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文檔簡介
§1-2結(jié)合鍵InteratomicBonding結(jié)合鍵:原子結(jié)合成份子或固體方式和結(jié)協(xié)力大小。結(jié)合鍵決定了物質(zhì)一系列物理、化學(xué)、力學(xué)等性質(zhì)。從標(biāo)準(zhǔn)上講,只要能從理論上正確地分析和計(jì)算結(jié)合鍵,就能預(yù)測物質(zhì)各項(xiàng)性質(zhì)。結(jié)合鍵大小從本質(zhì)上講都起源于原子核和電子間靜電交互作用力即庫侖力。不一樣鍵對(duì)應(yīng)著不一樣電子分布方式,但都滿足一個(gè)共同條件,即鍵合后各原子外層電子結(jié)構(gòu)要成為穩(wěn)定結(jié)構(gòu),也就是隋性氣體原子外層“八電子層”結(jié)構(gòu)(即ns2np6結(jié)構(gòu))。第1頁結(jié)合鍵Bonding物理鍵PhysicalBonding化學(xué)鍵ChemicalBonding離子鍵IonicBonding共價(jià)鍵CovalentBonding金屬鍵MetallicBonding范德華鍵VanderWaalsBonding氫鍵HydrogenBonding主價(jià)鍵PrimaryBonding次價(jià)鍵SecondaryBonding第2頁正負(fù)離子經(jīng)過靜電引力(庫侖引力ColumbicForces)而結(jié)合成離子化合物(或離子晶體IonicCrystal),所以,離子鍵又稱極性鍵。離子化合物必須是電中性,即正電荷數(shù)應(yīng)等于負(fù)電荷數(shù)。離子化合物AxBy
對(duì)晶體結(jié)構(gòu)唯一限制是A和B近鄰數(shù)必須與化合比x∶y成反比。這一限制也同時(shí)限制了離子晶體配位數(shù)(CoordinativeNumber/CN)最高為8。
一、離子鍵(IonicBonding)
多數(shù)鹽類、堿類和金屬氧化物
實(shí)質(zhì):金屬原子失去電子成為帶正電正離子,非金屬原子得到電子成為帶負(fù)電負(fù)離子,兩個(gè)異號(hào)離子間靜電吸引作用。第3頁特點(diǎn):以離子而不是以原子為結(jié)合單元,要求正負(fù)離子相間排列,且無方向性,無飽和性。結(jié)協(xié)力較大性質(zhì):熔點(diǎn)和硬度均較高,熱膨脹系統(tǒng)小,但脆性大。良好電絕緣體。第4頁二、共價(jià)鍵(CovalentBonding)
亞金屬(C、Si、Sn、Ge)、聚合物和無機(jī)非金屬材料。實(shí)質(zhì):由二個(gè)或多個(gè)電負(fù)性差不大原子間經(jīng)過共用電子對(duì)形成。特點(diǎn):飽和性、配位數(shù)較小、方向性在形成共價(jià)鍵時(shí),為使電子云到達(dá)最大程度重合,共價(jià)鍵就有方向性,鍵分布嚴(yán)格服從鍵方向性。當(dāng)一個(gè)電子和另一個(gè)電子配對(duì)以后就不再和第三個(gè)電子配對(duì)了,成鍵公用電子對(duì)數(shù)目是一定,這就是共價(jià)鍵飽和性。第5頁金剛石結(jié)構(gòu)共價(jià)晶體性能:強(qiáng)度高,硬度高,脆性大,熔點(diǎn)高,沸點(diǎn)高和揮發(fā)性低。第6頁金屬鍵:金屬中自由電子與金屬正離子之間組成鍵。實(shí)質(zhì):金屬最外層電子數(shù)極少(通常s、p
價(jià)電子數(shù)少于4),即價(jià)電子(valenceelectron)極易擺脫原子核之束縛而成為自由電子(Freeelectron),形成電子云(electroncloud)。特點(diǎn):電子共有化,既無飽和性又無方向性,輕易形成低能量密堆結(jié)構(gòu)。三、金屬鍵(MetallicBonding)第7頁良好導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。正電阻溫度系數(shù)。不透明并展現(xiàn)特有金屬光澤。良好塑性變形能力,好強(qiáng)韌性。金屬鍵材料特點(diǎn):第8頁四.范德華鍵(VanderWaalsBonding)范德華鍵:材料中分子間存在一個(gè)弱作用力。共價(jià)鍵分子極性分子:共價(jià)電子對(duì)偏于某一成鍵電子非極性分子:共價(jià)電子對(duì)位于成價(jià)電子中間極性分子=偶極子(Dipoles)永久偶極子誘導(dǎo)偶極子第9頁靜電力(electrostaticforce):誘導(dǎo)力(inductionforce):色散力(dispersiveforce):實(shí)質(zhì):+-+-偶極子偶極子電偶極矩感應(yīng)作用偶極子誘導(dǎo)偶極子誘導(dǎo)偶極子誘導(dǎo)偶極子第10頁甲烷結(jié)構(gòu)示意圖特點(diǎn):范德華鍵是一個(gè)次價(jià)鍵,沒有方向性和飽和性,它比化學(xué)鍵鍵能小1-2個(gè)數(shù)量級(jí),遠(yuǎn)不如化學(xué)鍵牢靠,但能很大程度改變材料性質(zhì)。由分子鍵結(jié)合固體材料熔點(diǎn)低、硬度也很低。因無自由電子,所以材料有良好絕緣性。在高分子材料中總范德華鍵超出化學(xué)鍵作用,故在去除全部范德華鍵作用前化學(xué)鍵早已斷裂了,所以高分子往往沒有氣態(tài),只有固態(tài)和液態(tài)。第11頁在HF、H2O、NH3等物質(zhì)中,原子都是經(jīng)過極性共價(jià)鍵結(jié)合,氫原子中唯一電子被其它原子所共有,裸露原子核將與近鄰分子負(fù)端相互吸引形成氫橋。使分子之間經(jīng)過氫鍵連接。下面以水為例加以說明。五、氫鍵(HydrogenBonding)氫和氧原子間形成共價(jià)鍵,因?yàn)闅?氧原子間共用電子對(duì)靠近氧原子而遠(yuǎn)離氫原子,使氫原子剩下一個(gè)沒有任何核外電子作屏蔽原子核(質(zhì)子),于是這個(gè)沒有屏蔽氫原子核就會(huì)對(duì)相鄰水分子中氧原子外層未共價(jià)電子有較強(qiáng)靜電引力,這個(gè)引力就是氫鍵。固體分子狀態(tài)第12頁六、各種結(jié)合鍵特點(diǎn)比較
離子鍵、共價(jià)鍵和金屬鍵都包括到原子外層電子重新分布,這些電子在鍵合后不再僅僅屬于原來原子,所以,這幾個(gè)鍵都稱為化學(xué)鍵。在形成份子鍵和氫鍵時(shí),原子外層電子分布沒有改變,或改變極小,它們?nèi)詫儆谠瓉碓?。所以,分子鍵和氫鍵就稱為物理鍵。普通說來,化學(xué)鍵最強(qiáng),氫鍵和分子鍵較弱。第13頁類型作用力起源鍵合強(qiáng)弱形成晶體特點(diǎn)離子鍵原子得、失電子后形成負(fù)、正離子,正負(fù)離子間庫侖引力強(qiáng)無方向性鍵、高配位數(shù)、高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、低膨脹系數(shù)、塑性較差、固態(tài)不導(dǎo)電、熔態(tài)離子導(dǎo)電共價(jià)鍵相鄰原子價(jià)電子各處于相反自旋狀態(tài),原子核間庫侖引力強(qiáng)有方向性鍵、低配位數(shù)、高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、高硬度、低膨脹系數(shù)、塑性較差、即使在熔態(tài)也不導(dǎo)電金屬鍵自由電子氣與正離子實(shí)之間庫侖引力較強(qiáng)無方向性鍵、結(jié)構(gòu)密堆、配位數(shù)高、塑性很好、有光澤、良好導(dǎo)熱導(dǎo)電性分子鍵原子間瞬
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