如果有一对成键派电子和一对反键派电子，那么它们的能量相互抵消，不能 形成有效共价键。 两个 npy 原子轨道也只能以“肩并肩”的方式叠合，组合成另一组分子轨道? np y和?? 。 它们与 ? np 、? ? 分别互相垂直。 二个成键轨道 ? np 和 ? np 是简并的， np npyzzyz二个反键轨道 ? ? 和 ? ? 也是简并的。 np npyz2036．同核双原子分子的分子轨道能级。以最简单的氢分子为例。画轨道图： 氢原子中只有一个 1s 电子，二个氢原子的 1s 轨道组合成氢分子的成键西格玛 轨道和反舰西格玛轨道。二个电子均填入能量较低的σ 1s 分子轨道，体系能量下 降，表明二原子间发生了键合作用，生成了稳定的氢分子。如果是多电子原子组 成的分子，由于原子轨道种类不同，能量也不同，由此组合而成的分子轨道能量 也不同。 同核双原子分子的分子轨道能量高低由参与组合的原子轨道的能量高低 和重叠程度两个因素决定。 原子轨道的能量高低在第四章我们已经介绍过，同一 电子层中， 能量排列顺序是 s 能级小于 p 能级小于 d 能级小于 f 能级，不同电子 层的同一能级，1s 小于 2s 小于 3s。 。 这是同核双原子的原子轨道的能级排列图，这里 2p 能级的三个原子轨道的能量是一样的。3p 能级的三个原子轨道能量 也是一样，3d。。。从原子轨道的重叠程度考虑，西格玛键的重叠程度大于派键 。。 的重叠程度， 因此，成键西格玛轨道和反键西格玛轨道之间的能量差大于成键派 轨道和反键派轨道之间的能量差。 37．综合原子轨道的能量高低和重叠程度，第二周期元素形成同核双原子分 子时， 其分子能级高低次序有二种情况， 如果 2s 和 2p 原子轨道能量相差较大 （如 第二周期中 O、F、Ne 原子） ，当二个这种原子相互接近时，2s 和 2p 原子轨道间 不会发生相互作用。分子轨道的能量次序为：西格玛 1s 成键轨道小于西格玛 1s 反键轨道小于西格玛 2s 成键轨道小于西格玛 2s 反键轨道小于西格玛 2pz 成键轨 道 ，2pz 原子轨道组成的西格玛 2pz 成键分子轨道能量低于 2py 和 2px 原子轨 道组成的派 2px 和派 2py 成键分子轨道，而派 2px 和派 2py 成键分子轨道由于 2p 能级原子轨道能量相同，又都是派键，重叠程度相同，因此这两种分子轨道 能量相同。派 2px 和派 2py 反键分子轨道由于同样的原因，能量相同。 如果 2s 和 2p 原子轨道能量相差较小（如第二周期中 B、C、N 原子） ，当二 个这种原子相互靠近时，由于能量相差不大，因而邻近轨道可产生相互作用，结 果使分子轨道原来的能量次序发生了改变，前面和后面的次序没有变化，只有 2p 原子轨道组成的分子轨道能量有了改变， 原子轨道组成的西格玛 2pz 成键 2pz 分子轨道能量高于 2py 和 2px 原子轨道组成的派 2px 和派 2py 成键分子轨道。 第三周期以及后面的元素的原子轨道所组合而成的同核双原子分子轨道的 能量高低的一般次序至今尚不够明确。 38．下面来看一下具体的分子轨道能级图，先来看氧气。O2 分子有 16 个电21子，根据能量最低原理，按照刚才介绍的分子轨道能量次序，电子将从低到高排 布，其分子轨道能级图如图。最后 2 个电子按洪特规则应分别进入派 2py 和派 2px 反键轨道，并保持自旋平行。根据氧气分子的分子轨道能级图，可以写出它 的电子组态为：1s 能级省略。由于 O2 分子中含有二个自旋方向平行的单电子， 因此表现出顺磁性和化学活泼性，这与实验事实相符。 刚才我们介绍了成键电子和反键电子的多少对形成共价键的影响，在 O2 的分子 轨道中， 能级和 2s 能级都是含有一对成键西格玛电子和一对反键西格玛电子， 1s 不能形成有效共价键， 实际对成键起作用的有西格玛 2pz 成键分子轨道中两个成 键西格玛电子构成的一个西格玛键， 2py 成键分子轨道中两个成键派电子和反 派 键分子轨道中一个反键派电子构成的一个三电子π 键， 以及派 2px 成键分子轨道 中两个成键派电子和反键分子轨道中一个反键派电子构成的另一个三电子π 键。 O2 分子的结构是分子轨道理论获得成功的一个重要例证。 39．再来看氮气分子。按照刚才介绍的分子轨道能量次序，它和氧气分子轨 道的能量次序不同，N2 分子共有 14 个电子，根据能量最低原理，电子将从低到 高排布，其分子轨道能级图如图。根据氮气分子的分子轨道能级图，可以写出它 的电子组态为：1s 能级省略。氮气分子中不含有未成对电子，因此它是反磁性 分子。在 N2 的分子轨道中，对成键起作用的主要是派 2py 成键分子轨道中两个 成键派电子， 2px 成键分子轨道中两个成键派电子以及西格玛 2pz 成键分子轨 派 道中两个成键西格玛电子， 它们形成了二个π 键和一个σ 键，这一点与价键理论 的结论一致。N2 分子中电子充满了所有的成键分子轨道，能量降低最多，故 N2 具有特殊的稳定性。 40．列举了氧气分子和氮气分子的例子以后，同学们思考一下氟分子的分子 轨道能级图是什么样的结构， 并写出它的电子组态，上面这是氟分子的分子轨道 能量次序，和氧分子是同一种类型。给大家几分钟时间思考一下。先画出原子轨 道和分子轨道，再标出电子，氟的核外电子数是 9。将电子按照规律排入分子轨 道，这就是氟分子的分子轨道能级图，根据它写出电子组态。 41．键参数是表征化学键性质的物理量，可用于定性或半定量地解释分子的 性质。 先介绍键级的概念。 当电子进入成键轨道时体系能量下降， 利于形成共价键。 电子进入反键轨道时体系能量升高，不利于形成共价键。在分子轨道理论中，常22用键级的大小来说明成键的强度，描写分子的结构稳定性。键级定义为净成键电 子数的一半：键级＝ 成键轨道上的电子数－ 2 反键轨道上的电子数一般来说，键级越大，键能越大，共价键越牢固，分子越稳定。若键级为零， 表明原子间不能形成稳定的分子。例如氢气的双原子分子结构，键级为 1，因此 可以稳定存在。而氦气的双原子分子结构，键级为 0，因此这个结构很不稳定， 这种分子构型也就不存在。同学们计算一下氧气分子和氮气分子的键级。氧气 6-2/2=2，氮气 6/2=3。要注意的是键级只能定性地推断键能的级别，粗略估计 分子结构稳定性的相对大小。事实上键级相同的分子其稳定性也可能有差别。 42．键长和键角两个概念是用来定量描述共价键的性质。分子中成键原子的 两核间的距离叫做键长。键长越短，键越强，形成的分子越稳定。分子中键与键 之间的夹角称为键角。 键角和分子的空间构型，中心原子的杂化方式以及电负性 有关。 双原子分子共价键有极性和非极性之分。 非极性键是属于相同原子组成的分 子，例如氢分子，氧分子等，极性键是属于不同原子组成的分子，例如氯化氢， 一氧化碳等。 为什么共价键会有极性和非极性的区别？前面介绍过，极性的意思 就是化学键中的电荷分布不均匀。分子中正负电荷量相等，显电中性，我们假设 分子中正电荷和负电荷各自集中于一点，也就是正电荷的重心和负电荷的重心， 如果是相同原子组成的双原子分子，电负性相同，正负电荷重心重合，因此原子 间形成的共价键中电荷分布均匀，没有极性。如果是不同的原子组合，由于原子 电负性有区别，正负电荷重心不相重合，共价键中的电荷分布不均匀，共价键就 有了极性。由此推断，原子的电负性差值越大，电荷分布越不均匀，共价键的极 性也就越强。这和离子键极性的判断方法是一样。翻到教材 123 页，习题的第三 题，判断离子键和共价键的极性，依靠我们说的判断方法，大家思考一下。第一 问，氧的电负性大于硫大于锌，因此氧和锌之间的电负性差值较大，离子键的极 性也比较大。第二问，硫电负性大于硒大于氢，因此硫氢键极性较大。第三问氮 的电负性大于磷，因此氨分子中共价键极性较高。 这是双原子分子的情况， 在多原子分子中，并不是相同原子间就一定是非极 性键，有极少数的例外情况，例如臭氧分子，教材上将它归类为非极性分子，其23实这是错误的， 臭氧分子是有极性的。氧原子中有两对孤对电子和两个未成对电 子，现代价键理论认为，O3 分子中的中心氧原子采取 SP2 杂化形成三个 SP2 杂 化轨道， 中心氧原子利用它的两个未成对电子分别与其它两个配位氧原子中的一 个未成对电子结合，占据 2 个杂化轨道，形成两个 σ 键，第三个杂化轨道由孤 对电子占据。 中心氧原子剩余的一对孤对电子和两个配位氧原子剩余的未成对电 子形成了一个派键，这个派键我们称为离域派键，画图：教材 117 页。离域的意 思就是电子可以在这个结构中移动，这个离域派键使得正电荷向中心氧原子聚 集，负电荷向两边氧原子聚集，所以 O3 分子中的正负电荷重心不重合，氧氧共 价键有极性。而 O3 分子结构是折角形，不对称，所以 O3 分子显示出极性。综上 所述，O3 分子是包含有极性键的极性分子。同时应当着重指出，根据成键原子 电负性差值来判断键的极性并没有错。只是应当注意：一种原子的电负性并不是 不变的，原子化合价不同，成键的原子轨道不同，电负性也不同。O3 分子中的 中心氧原子与配位氧原子的价态实际不同，电负性不等，因此，O3 分子中的键 有极性。这一点与前面的论述并不矛盾。 判断极性分子的方法和极性键一样，就是看其内部的正负电荷重心是否重 合，但是共价键只需要考虑相邻的两个原子，分子要考虑到整个分子的情况，因 此分子的极性和组成分子的共价键极性以及分子的空间构型有关。 如果分子内的 共价键都是非极性的， 不管是双原子还是多原子分子， 该分子也肯定是非极性的， 例如氢气分子，氧气分子，白磷分子。如果双原子分子内的共价键是极性键，那 么该分子也是极性分子，例如氯化氢，氟化氢。如果多原子分子内的共价键是极 性共价键，在中心原子采取等性杂化，分子空间构型对称的情况下，分子内正负 重心依然重合，分子无极性。画图：比如直线型的二氧化碳，正三角形的三氯化 硼，正四面体的甲烷等。如果分子空间构型不对称，例如三角锥的氨分子，折 角形的水分子和臭氧分子，那么分子内正负电荷重心不重合，分子有极性。总 结出来就是由非极性共价键组成的分子一定是非极性分子， 由极性共价键组成的 分子不一定是极性分子。 43．这些分子中的共价键都是极性键，因此必须根据价层电子对互斥理论的 公式算出分子的空间构型，然后再根据对称与否判断分子有无极性。二硫化碳 sp 杂化，没有孤对电子，直线型，对称，非极性分子。二氧化硫 sp2 杂化，一24对孤对电子，角折形，不对称，极性分子。硫化氢，sp3 杂化，两对孤对电子， 角折形，不对称，极性分子。二氯化汞 sp 杂化，无孤对电子，直线型，对称， 非极性分子。三氟化氮和氨分子类似，sp3 杂化，一对孤对电子，三角锥型，极 性分子。 44．由离子键构成的晶体称为离子晶体，在晶格点上排列的微粒为原子，原 子之间以共价键结合构成的晶体我们称为原子晶体。 原子晶体中不存在独立小分 子，整个晶体可看作一个大分子，因此晶体内部都是共价键的作用力，由于共价 键的饱和性和方向性，原子晶体的配位数一般不高。 45．原子晶体的种类很多，在单质中，以金刚石形式存在的碳，单晶硅，锗 等这一主族的元素都属于原子晶体，AB 型的化合物有砷化镓，碳化硅等，ab2 型的化合物有二氧化硅等。金刚石的晶体结构如图，它是立方面心晶格类型，晶 体中碳原子采取 sp3 杂化，每个碳原子相邻四个碳原子，配位数为 4。 46．我们已经介绍了离子键和共价键两种化学键，它们都是分子内部原子间 的作用力， 原子通过这些化学键结合成各种分子和晶体。化学键的相似处是它们 的强度都比较大， 键的极性大小都由原子的电负性差值决定。除了原子间的作用 力，在分子之间也有作用力存在，和化学键相比，这种作用力很弱，在温度足够 低时，许多气体能凝聚为液体、甚至固体，说明在分子与分子之间确实存在着一 种相互吸引作用。荷兰物理学家范德华（van der Waals）在 1873 年就发现并研 究了这种作用力， 因此人们将这种分子间的作用力称为范德华力。要了解范德华 力，必须先了解分子的极性和偶极距的概念。分子的极性我们已经介绍过，正、 负电荷中心重合的分子叫做非极性分子。正、负电荷中心不重合的分子叫做极性 分子， 注意要理清分子极性和共价键极性的关系。偶极距则是用来衡量分子极性 大小的物理量。 在极性分子中， 正负电荷重心之间的距离称为偶极长， d 表示； 以 分子呈电中性，正负电荷电量相同，分子正或负电荷的电量以 q 表示，分子的偶 极长和偶极一端上电量的乘积就定义为分子的偶极距，以符号缪表示。缪等于 q*d。偶极距的数量级一般在 1*10 -30 次方库仑米范围，这个单位太复杂，我们 一般用德拜作为偶极距的单位，一德拜等于 3.33*10 -30 次方库仑米。偶极距作 为衡量分子极性的物理量，它越大，分子极性也就越大，如果偶极距为 0，那么 该分子就是非极性分子。2547．了解了偶极距的概念以后，我们就来具体介绍一下分子间的作用力。分 子的极化和变形是分子间产生吸引作用的根本原因。 分子间力有三种类型： 取 1． 向力。 两个极性分子互相靠近时， 由于极性分子固有偶极的作用， 产生同极相斥， 异极相吸，使极性分子在空间转向成为异极相邻的状态，就是图上这样，以静电 引力互相吸引。这种状态称为分子的取向，这种由极性分子在空间取向形成的作 用力，称为取向力。取向力只存在于极性分子之间，其大小偶极距平方成正比， 即分子偶极距越大，分子极性越大，取向力越大。取向力与热力学温度成反比， 温度越高，取向力越弱，而且随着分子间距离增大，取向力快速减小。 2．诱导力。当极性分子和非极性分子相互靠近时，极性分子的固有偶极会 使非极性分子变形而产生诱导偶极，图中深色的是极性分子，白色的是非极性分 子，被诱导产生诱导偶极，变成浅色的极性分子。极性分子的固有偶极与非极性 分子的诱导偶极之间产生了吸引力，这种吸引力称为诱导力。诱导力除了使非极 性分子产生偶极之外， 也会发生在极性分子之间，结果就是使极性分子的偶极距 增大，极性增强。诱导力还会出现在分子和离子以及离子和离子之间。被诱导分 子的变形性越大，分子间产生的诱导力就越大，分子的变形性和原子半径有关， 原子半径越大，分子越容易变形，诱导力也就越大。诱导力的其它影响因素和取 向力基本一致，不同之处就是诱导力和温度无关。 3．色散力。任何一个分子，由于电子的运动和原子核的振动，会出现电子 和核的瞬间相对位移，引起分子中正负电荷重心分离，产生瞬时偶极。当两个非 极性分子相互靠近时， 这种瞬时偶极也会诱使邻近的非极性分子产生瞬时诱导偏 极， 相邻分子会在瞬时产生异极相邻的状态， 如图。 分子间因此而产生了吸引力。 由于从量子力学导出的这种力的理论公式与光色散公式相似， 因此把这种力称为 色散力，其实二者并无联系。虽然瞬时偶极仅在瞬时出现，存在时间极短，但由 于分子处于不断运动之中， 因此不断地重复产生瞬时偶极，故分子之间始终存在 着这种色散力。色散力与相互作用分子的变形性成正比。虽然举例是在非极性分 子之间， 但是注意顺势偶极的定义是发生在任何一个分子中，也就是说色散力在 一切分子间都会发生。 48．介绍完三种分子间作用力，来说明一下它们的特点 1.分子间作用力是 一种吸引力。作用能量一般在几～几十 kJ?mol-1，比化学键小 1～2 个数量级。262.分子间作用力是一种短程力，作用范围约 500 皮米以内，一皮米等于 10 的负 12 次方米。而且没有方向性和饱和性。只要空间许可，气体凝聚时总是吸引尽 可能多的其他分子于其正负两极周围。3.分子间作用力以色散力为主。通常分子 量越大的分子，色散力越大，分子间作用力也越大。只有极性很大的分子，取向 力才占较大的比重。 分子间力对物质的物理性质，包括熔点、沸点、熔化热、气化热、溶解度和 粘度等都有较大的影响。例如，除了水，氟化氢和氨特殊以外，第四主族到第七 主族同族元素氢化物的熔、 沸点随相对分子质量的增加而升高，这是因为分子相 对质量增大也就是分子体积增大，那它的变形性也就增大，色散力随之增强。三 种特殊情况的存在是因为它们的分子间存在另一种作用力，氢键，这个马上就会 讲到。 49．最后特别要强调的是三种作用力的存在范围。前面已经提到，色散力是 存在于所有分子中， 诱导力会发生在极性分子间和极性与非极性分子间，取向力 则只存在于极性分子间。换一种说法，在非极性分子间只有色散力存在，在极性 和非极性分子间有色散力和诱导力的存在，在极性分子间三种力都存在。甲烷是 非极性分子，分子间只存在色散力；氟化氢是极性分子，分子间存在取向力，诱 导力和色散力；极性和非极性分子间存在色散力和诱导力。 50．刚才介绍分子间作用力的时候提到一个特殊情况，水，氟化氢和氨的熔 沸点大于同主族元素的氢化物， 原因就是这三种物质的分子间除了三种分子间作 用力外还存在一种特殊作用力， 我们称之为氢键。氢键之所以产生是因为当氢原 子与电负性很大、半径很小的原子 X（如 F、O、N 等）以共价键结合时，由于 X 原子吸引电子的能力很强， 共用电子对强烈偏向于 X 原子，氢原子几乎成为没有 电子云的只带有正电荷的“裸核” ，它的半径又很小，电荷密度很大，还可以与 另一个电负性很大，且半径较小的原子 Y（如 F、O、N 等）的孤对电子充分靠近 产生吸引力，形成氢键。氢键通常表示为 X—H?Y。氢键的示意图是这样的，红 色代表电负性大的氟，氧，氮原子，白色代表氢原子。 形成氢键的条件是： ⑴ 有一个与电负性很大、半径很小的原子 X 形成共价键的氢原子。 ⑵ 有另一个电负性很大、半径很小且有孤对电子的原子 Y。27X 和 Y 可以是同种元素，也可以是不同种的元素。 51．氢键的特点 氢键比共价键的键能小得多，约为 10～40kJ?mol－1，与分子间作用力的数 量级相同， 所以把它归入分子间作用力的范畴，但它又不完全等同于分子间作用 力，因此称它为特殊的作用力。除了分子间氢键外，某些化合物可以形成分子内 氢键，多是一些有机化合物。氢键的强弱与 X、Y 的电负性和半径大小有密切关 系。元素的电负性越大，形成的氢键越强。方向性：在氢键 X—H?Y 中，xhy 三 个原子在一直线上，以使 Y 与 X 距离最远，两原子电子云之间的斥力最小，从而 能形成较强的氢键。饱和性：当 X—H 与 Y 原子形成氢键后，氢原子不可能再与 另一个电负性大的原子形成氢键，也就是每个氢原只能形成一个氢键。 52． 这是第 4 主族到第 7 主族同族元素氢化物的熔沸点比较图。分子间形 成氢键增加了分子间的作用力，从而使物质的熔、沸点显著升高。所以本来应该 是熔沸点随分子量增加而升高，但是图中 HF、H2O、NH3 却因为含有氢键而导 致熔、沸点与同族氢化物相比都特别高。 53．最后介绍一下分子晶体，在晶格结点上排列的微粒为分子，分子之间通 过分子间力而形成的晶体， 称为分子晶体。由于分子间作用力远小于离子键和共 价键，因此分子晶体的熔点低，挥发性大，硬度小，总之就是物理性能不理想。 分子晶体包括非金属单质，例如氢分子晶体，氮分子晶体，碘分子晶体，惰性元 素的晶体，非金属元素之间的固体化合物，例如 CO2 晶体、HCl 晶体，和有机 化合物晶体等。 54．这道题需要大家先判断出晶体的类型，比较不同种类晶体的熔点也就是 化学键的强弱，如果是同种晶体，就需要比较晶体内作用力的大小。第一组氯化 铯是离子晶体，熔点最高，再比较氯化氢和氧气，都是分子晶体，存在分子间作 用力。氯化氢是极性分子，分子间存在色散，诱导和取向三种力，氧气是非极性 分子，只存在色散力，因此氯化氢晶体的作用力大于氧气晶体，熔点也较高。第 二组很好判断，单晶硅属于原子晶体，熔点最高，离子晶体氯化纳其次，氮分子 是分子晶体，熔点最低。第三组氯化钡是离子晶体，熔点最高。比较氟化氢和氮 气，氟化氢是极性分子，分子间存在色散，诱导和取向三种力，还含有氢键，氮 气是非极性分子，只存在色散力，因此氟化氢晶体的作用力大于氧气晶体，熔点 也较高。最后一组先排除熔点最高的氟化钠，比较氧气和氢气，二者都是非极性28分子，那么存在的分子间作用力只有色散力，前面讲过，色散力随分子变形性增 大而增大， 也就是随分子的体积和相对质量增加而增大，氧气分子相对质量大于 氢气分子，所以氧气晶体中的色散力大于氢气晶体，受其影响，氧气晶体的熔点 也就高于氢气晶体。 55．本章主要是介绍了离子键，共价键和分子间作用力以及依靠它们而形成 的晶体类型。其中，重点和难点还是在共价键部分，特别是价键理论，价层电子 对互斥理论和分子轨道理论这三大理论。下面布置一道课堂练习，需要结合杂化 轨道理论和价层电子对互斥理论来解决。29
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