9 共价结合、离子结合原子和离子半径(第二章).ppt

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1、1、氢分子共价键氢分子是典型的共价健结合的分子。两个氢原子相互靠近形成氢分子时，两个1s轨道发生交叠，每个电子都受到两个氢核的作用，成为氢分子中的电子。§2.5共价结合以共价键结合的晶体称为原子晶体或共价晶体。两种组合方式－－两个能级电子分布成键态内能U（解离能）电子主要分布在两个氢核之间，每个电子都为两个氢原子所共有，形成共价键。两个电子各自分布在两个氢核的两则，不能使两个氢原子结合。2、共价键的饱和性与方向性：共价键的饱和性共价键只能由未配对的电子形成，同一原子中兩个自旋相反的价电子也不能与其它原子的电子配对。这分两种情况：价电子壳层不到半满所有的价电子都可以是不配对的，因而所有价电子都

2、可以对外形成共价键，因此，形成共价键的数目与价电子数目相等。价电子壳层的电子数超过半满根据泡利原理，必有部分电子自旋相反而配对，所以这时能形成共价键的数目少于价电子数目。8－N定则比如对于Ⅳ族至Ⅶ族元素，共价键的数目符合所谓的8－N定则，N是价电子数目。例：氮分子；氮原子共有7个电子N2三个共价键共价键的方向性方向性即指只在某一特定方向上形成共价键。电子云交迭得越厉害，共价键越稳固。物理本质：根据共价键的量子理论，共价键的强弱取决于电子云的交叠程度。由于非満壳层电子分布的非对称性，因而总是在电子云密度最大的方向成键。这就是共价键具有方向性的物理本质。共价键的本质仍然是库仑相互作用：泡利原理确

3、定自旋取向不同，决定了电子空间分布的不同，从而影响了库仑静电作用。3、共价键的“轨道杂化”理论由于共价键的方向性，原子在形成共价键时，可能发生“轨道杂化”。碳原子有6个原子，在基态4个电子填充了1s和2s轨道（每个轨道有正反自旋的一对电子），剩下两个电子在2p壳层。在这种情况下只有两个2p电子是未配对的。杂化轨道：原子在相互结合成键过程中,原来能量接近的原子轨道要重新混合,形成新的原子轨道,即杂化轨道。一个2s电子被激发到2p态2s和2p态的电子云的分布不一样，由构成4个共价键时，四个键电子云的分布不一样，即四个不是等同键。直到1931年泡林和斯莱特得出杂化轨道理论，对这一问题才算有了一个合

4、理的解释。理论解释：金刚石中碳原子的四个键是态叠加构成了四个杂化轨道。杂化轨道分别是Page94个电子分别占据新轨道，在四面体顶角方向形成如图所示的电子云分布，即形成夹角为等同的四个共价键。2s电子激发到2p轨道需要能量，但多形成的两个键放出的能量比激发能大，使系统势能最小，晶体结构稳定。NaCl晶体基面电子密度分布等值线－相对电子密度氯化钠晶体每个分子单位能量(7.9－5.1+3.6)=6.4eV，比分立中性原子的能量低。近似球对称分布电离能亲和能结合能晶体§2.6离子结合一、出发点:离子晶体的结合来源于正负离子间的库仑相互作用，一对离子间的库仑相互作用静电能为近距排斥势离子间距离离近时，

5、电子云的交叠会产生强烈的排斥作用，因为此时第1个离子的外电子要占据第2个离子的电子态，但第2个离子的外电子壳层已填满，多余电子只能填到更高能态上去，这导致体系能量急剧的上升。对这种近距排斥势的描述，常用的是刚球模型。即当距离r小于某一尺度r0时，势φ(r)→∞；幂函数形式，即比例于r-n,n一般较大，对氯化钠大约为8。二、讨论：以氯化钠晶体为例，对于具有N个正、负离子组成的晶体，其结合能为：则r1j是处在坐标原点的离子晶体到第j个离子的距离。假定最近邻距离为R，r1j可表示为Page14其中μ称为马德隆常数，仅与离子晶体的晶体结构有关。马德隆常数的计算，由于随着aj的增加，1/aj项正负交替

6、变化，和式收敛很慢，难以计算。现在，对常见的离子晶体结构，μ值已有表可查。如：氯化钠结构：μ＝1.748氯化铯结构：μ＝1.763闪锌矿（ZnS）结构：μ＝1.638平衡时，结合能最大，离子间距由下式决定：可得相应的可求出离子晶体在平衡时的结合能：Page16体积弹性模量K为用X光衍射测出R0由实验测出晶体的体积弹性模量我们可以通过上式求出参量n：几种晶体的体积弹性模量K和参数n:晶体NaClNaBrNaIKClZnSn7.908.418.339.625.4K（X1010N/m3）2.411.961.452.07.76n一般在6－10之间。从结合能表达式看到，排斥力的贡献只占1/n，通常为1

7、0%左右，因此，对于结合能的计算，n取为整数是足够好的近似，在氯化钠情形，n取为8。§2.7原子和离子半径原子核很小，原子的尺寸主要由核外电子云来决定。当原子构成晶体时，原子的电子云已不同于孤立原子的电子云。同一种原子在不同结构中有不同的电子云分布。因此不可能给出一个精确不变的原子和离子半径，原子或离子半径因结构不同而异。对于金属结构，原子的半径称为金属半径对共价结合，原子的半径称为共价半径分子晶体中的原子半