第三单元 共价键、原子晶体.ppt.ppt

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1、第三单元共价键、原子晶体,一、共价键,一、共价键,1、定义：原子间通过共用电子对所形成的的化学键。,2、特点 成键微粒：原 子 成键本质：共用电子对 成键原因：不稳定要趋于稳定；体系能量降低 成键的条件：（1）电负性相同或差值小的非金属原子之间(或金属与非金属原子之间)。（2）原子最外层未达到饱和状态,即原子有未成对电子。共价键具有：饱和性、方向性 存在范围：非金属单质、共价化合物、离子化合物,(1)非极性键：两个成键原子吸引电子的能力相同(电负性相同)，共用电子对不发生偏移的共价键,(2)极性键：两个成键原子吸引电子的能力不同(电负性不同)，共用电子对发生偏移的共价键,3.共价键的类型：极性

2、键和非极性键（图片投影）,(3)一般情况下，同种元素的原子之间形成非极性共价键，不同种元素的原子之间形成极性共价键。,(4)在极性共价键中，成键原子吸引电子能的差别越大，共用电子对的偏移程度越大，共价键的极性越大。,交流讨论,1.下列分子中存在的共价键中，哪些是极性键，哪些是非极性键？,2.下列共价键极性大小顺序是 HF HCl HBr HI,NH键 OH键 HF键,N2、O2、F2、H2、H2O、HCl,4、共价键、及其形成过程表示方法电子式、结构式,（1）写出氨分子的电子式和结构式。（2）用电子式表示H和N形成NH3的过程。,注意：离子键也可用电子式表示其形成过程,交流：氨气与盐酸反应的化

3、学方程式和离子方程式。,NH3+HCl=NH4Cl NH3+H+=NH4+,氨分子中各原子均达稳定结构，为什么还能与氢离子结合？,氮原子有孤对电子，氢离子有空轨道。共用电子对全部由氮原子提供。,配 位 键,由一个原子提供孤对电子，另一个原子提供空轨道形成的共价键称配位键（是一种特殊的共价键）。,氨根离子与水合氢离子等是通过配位键形成的。,配位键用“”表示，箭头指向接受孤对电子的原子。,铵根离子中的四个氮氢键完全一样(键长、键能相同),非极性键、极性键与配位键的比较,非极性键,极性键,配位键,共用电子对不发生偏移,共用电子对偏向一方原子,共用电子对由一方提供,相同非金属元素原子的电子配对成键,不

4、同非金属元素原子的电子配对成键,一方原子有孤电子对，另一方原子有价层空轨道,H2,HCl,NH4+,5、共价键参数,（1）键能 在101kPa、298K条件下。1mol 气态AB分子生成气态A原子和B原子的过程所吸收的能量，称为AB键共价键得键能。如在101kPa、298K条件下。1mol气态H2生成气态H原子的过程所吸收的能量为436kJ，则HH键的键能为436kJmol-1 共价键的键能用来衡量共价键牢固程度，共价键键能越大表示该共价键越牢固，即越不容易被破坏。（2）键长：两原子核间的平均间距 共价键的键能越大，两原子核的平均间距键长越短。（3）键角：相邻共价键之间的夹角，(共价键方向性)

5、,6、共价键强弱,键长（成键原子的核间距）,共价化合物：相邻的原子之间只以共价键相连的化合物属于共价化合物。如二氧化碳、水、甲烷等。,2键能大小与分子稳定性的关系：对结构相似的分子，键长越短，键能越 大，分子越稳定。,1.影响共价键键能的主要因素（1）一般情况下，成键电子数越多，键长越短，形 成的共价键越牢固，键能越大.（2）在成键电子数相同，键长相近时，键的极性越 大，键能越大.,小结：1.影响共价键强弱的因素 2.共价键强弱与分子稳定性的关系,P49,(2)H=2 436kJ/mol+498kJ/mol2(2463)kJ/mol=482kJ/mol,（1）H=946kJ/mol+3436k

6、J/mol 2（3393）kJ/mol=104kJ/mol,2.根据卤化氢键能的数据解释卤化氢分子的稳定性 HF HCl HBr HI,1.根据表3-5中的数据,计算下列化学反应中的能量变化H。(1)N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)(2)2H2(g)+O2(g)=2H2O(g),金属键、离子键和共价键的比较,静电作用,共用电子对,电性作用,无,无,既有方向性又有饱和性,金属元素的原子半径和单位体积内自由电子数目,阴、阳离子的电荷数和核间距,键长、成键电子数、极性,二、原子晶体,金刚石具有很高的熔、沸点和很大的硬度。你能结合金刚石晶体的结构示意图解释其中的原因吗？,由于金刚石晶体中所有原

7、子都是通过共价键结合的，而共价键的键能大，如CC键的键能为348kJmol-1。所以金刚石晶体熔、沸点很高，硬度很大。,二.原子晶体,相邻 间通过 结合而成的具有 结构的晶体,2、组成微粒:,3、微粒间作用力:,知识回顾,1、定义：,共价键,空间网状,原子,原子,共价键,4、原子晶体的特点,、晶体中 单个分子存在；化学式只代表。,没 有,原子个数之比,、熔、沸点；硬度；溶于一般溶剂；导电。,很 高,很 大,难,不,5、影响原子晶体熔沸点、硬度大小的因素：,共价键的强弱,键长的大小,一般键长越小，键能越，原子晶体的熔沸点越，硬度越。,大,高,大,正四面体,金刚石 的晶体结构模型,最小环为六元环,

8、81/8+61/2+4=8,1在金刚石晶体中每个碳原子周围紧邻的碳原子有个2在金刚石晶体中每个碳原子形成共价键3.在金刚石晶体中最小碳环由碳原子来组成4.每个碳原子可形成个六元环,每个C-C键可以形成个六元环。5在金刚石晶体中碳原子个数与CC共价键个数之比是.在金刚石晶胞中占有的碳原子数,4个,1 2,6个,4,8个,12,小结：,180,10928,Si,O,共价键,二氧化硅的晶体结构,1.在SiO2晶体中，每个硅原子与 个氧原子结合；每个氧原子与 个硅原子结合；在SiO2晶体中硅原子与氧原子个数之比是。2.在SiO2 晶体中，每个硅原子形成 个共价键；每个氧原子形成 个共价键；3.在SiO

9、2 晶体中，最小环为 元环。,2,1：2,4,4,2,1：4,1：2,12,4.每个十二元环中平均含有硅原子,=61/12=1/2,硅原子个数与SiO 共价键个数之是；氧原子个数与SiO 共价键个数之比是。,每个十二元环中平均含有SiO键,=121/6=2,小结：,教科书 P51,晶体硅（Si）、金刚沙（SiC）都是与金刚石相似的原子晶体，请根据表3-6中数据分析其熔点、硬度的大小与其结构之间的关系。,键长:CC CSi SiSi,所以熔点、硬度:金刚石SiCSi,结构相似的原子晶体，成键的原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体熔点越高,硬度越大。,原子晶体的物理特性,在原子晶体中，由于原子间

10、以较强的共价键相结合，而且形成空间立体网状结构，所以原子晶体的 熔点和沸点高 硬度大 一般不导电 且难溶于一些常见的溶剂,常见的原子晶体,某些非金属单质：金刚石（C）、晶体硅(Si)、晶体硼（B）等某些非金属化合物：碳化硅（SiC）晶体、氮化硼（BN）晶体某些氧化物：二氧化硅（SiO2）晶体、Al2O3晶体,2.氮化硅是一种新合成的材料，它是一种超硬、耐磨、耐高温的物质。下列各组物质熔化时，所克服的作用力与氮化硅熔化所克服的微粒间的作用力都相同的是()A.硝石和金刚石 B.晶体硅和水晶C.冰和干冰 D.萘和蒽,B,练 习,3.碳化硅（SiC）具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替

11、的。在下列三种晶体金刚石晶体硅碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是（）A.B.C.D.,A,练 习,5.单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据,晶体硼的晶体类型属于_晶体，理由是_。已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面体，其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个项点上各有1个B原子。通过视察图形及推算，此晶体体结构单元由_个硼原子构成。其中BB键的键角为_。共含有_个BB,原子,熔点高、硬度大,12,60,30,练 习,共价键的形成,交流与讨论：两个氢原子如何形成氢分子?（1）氢原子电子排布式：（2）基态氢原子轨道表示式：（3）原子之间形成共价键的原因：原子轨道填满电子，且电子自

12、旋相反，体系能量最底，最稳定。,v,r,0,V：势能 r：核间距,两个核外电子自旋方向相反的氢原子靠近,r0,v,r,0,r0,V：势能r：核间距,r0,v,r,0,r0,V：势能 r：核间距,r0,v,r,0,r0,V：势能 r：核间距,v,r,0,V：势能 r：核间距,两个核外电子自旋方向相同的氢原子靠近,氢气分子形成过程的能量变化,相距很远的两个核外电子自旋方向相反的氢原子相互逐渐接近,在这一过程中体系能量将先变小后变，成键后能量达到最低，形成稳定的氢气分子。两个自旋方向相同的电子不能配对成键。,从核间距和成键电子的自旋方向来观察能量的变化情况。,电子配对原理 两原子各自提供1个自旋方向

13、相反的电子彼此配对。最大重叠原理 两个原子轨道发生重叠，重叠部分越大，两核间电子的概率密度越大，形成的共价键越牢固，分子越稳定。,1、共价键的形成原理,NH3分子中的共价键,2、共价键的形成本质,成键原子相互接近时，原子轨道发生重叠，自旋方向相反的未成对电子形成共用电子对，两原子核间的电子密度增 加，体系的能量降低。,教科书 P44,1.根据H2分子的形成过程，讨论F2分子和HF分子是怎么形成的？,2.为什么N、O、F与H形成简单的化合物(NH3、H2O、HF)中H原子数不等？,3、共价键的特征,（1）具有饱和性 在成键过程中,每种元素的原子有几个未成对电子通常就只能形成几个共价键，所以在共价

14、分子中每个原子形成共价键数目是一定的。,（2）具有方向性,在形成共价键时，两个参与成键的原子轨道总是尽可能沿着电子出现机会最大的方向重叠成键，而且原子轨道重叠越多，电子在两核间出现的机会越多，体系的能量下降也就越多，形成的共价键越牢固。因此，一个原子与周围的原子形成的共价键就表现出方向性（s 轨道与 s 轨道重叠形成的共价键无方向性，例外）。,4、共价键的类型键和键,S轨道和p轨道形成稳定共价键的几种重叠方式,（1）头碰头重叠键,px s,（2）键：,原子轨道以“肩并肩”方式相互重叠导致电子在核间出现的概率增大而形成的共价键,键的类型,键的类型,ss(键),pxpx(键),spx(键),pzp

15、z(键),pypy(键),氮分子中原子轨道重叠方式示意图,三、杂化轨道、分子空间构型,1、杂化轨道 原子之间形成共价键时，原子轨道形状和伸展方向会发生改变。为了解释甲烷、乙烯、乙炔、苯等分子的空间构型，美国化学家鲍林于1931年提出了杂化轨道理论，运用该理论可以解释很多分子的空间构型。,C原子轨道,C在形成甲烷分子的过程中：,P48,C在形成乙烯分子的过程中：,乙烯分子中原子轨道重叠方式示意图,C在形成乙炔分子的过程中：,乙炔分子中轨道重叠方式示意图,小结：,键与键的比较,“头碰头”重叠,肩并肩重叠,单键是键，双键、三键中只有一个是键,单键不可能是键，双键中有一个、三键中有两个是键,重叠程度较

16、大，比较牢固,重叠程度较小，较易断裂,乙烷：个键；乙烯：个键 个键；乙炔：个键 个键,7,5,1,3,2,请指出乙烷、乙烯、乙炔分子中存在哪些类型的共价键，分别有几个键，几个键？,苯分子中的大键,氯氯键非极性键,氢氯键极性键,石墨的晶体结构模型,石墨的晶体结构,石墨晶体是层状结构，在每一层内，碳原子排成六边形，每个碳原子都与其他3个碳原子以共价键结合，形成平面的网状结构。在层与层之间，是以分子间作用力相结合的。由于同一层的碳原子间以较强的共价键结合，使石墨的熔点很高。但由于层与层之间的分子间作用力较弱，容易滑动，使石墨的硬度很小。像石墨这样的晶体一般称为过渡型晶体或混合型晶体。,(1)层状结构,最小碳环为平面正六边形,即为六元环(在同一平面上)。,(2)每个碳原子为3个六元环所共有,每个C-C键为2个六元环所共有。,(3)每个六元环中平均含有碳原子,=61/3=2,每个六元环中平均含有C-C键,=61/2=3,即碳原子数:C-C键键数,=2:3,小结：,