文档介绍：结构化学
第二节化学键和分子结构
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化学键(Chemical band)是指分子或晶体中相邻两个或多个原子或离子之间的强烈作用力。根据作用力性质的不同,化学键可分为离子键、共价键和金属键等基本类型。不同的分子或晶体具有不同的化学组成和不同的化学键结合方式,因而具有不同的微观结构和不同的化学性质。
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一、离子键

1916年,德国化学家柯塞尔(W. Kossel)提出了离子键理论,解释电负性差别较大的元素间所形成的化学键。
离子键形成过程的能量曲线
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当带有相反电荷的离子彼此接近时,通过静电吸引,逐渐靠近,并使体系的总能量不断降低。但当两个或多个异性离子彼此相吸达到很近的距离时,正负离子的电子云之间,以及它们的原子核之间的斥力将随着核间距的缩小而迅速变大,并使整个体系的能量也迅速增大。当原子核间的距离达到某一个特定值时,正负离子间的引力和斥力达到平衡,体系的总能量降至最低。此时体系处于相对稳定状态,正负离子间形成一种稳定牢固的结合,即形成了化学键。这种由正负离子间的静电引力形成的化学键称为离子键。
通过离子键形成的化合物或晶体,称为离子化合物或离子晶体。
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(1) 无方向性
由于离子电荷的分布可看作是球形对称的,在各个方向上的静电效应是等同的。
(2) 无饱和性
同一个离子可以和不同数目的异性电荷离子结合,只要离子周围的空间允许,每一离子尽可能多地吸引异号电荷离子,因此,离子键无饱和性。但不应误解为一种离子周围所配位的异性电荷离子的数目是任意的。恰恰相反,晶体中每种离子都有一定的配位数,它主要取决于相互作用的离子的相对大小,并使得异性离子间的吸引力应大于同性离子间的排斥力。
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(1) 离子半径,离子电荷与离子势Z/r
离子半径r是指离子在晶体中的接触半径。把晶体中的正、负离子看作是相互接触的两个球,两个原子核之间的平均距离——核间距d,即为正、负离子半径之间之和,即
离子半径的测算示意图
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元素的离子半径周期性变化规律与原子半径的变化规律大致相同:
同一主族各元素的电荷数相同的离子,离子半径随电子层数的增加而增大。如; 。
同一周期各元素的离子,当电子构型相同时,随离子电荷数的增加,阳离子半径减小,阴离子半径增大。如, 。
而阴离子半径总比同周期元素的阳离子半径大。同一元素的高价阳离子总比低价阳离子小。
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离子电荷Z是指离子所带的电荷。按照物理原理,离子电荷(绝对值)越大,其静电作用越强。而当所带电荷相同时,离子半径越小,其静电作用越强。对于同种构型的离子晶体,离子电荷越大,半径越小,正负离子间引力越大,晶格能越大,化合物的熔点、沸点一般越高。通常用离子势Z / r来表示Z及r对离子静电作用的综合影响。离子势越大,则对异号离子的静电作用愈强,生成的离子键愈牢固。
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(2) 离子的电子构型,特别是其价层电子构型
事实表明,离子的电子构型亦将影响到离子静电作用的大小,特别是当离子的离子势(Z/r)大小差不多时,离子的电子构型将是决定形成的离子键强弱的主要因素。
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通常,原子得到电子形成负离子时电子将填充在最外层轨道上,形成稀有气体的电子层结构;而原子失去电子形成正离子时,先失去最外层的电子。
负离子的电子层构型,与稀有气体的电子层构型相同。例如,Cl-:3s23p6;O2-:2s22p6。
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