无机化学中的化学键ppt课件.ppt

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1、第二章无机化学键理论(2)四．分子轨道法（MeleeularOrbitalTheory,MO法）VB法表示O2的成键过程显示O2的所有电子已成对,应为“逆磁”分子，实际是“顺磁”分子。H2+单电子键?He2+三电子键?1930年,由美国R.S.Mulliken和德国的Hund提出“分子轨道法”(MO)。MO法强调分子中的电子在整个分子的势场中运动,是“非定域键”。而Lewis理论和VB法的共价键局限于成键两原子之间,是“定域键”。（一）MO法要点1.分子中电子在空间运动的状态用分子轨道波函数来描述,又称“分子轨道”。例：a、b两原子各以1

2、个原子轨道a、b线性组合成2个分子轨道：1＝c1a+c2b2＝c3a-c4bc1,c2,c3,c4为常数．（1）分子轨道由原子轨道线性组合而成，且轨道数目守恒，即：分子轨道数目=参与组成的原子轨道数目２．分子轨道的组成（续）(2)成键三原则原子轨道必须满足以下3个原则，才能有效组成分子轨道。①对称性匹配；②能量相近；③轨道最大重叠。３.每一个分子轨道都有对应的能量Ei电子的能量即它们所占据的分子轨道的能量。以组成分子轨道的原子轨道的平均能量作参照,分子轨道分为：成键分子轨道（能量降低）反键分子轨道（能量升高）４.分子中的电子

3、排布遵循原子中电子排布同样的规则——Pauli不相容原理、最低能量原理和Hund规则。５．分子轨道类型以组成分子轨道的原子轨道的重叠方式划分：分子轨道（键）分子轨道（键）设x轴为键轴：s与s(H-H),s与px(H-Cl),px与px(Cl-Cl)对称性匹配，能形成分子轨道;详述“成键三原则”py与py(N-N),pz与pz(N-N)对称性匹配，能形成分子轨道;px和py(或pz)对称性不匹配，不能形成分子轨道。（1）对称性匹配，决定能否成键。（2）能量相近原则：决定成键效率高低而Na与H、Cl或O不形成共价键，只形成离子键。

4、H与Cl或O形成分子轨道：H-ClH-O-H（3）原子轨道最大重叠原则决定共价键有明确方向．电子云（几率密度）在两核间区域He2,He2+,He22+分子轨道中电子的排布He2分子不能稳定存在，但是He2+或He22+可以稳定存在N2分子轨道图2p2p*2*2*22221s1s1s*1s2s2s2s*2sAOMOAOO2分子轨道图MO2p2p2s2s2s*2s1s*1s1s1sAOAO*2*2*

5、2222O2有2个成单电子→顺磁性(五)MO法优缺点1.把分子作为一个整体处理（对比：VB法定域键），成功解释了单电子键、三电子键、离域键、O2分子的顺磁性及一些复杂分子的形成，随着计算机科学的发展，前景看好。2.不如VB法直观，比较抽象。7.4金属键理论金属键理论“自由电子”理论“能带”理论(一)“自由电子”理论（改性共价键理论）金属原子Z*较小→部分电子脱落，成“自由电子”→自由电子与阳离子互相吸引→以少电子多中心键把所有金属原子、阳离子胶合为“晶体”。金属键不具有方向性和饱和性,不同于一般的共价键。“自由电子”理论通俗

6、易懂，可以解释金属的物理性质，如光泽、导电性、导热性、延展性，都与“自由电子”有关;但不能解释光电效应以及导体、半导体与绝缘体的区别等。外力作用下金属晶体内部结构的变化解释了金属延展性的产生(2)由于金属晶格中原子密集堆积,许多原子轨道互相作用,组合成数目相等的分子轨道,而相邻分子轨道的能级间隔很小,形成“能带”。1.要点(1)按MO法,整个金属晶体视为一个大分子,金属原子的价电子是离域的,属于整个金属晶体的原子所有。(二)能带理论(续)例1：Li2(g)和Li(s)（金属Li晶体）AOMOnLiLi(s)金属Li晶体的能带模型(教材p.8

7、2)1满带：电子全充满导带：电子半充满或全空禁带：满带与导带之间的能量间隙区域从满带顶到导带底(或空带底)的能量间隔很大,电子跃迁困难,这个能量间隔称为禁带。3)满带，导带和空带以Li为例,1s22s1所组成的。1s能带充满电子,称为满带;2s轨道电子半充满,组成的能带电子也不满,称为导带;2p能带中无电子,称为空带;金属、半导体和绝缘体金属金属半导体(E≤3eV)绝缘体(E≥5eV)n型和p型半导体Sin-Sip-Si光伏电池工作原理与应用光能→电能太阳能电池光电转换效率=40.7%(美国能源部，2006.12.06)2.能带理论的

8、成绩可解释金属的一些性质,如光泽、导热性、延展性等,均与能带上的价电子有关。半导体(Si、Ge、GeAs、GaSb、InAs、AlSb等),光照或受热,满带上电子跃上导带。金属导