第3章 化学键第六节没翻译完.docx
- 文档编号:9326246
- 上传时间:2023-02-04
- 格式:DOCX
- 页数:25
- 大小:1.15MB
第3章 化学键第六节没翻译完.docx
《第3章 化学键第六节没翻译完.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第3章 化学键第六节没翻译完.docx(25页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
第3章化学键第六节没翻译完
第3章化学键Bonding
3.1离子键的性质Thenatureofionicbonding
学习目标Learningobjectives:
离子如何形成,并且相互吸引?
离子键合化合物具有哪些性质?
离子键合化合物具有哪些结构?
大纲参考:
3.1.3
化学键是如何形成的?
Whydochemicalbondsform?
原子之间的化学键通常会涉及到原子的外层电子。
∙由于稀有气体的外层电子具有全满电子层结构(见图1),因此稀有气体性质非常稳定。
∙当原子相互结合时,他们会共享或者转移电子,实现更加稳定的电子排列,通常是其外层电子变成全满电子层结构,就像稀有气体一样。
∙有三种类型的化学键:
离子键、共价键和金属键。
图1稀有气体
Helium氦
Neon氖
Argon氩
离子键Ionicbonding
金属元素的外层主能级具有1个、2个或3个电子,因此金属元素要实现稀有气体的外层全满电子层结构,最简单的方式就是失去外层的电子。
而非金属元素的外层主能级具有空隙,因此非金属元素要实现稀有气体外层的全满电子层结构,最简单的方式就是获取电子。
∙离子键是在金属元素和非金属元素之间形成的化学键。
∙在离子键中,电子从金属元素转移到非金属元素。
∙形成阳离子和阴离子。
氯化钠具有离子键结构,如图2所示。
钠原子氯原子
11个质子17个质子
11个电子17个电子
图2点叉结构图显示了一个电子从一个钠原子转移到一个氯原子中。
注意一点,无论通过点或叉表示电子,所有电子都是完全相同的。
钠11Na原子中具有11个电子(和11个质子)。
钠的电子排列结构为2、8、1。
氯17Na原子中具有17个电子(和17个质子)。
氯的电子排列结构为2、8、7。
在氯化钠的离子键中,一个电子得到转移。
钠原子外层中的一个电子转移到氯原子外层的主能级中。
如今,每个外层主能级都是满电子结构。
钠和氯现在都具有稀有气体电子排列结构。
钠具有氖气的电子排列结构,而氯具有氩气的电子排列结构(将图3中的离子与图1中的稀有气体原子进行对比)。
科学探索HowScienceWorks
电子的外层满电子层
20世纪10年代,美国化学家吉尔伯特·路易斯(GilbertLewis)认识到电子的外层满电子壳层的稳定性意义,从而提出了共价键理论,即两个(或多个)原子可以相互“共有”一对或多对电子,以便达成稀有气体原子的电子层结构,而形成共价键。
图3电子转移形成离子的过程
Na+sodiumion钠离子
11protons,10electrons(2,8)11个质子,10个电子
Cl-chlorineion(calledchloride)氯离子
17protons,18electrons(2,8,8)17个质子,18个电子
由于一个电子发生转移,形成两个称为离子的带电荷的粒子。
∙钠离子带正电,因为钠失去一个电子;
∙氯离子带负电,因为氯得到一个电子;
∙钠离子和氯离子相互吸引,氯化钠化合物中这种带相反电荷离子之间的作用力称为静电力。
因此,离子键是带相反电荷离子之间的静电吸引结果。
这种吸引力会扩展到化合物。
阳离子会吸引阴离子,反之亦然。
所有带相同电荷之间的离子之间也存在排斥力。
因此,离子化合物还存在一种称为晶格的结构中,这种结构中的吸引力和排斥力之间相互平衡。
图4展示了氯化钠的三维晶格结构,含有一个带电离子。
氯化钠的分子式为NaCl,因为我们知道每个钠离子都对应一个氯离子。
图4氯化钠的晶格结构。
这是一个巨型离子结构的实例。
这种强烈的键合结构贯穿化合物,正因为此,这种晶格结构难以熔化。
Chlorideion氯离子
Sodiumion钠离子
举例:
氧化镁
镁原子具有12个电子,其电子排列结构为2,8,2。
氧原子具有8个电子,其电子排列结构为2,6。
这次,两个电子从镁原子中转移。
每个氧原子接受两个电子。
Magnesiumatom
12protons,12electrons
镁原子
12个质子,12个电子
Oxygenatom
8protons,8electrons
氧原子
8个质子,8个电子
Mg2+magnesiumion
12protons,10electrons(2,8)
Mg2+镁离子
12个质子,10个电子(2,8)
O2-Oxygenion
8protons,10electrons(2,8)
Mg2+镁离子
12个质子,10个电子(2,8)
学习建议Studytip
这种点叉结构图有助于学生理解化学键的原理,并预测分子的形状。
提示Hint
电流是电荷的流动。
在金属中,负电子会移动。
在离子化合物中,带电离子会移动。
∙镁离子Mg2+带正电荷,因为其失去两个负电子。
∙氧离子O2-带负电荷,因为其得到两个负电子。
∙氧化镁的分子式为MgO。
离子键合化合物的性质Propertiesofionicallybondedcompounds
离子化合物在室温条件下通常是固体。
它们有巨大的结构,因此具有较高的熔点温度。
原因在于为了熔化一种离子化合物,必须提供能量,拆分离子的晶格。
离子化合物在熔化状态或者溶解在水(液体)中而非固体状态时可导电。
原因在于,带电的离子能在液体状态移动,不过却无法在固体状态移动,如图5所示。
图5离子性液体可导电,但是离子性固体无法导电
Cathode阴极anode阳极
Solid固体liquid液体
Theionsarenotfreetomoveinthesolidstate固体状态的离子无法自由移动
Theionsarefreetomoveintheliquidstateandthecompoundconductselectricity离子在固体状态可自由移动,化合物可导电
离子化合物易碎,在外力打击下很容易碎掉。
原因在于,离子化合物形成阳离子和阴离子交替的晶格结构,如图6所示。
如图示方向所示的一击可能会使离子发生移动,并在带同种电荷的离子之间形成连接。
asmalldisplacementcausescontactbetweenionswiththesamecharge
…andthestructureshatters这种
Shatters
图6离子化合物的脆弱性
小结问题Summaryquestions
1、如下哪几个选项是离子化合物,原因在哪?
ACOBKFCCaODHF
2、为何离子化合物具有较高的熔点温度?
3、在哪种条件下,离子化合物可导电?
4、请画出“点叉”图展示如下的化合物:
A当镁和氟气发生反应时,正形成离子;
B当钠和氟气发生反应时,正形成离子。
5、请写出问题4中形成的化合物的分子式。
6、您认为Mg2+和O2-离子的电子排列结构分别对应哪种稀有气体?
3.2共价键Covalentbonding
学习目标Learningobjectives:
什么是共价键?
什么是配位化学键?
共价键分子有哪些性质?
大纲参考:
3.1.3
非金属原子需要接收电子,填充原子外壳电子层内的空间。
一对非金属原子之间形成一个共价键
原子会分享某些外层电子,每个原子都有一个稳定的稀有气体原子结构排列。
一个共价键是一对共享电子对。
共价键如何形成分子Formingmoleculesbycovalentbonding
一组通过共价键键合的原子称为分子。
例如,氯气是气体,由分子构成,如图1所示。
图1氯气分子的形成方式
Chlorineatoms氯原子
Achlorinemolecule氯气分子
氯原子内有17个电子,其电子排列方式为2、8和7。
两个氯原子之间通过共价键键合形成一个氯气分子。
两个原子共享一对电子;
现在,每个原子的电子排列结构与稀有气体相同;
氯气的分子式为Cl2;
分子是中性的,因为没有电子从一个原子转移到另外一个原子。
我们可通过在原子之间添加一条横线代表一对共价键之间的一对共享电子。
例题:
甲烷
甲烷气体是碳和氢之间通过一个共价键形成的化合物。
碳原子内有6个电子,排列方式为2、4;而氢原子内仅有一个电子。
carbon碳hydrogen氢
为了使碳形成稀有气体的电子排列结构,每个碳原子需要和四个氢原子进行电子配对。
Methane甲烷
甲烷的分子式为CH4。
提示Hint
注意,氢的外层主能级中仅有两个电子。
(这两个电子填充了第一电子层,从而使氢气形成了稀有气体氦气的电子结构。
)
共享电子对如何使原子结合在一起?
Howdoessharingelectronsholdatomstogether?
通过共价键键合在一起的原子依靠原子核和共享电子对之间的静电引力结合在一起。
分子内部之间具有这种静电引力。
氢气是通过共享电子对结合在一起的最简单的例子。
氢气分子由两个质子构成,这两个质子通过一对电子结合在一起。
氢气之间的静电引力如图2所示。
这种引力通过黑色表示,而排斥力则通过红色表示。
当原子核与电子之间存在一个距离时,这种静电引力与排斥力之间正好处于一个平衡状态。
Electron电子proton质子
图2一个氢气分子内部的静电引力
图3一个氧气分子具有一个双键
Oxygen氧气
双共价键Doublecovalentbonds
一个双键内具有四个电子形成共享电子对。
一个氧气分子中的两个原子共享两对电子,因此氧原子之间有一个双键,如图3所示。
我们可以在两个原子之间画一条双横线表示共价键之间的两对共享电子,O=O。
我们在画这个共价键图示时,我们会忽略内层主能级,因为内层电子不会参与电子配对。
共价键分子的其他实例如表1所示。
表1中的所有例子都是中性分子。
分子内部的原子通过分子之间的共价键强烈键合在一起。
然而,分子之间并没有形成强烈的吸引力。
表1共价键分子的例子。
这个表格仅仅显示了外电子层。
分子式
名称
分子式
名称
氢气
每个氢原子具有一个满外层主能级,外层中只有两个电子
氨气
氯化氢
乙烯
乙烯分子中具有一个碳-碳双键
水
二氧化碳
这个分子中具有两个碳-氧双键。
分子结构物质的性质Propertiesofsubstanceswithmolecularstructures
∙由分子构成的物质可以是气体、液体或者低熔点温度的固体物质。
原因在于这种强共价键仅仅存在于分子内部的原子之间。
分子之间只有比较弱的吸引力,因此不需要太大的能量就可以使分子分开。
∙由分子构成的物质导电性能比较弱,因为分子总体上呈中性。
这意味着分子物质内部没有能输送电流的带电离子。
∙如果将分子构成的物质溶解于水,并作为分子存在,这种溶液无法导电。
原因还是由于分子构成的物质内部没有带电粒子。
提示Hint
某些共价键化合物与水发生反应形成离子。
这种情况下形成的溶液可导电。
Co-ordinatebonding配位键
两个原子之间通过共享一对电子形成一个共价键。
在大多数共价键中,每个原子提供一个电子。
不过在某些化学键中,一个原子会提供两个电子。
这称为配位化学键,还称为配位共价键。
在一个配位化学键或配位共价键内部:
接受电子对的原子其外层主能级未填充电子。
我们将这种原子称为缺电子体。
提供电子的原子有一对电子,这对电子不出现在化学键中,称为孤对电子。
实例:
铵根离子
例如,氨气分子具有一对孤对电子。
在氨离子NH4+中,氮原子具有一对孤对电子,与一个氢离子H+形成一个配位键(H+是根本不含电子的“裸”质子,因此是缺电子体)。
Lonepair孤对电子
Written写作
ammoniumion铵根离子
配位共价键可通过一个箭头符号→表示。
箭头指向的原子是接受电子配对的原子。
不过,这种表达方式只能显示如何形成这种化学键。
铵根离子完全对称,所有化学键具有完全相同的强度和长度。
与普通的共价键一样,配位共价键的相同对的原子之间具有相同的强度和长度。
铵根离子具有配位共价原子,不过是一个带电阳离子。
小结问题Summaryquestions
1、什么是共价键?
2、下列哪些选项具有共价键,原因何在?
ANa2OBCF4CMgCl2DC2H4
3、为何共价键分子可以是气体、液体或低熔点温度的固体?
4、请画出氢元素与硫元素形成的化合物硫化氢的点叉成键示意图。
5、请画出水分子与一个氢离子形成配位键的点叉成键示意图。
3.3电负性-共价键的键极性Electronegativity-bondpolarityincovalentbonds
学习目标Learningobjectives:
电负性这个术语的意思是?
什么原因使一个原子的电负性强于其他原子?
在一个共价键中的原子上标注符号δ+和δ-,意义何在?
大纲参考:
3.1.3
学习建议Studytip
学习电负性的定义。
将原子结合在一起的力量全部来自正电荷与负电荷之间的吸引力。
在离子键中,电子从一个原子完全转移到另一个原子。
不过,即使在配位键中,如果一个原子要比其他原子更容易吸引电子,那么由原子共享的电子分布并不均衡。
我们认为这种原子的电负性要比其他原子更强。
电负性Electronegativity
电负性指的是一个原子将共价键中的电子强度吸引到朝向自我的能力。
例如,与氢气相比,氟气更擅长吸引电子。
我们认为氟气的电负性要比氢气强。
当我们将电子视为电荷云时,电子密度这个术语通常用于描述分子内负电荷的分布方式。
鲍林规则可测量电负性,范围从0到4。
这个数值越高,原子的电负性越强,如表1所示。
稀有气体的电负性没有赋值,因为一般情况下,稀有气体不会形成共价键。
表1鲍林电负性数值
元素的电负性取决于:
1、核电荷;
2、原子核与外层电子之间的距离;
3、内层电子对原子核电荷的屏蔽作用。
注意:
原子越小,原子核距离共享的外层主能级中的电子越近,原子的电负性越强。
核电荷越强(对于给定的屏蔽效应),其原子的电负性越强。
学习建议Studytip
我们将学习电负性的定义
提示Hint
我们认为具有电负性的原子具有更强的“电子拉力”。
电负性的变化趋势Trendsinelectronegativity
∙元素周期表中同一主族的元素的电负性变化规律为,从下往上元素的原子电负性增强(原子越来越小),内层电子屏蔽性较弱。
∙元素周期表中同一周期的元素的电负性变化规律为,从左往右元素的电负性增强。
元素原子的核电荷增强,内层主能级的数量不变,原子越来越小。
∙因此,元素周期表中电负性最强的原子在周期表的右上方(忽略形成少数化合物的稀有气体)。
电负性最强的原子是氟、氧、氮以及氯(电负性逐渐减弱)。
表2元素电负性的变化趋势
图1氟气分子的电子排列图
图2氟气分子周围的电荷云
图3氟化氢分子的电子排列图
图4氟化氢分子周围的电荷云
提示Hint
δ+与δ-读作“德尔塔加”和“德尔塔负”。
+号与-号代表相当于一个电子的电荷。
δ+与δ-代表少于一个电子的电荷。
共价键的极性Polarityofcovalentbonds
极性指的是通过共价键键合在一起的原子之间对电子的不相同分享。
极性是化学键的一种性质。
两个相同原子之间的共价键Covalentbondsbetweentwoatomsthatarethesame
当两个原子完全相同时,例如在氟气分子中,两个氟原子之间一定分享相同的电子数量(如图1所示);两个原子具有完全相同的电负性,并且这个化学键完全是非极性的。
如果我们将电子视作是在电荷云中,那么这种电荷云均匀分布在两个原子之间,如图2所示。
两个不同原子之间的共价键Covalentbondsbetweentwoatomsthataredifferent
如果两个具有不用电负性的原子之间形成一个共价键,化学键中的电子无法在原子之间均匀分布。
例如,氟化氢分子HF如图3所示。
氢原子的电负性为2.1,而氟原子的电负性为4.0。
这意味着氟原子要比氢原子对共价键中的电子的吸引力更强。
电荷云将偏向氟原子,如图4所示。
因此,氟化氢分子的氟原子端略微带负电,而氢原子端略微带正电,即,氢原子是缺电子体。
通过将部分电荷添加到分子式中表示氟化氢这种特点:
诸如此类的共价键是极性的化学键。
两个原子之间的电负性差别越大,那么共价键的极性越强。
虽然H-F键是共价键,但是氟化氢分子具有某些离子的特征。
氟化氢分子的发展趋势为,原子分离并形成带电离子。
氟化氢还可能含有具有某些共价键特征的离子键。
小结问题Summaryquestions
1、请阐释氟原子要比氯原子电负性更强的原因。
2、请书写δ+和δ-符号显示氟化氢分子中化学键的极性。
3、A请阐述如下选项中哪些共价键是非极性共价键?
B请阐释你的答案。
IH-HIIF-FIIIH-F
4、a请按照极性增强的顺序排列如下共价键:
H-O,H-F,H-N。
b请阐释你的答案。
3.4金属键Metallicbonding
学习目标Learningobjectives:
金属中化学键具有哪些性质?
金属有哪些特点?
大纲参考3.1.3
金属是由原子构成的微小的成分,这些原子容易失去多达三个外层电子,变成带正电的金属离子。
例如,钠的电子排列结构为2,8,1,容易失去外层的一个电子;铝的电子排列结构为2,8,3,容易失去外层的三个电子。
金属键Metallicbonding
金属元素中的原子内部无法发生电子转移(就像离子键一样),除非有某个非金属原子可以接受电子。
在金属原子中,原子的外层主能级发生融合。
外层电子不再与任何特殊的原子相关联。
金属键的一个简单结构图在于,在金属中,大量外层电子围绕阳离子晶格。
这些电子是离域电子。
这意味着这些电子并非与某个特殊的原子相连接。
镁金属如图1所示。
阳离子彼此排斥,这种排斥力受到阳离子与带负电荷的离域电子之间静电吸引力的平衡。
图1镁原子中大量的离域电子
▪离域电子的数量取决于每个金属原子失去的电子的数量。
▪金属键四散分布在金属中,因此金属具有巨大的结构。
提示Hint
离域这个单词通常用作描述分布在两个以上原子之间的电子云。
金属的性质Propertiesofmetals
金属是电和热的良好导体Metalsaregoodconductorsofelectricityandheat
由于离域电子能在金属中到处运动,因此金属是良好的导电体。
供电子体阴极端的电子会与金属丝一端的电子云相连接,而与此同时,不同的电子会将金属丝留在阳极端,如图2所示。
金属还是热的良好导体。
我们认为金属是高热导体。
这种良好的导热性部分归功于大量的电子,另外一个因素在于,紧密包裹的离子愈加强烈的震动也会传播热量。
Electronin电子进入的方向
Electronout电子出去的方向
Metal金属
图2金属的导电性能
金属的强度Thestrengthofmetals
一般说来,任何金属键的强度取决于如下几个因素。
▪离子上的电荷:
离子上的电荷越大,离域电子的数量越多,阳离子和电子之间的静电吸引力越强。
▪离子大小:
离子越小,电子距离带正电荷的原子核越近,金属键的强度越强。
金属中金属键强度比较强。
离域电子可阐释这个强度。
这些强度拓展到固体内部,单个的金属键无法断裂。
金属具有锻造性和延展性Metalsaremalleableandductile
金属具有锻造性(可打造成型)和延展性(可拉成细丝)。
当金属形状略微变形后,每个金属离子所处环境仍然与金属变形之前的环境完全相同,因此保留了新的形状,如图3所示。
图3金属的锻造性和延展性
与之对应的是,从章节3.1中我们已经学到了离子化合物的脆度。
金属具有较高的熔点Metalshavehighmeltingpoints
金属一般具有较高的熔点和沸点,原因在于金属具有巨大的金属键结构。
金属离子与大量的离域电子之间存在强烈的吸引力。
这使得原子难以分离。
小结问题Summaryquestions
1、请给出金属和非金属之间物理性质的三个不同点。
2、请书写具有20个电子的钙原子Ca的电子排列结构。
3、一个钙原子需要失去多少电子才可以获得一个稳定的稀有气体电子构造?
4、每个钙原子需要向离域电子贡献多少个电子,才能将金属原子聚合在一起?
5、钠原子形成一个带一个正电荷的阳离子,其金属半径为0.191nm。
镁原子形成一个带一个两个正电荷的阳离子,其金属半径为0.160nm。
那么你认为这两种金属的如下特征具有哪些相同点和不同点?
请阐释你的答案。
A熔点
B金属的强度
3.5分子间作用力Forcesactingbetweenmolecules
学习目标Learningobjectives:
分子之间的力有哪三种类型呢?
偶极子-偶极子以及范德华力是如何引起的呢?
范德华力对沸点有何影响?
大纲参考3.1.3
提示Hint
实际情况下,范德华力缩写为一个小写字母v,甚至在一句话的开头。
分子和巨大结构化合物内的原子通过强的共价键、离子键或金属键结合在一起。
分子和分开的原子通过较弱的称为分子间作用力相互吸引。
如果分子间作用力左右强大,那么分子被紧密地连接在一起,成为液体甚至固体。
分子间作用力Intermolecularforces
分子间作用力有三种类型:
范德华力vanderWaalsforces
在所有的原子和分子之间都存在范德华力;最弱
偶极子-偶极子之间作用力Dipole-dipoleforces↓
只存在某种类型的分子之间↓
氢键Hydrogenbonding↓
只作用于某种类型的分子之间最强
偶极子-偶极子之间作用力Dipole-dipoleforces
偶极矩Dipolemoments
极性是某种化学键的性质,这点从章节3.3中已经学过,不过具有极性键的分子可能具有偶极矩。
这总结了分子内所有化学键的极性效果。
在某些具有一种以上的极性键的分子内,这些化学键相互作用,可能会取消效果,从而使得分子不含偶极矩。
这些化学键的效果也可能会叠加,并相互增强。
这取决于分子的形状。
例如,二氧化碳是一种线性分子,偶极作用被取消。
四氯甲烷是一个四面体,因此,这种偶极作用也相互取消。
四氯甲烷
不过在二氯甲烷分子内,由于二氯甲烷分子的形状原因,这种偶极并没有取消。
二氯甲烷
偶极-偶极间作用力是具有永久偶极子的分子之间的作用力。
例如,在氯化氢分子内,氯的电负性要强于氢。
因此,电子更靠近氯原子而非氢原子。
因此,氯化氢分子具有一个偶极子,并写作Hδ+-Hδ-。
同时具有偶极子的两种分子会相互吸引,如图1所示。
无论这两种分子的初始位置如何,带有偶极子的分子都会发送快速翻转,从而使得两个分子之间相互吸引。
学习建议St
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第3章 化学键第六节没翻译完 化学键 第六 翻译