【化学课件】分子与键概念课件

分子与化学键概念化学键是原子间相互作用形成稳定结构的方式，是化学世界的基础分子作为由原子通过化学键结合形成的基本粒子，构成了我们周围物质世界的基本单元本课程将深入探讨分子结构的奥秘，详细分析各种化学键类型及其独特性质我们将从微观角度理解物质的构成规律，掌握分子形成的基本原理通过系统学习，您将能够运用化学键理论解释物质的性质差异，为后续化学学习奠定坚实的理论基础课程大纲基础概念1分子与原子的基本概念，化学键的类型与形成机制键类型详解2共价键、离子键、金属键的深入分析分子结构3分子空间构型与性质关系实践应用4实例分析与现实应用分子的基本概念分子定义分子式表示分子是保持物质化学性质的最小粒子它是由两个或多个原子通分子式通过化学符号和数字来表示组成分子的原子种类和数目过化学键结合而成的稳定结构单元例如₂表示水分子由个氢原子和个氧原子组成H O21分子在化学反应中保持相对稳定，只有在特定条件下才会发生键分子式是化学研究中最基本的表示方法，简洁明了地反映了分子的断裂和重组的组成信息原子的结构回顾电子层原子半径最外层电子决定原子的化学性与周期表位置密切相关，影响质和反应活性化学键的形成原子核电负性由质子和中子构成，决定原子原子吸引电子的能力，决定化的质量和核电荷数学键的极性化学键的本质电子作用稳定状态化学键是原子间以共用或转移电形成化学键的根本目的是使原子子形成的作用力这种作用力使达到更加稳定的电子构型状态原子能够紧密结合，形成稳定的原子通过键合获得更低的能量状化合物结构态八电子规则大多数原子趋向于达到稀有气体的电子构型，即最外层拥有个电子的稳8定状态，这是化学键形成的重要驱动力化学键的类型共价键离子键金属键原子间通过共用电子对通过电子转移形成阴阳金属原子间通过自由电形成的化学键，主要存离子间的静电引力，典子海形成的特殊键合方在于非金属元素之间型存在于金属与非金属式之间氢键特殊的分子间作用力，在生物系统中发挥重要作用共价键概述定义特征原子之间通过共用电子对形成的化学键，电子对被两个原子核共同吸引形成条件主要形成于非金属元素之间，电负性差值较小的原子间容易形成共价键键的特点具有明显的方向性和饱和性，决定了分子的空间构型和化学性质共价键的形成过程原子接近电子配对两个氢原子各自提供一个未成对电子相互接近形成共用电子对，H·+·H→H:H1234轨道重叠稳定分子原子轨道发生重叠，电子云密度增加每个氢原子达到氦型稳定电子构型共价键的表示方法电子式表示用点表示电子，清楚显示共用电子对的分布情况例如表示氢分子H:H中的共用电子对这种方法能够直观地显示电子的配对情况结构式表示用短线代替共用电子对，更加简洁明了例如表示氢分子每H-H条短线代表一对共用电子，双键用表示，三键用表示==≡立体模型球棍模型能够显示分子的三维空间结构，原子用球表示，化学键用棍表示这种表示方法最能反映分子的真实空间形状共价键的分类三键共用三对电子，键能最大双键共用两对电子，键长较短单键共用一对电子，最常见配位键一方提供电子对，双方共用共价键的极性非极性共价键电子对均匀分布在两原子间极性共价键电子对偏向电负性大的原子分子极性由键极性和分子构型共同决定以为例，氯原子电负性大于氢原子，共用电子对偏向氯原子，形成极性共价键而₂分子中两个氧原子电负性相同，形成非极性HCl O共价键共价键的方向性空间取向几何形状共价键具有固定的空间方向，不能随意键的方向性决定了分子的三维几何构型改变性质影响理论VSEPR分子形状直接影响物质的物理化学性质价层电子对互斥理论可预测分子形状离子键概述°°100%360800C离子性无方向性高熔点完全的电子转移形成离子静电力向四周各个方向作用强大的静电引力需要大量能量打破离子键是阴、阳离子间的静电引力，主要形成于金属和非金属元素之间由于离子间静电力的无方向性，离子化合物通常形成规则的晶体结构离子键的形成过程电子失去金属元素失去最外层电子形成阳离子电子得到非金属元素得到电子形成阴离子静电结合阴阳离子通过静电引力紧密结合晶格形成离子有规律地排列形成离子晶体离子键的表示方法电子式表示晶格模型通过电子式可以清楚地显示电子得失的过程例如原子失去离子晶格模型展示了离子在三维空间中的有序排列每个阳离子K1个电子变成⁺离子，原子得到个电子变成⁻离子周围被一定数目的阴离子包围，反之亦然K S2S²电子式中用方括号表示离子，并在右上角标明电荷这种表示方晶格结构决定了离子化合物的许多重要性质，如硬度、熔点、溶法能够直观地反映离子的形成过程解性等物理化学特征离子化合物的特点高熔沸点导电性能晶体结构由于离子间强烈的静电引力，离子固态时不导电，但熔融态或水溶液形成规则的离子晶体，具有确定的化合物通常具有很高的熔点和沸点中由于离子可自由移动而具有导电几何形状和对称性性金属键概述电子海模型形成机制金属键是金属阳离子与自由电子金属原子失去价电子形成金属阳海之间的相互作用价电子在整离子，失去的电子在金属晶体中个金属晶体中自由移动，形成电自由移动这些自由电子不属于子海，将金属阳离子紧密结合在任何特定的原子，而是整个晶体一起的共同财产键的特点金属键没有方向性，强度可变电子的自由移动使得金属键能够适应原子位置的变化，这是金属具有延展性的根本原因金属键与金属性质导电导热自由电子的移动使金属具有优良的导电性和热传导性，是制造电线和散热器的理想材料延展性金属键的非方向性使得金属原子层可以相对滑动而不破坏键合，因此金属具有良好的延展性和可塑性金属光泽自由电子能够吸收和发射各种波长的光，使金属表面呈现特有的金属光泽氢键概述定义条件1氢键是、、原子上的氢与另一分子上的、、之间的特F O N FON殊分子间作用力形成要求2需要高电负性原子和与其相连的氢原子，以及另一个具有孤对电子的高电负性原子键的特征3氢键强度介于范德华力和共价键之间，具有一定的方向性和饱和性氢键的影响沸点异常氢键使物质具有异常高的沸点溶解性质影响物质在水中的溶解能力生物意义对生物大分子结构稳定性至关重要3水的沸点比同族氢化物高得多，就是由于分子间氢键的存在双螺旋结构的稳定性也主要依赖于碱基对之间的氢键作用DNA范德华力色散力偶极作用2由电子云的瞬时偶极产生的微弱引力极性分子间的静电相互作用性质影响诱导作用对物质的沸点、粘度等物理性质有重要影响极性分子对非极性分子的诱导效应43分子的空间构型理论VSEPR价层电子对互斥理论的应用1电子对排斥电子对相互排斥寻求最大距离键的方向共价键的方向性决定空间排列影响因素孤对电子和成键电子对的共同作用线型构型构型特点所有原子排列在一条直线上，键角为°180典型实例₂分子，中心碳原子无孤对电子CO O=C=O其他例子₂₂乙炔分子，三键使分子呈线型C HH-C≡C-H平面三角形构型几何特征中心原子与三个原子形成平面三角形，键角为°所有原子都位于120同一平面内，具有对称的几何形状电子对分布中心原子周围有三个成键电子对，没有孤对电子电子对相互排斥，在平面内呈°均匀分布120典型化合物₃是最典型的例子，硼原子与三个氟原子形成平面三角形BF₃也具有相似的构型特征SO四面体构型立体结构键角特征中心原子位于四面体的中心，四个原子所有键角均为°，是最稳定的四

109.5位于顶点配位构型甲烷分子离子实例₄是四面体构型的典型代表，碳原子CH₄⁺铵离子也具有完美的四面体构型NH杂化sp³分子的极性键极性影响对称性作用分子极性首先取决于其中化学键的极性如果分子中存在极性键，分子的对称性对极性有决定性影响即使含有极性键，如果分子分子就有可能是极性分子结构对称，各键的偶极矩相互抵消，分子整体仍然是非极性的但键极性只是分子极性的必要条件，不是充分条件分子的整体极性还需要考虑分子的空间构型例如₂分子虽然含有极性键，但由于线型对称结构，整CO C=O个分子为非极性分子分子间力的类型偶极偶极作用力氢键-极性分子间由于偶极矩的相互特殊的偶极偶极作用，强度-作用产生的引力，强度适中，较大，在生物系统和化学反应影响物质的沸点和溶解性中起重要作用范德华力最弱的分子间作用力，存在于所有分子间，是非极性物质凝聚的主要原因共价键与离子键的比较特征共价键离子键形成条件非金属元素间金属与非金属间电子行为电子共用电子转移方向性有方向性无方向性导电性一般不导电熔融态导电溶解性多数不溶于水多数溶于水理解这两种基本化学键类型的差异，有助于预测和解释化合物的性质共价键形成的化合物通常具有较低的熔沸点，而离子键化合物则相反电子式表示法详解书写规则先写出各原子的价电子，然后根据八电子规则分配电子对共价化合物用点表示电子，共用电子对位于两原子之间，孤对电子标在原子周围离子化合物用方括号表示离子，电荷标在右上角，显示电子的得失情况检验方法检查每个原子周围电子数是否符合八电子规则或相应的稳定构型电子式表示注意事项原子排列电子对表示电荷标注中心原子通常是电负性较小的原子，共用电子对可以用两个点或一条短线对于离子，要用方括号括起来，并在氢原子总是位于末端多原子分子中，表示，孤对电子用两个点表示要确右上角标明电荷多原子离子的电荷原子的连接顺序要根据化学常识合理保电子的配对和原子的价电子数目正是整体电荷，要正确计算和标注安排确水分子的形成过程氢原子构型共价键形成每个氢原子有个价电子，需要个电子达到氦型稳定11构型氧原子与两个氢原子各形成一个共价键，共用电子对124氧原子构型分子构型氧原子有个价电子，需要个电子达到氖型稳定构型形成型分子，键角°，具有极性62V

104.5氨分子的形成过程氮原子电子氮原子有个价电子，个未成对电子153氢原子结合三个氢原子分别与氮原子形成共价键2三角锥构型由于孤对电子的存在，形成三角锥形分子氨分子中氮原子的孤对电子对分子的几何形状有重要影响，使键角压缩到°这个孤对电子也是氨分子能够形成配位键的原因107二氧化碳分子的形成碳原子电子构型碳原子有个价电子，能够形成个共价键在₂分子中，碳原子处44CO于中心位置，与两个氧原子结合双键的形成碳原子与每个氧原子形成双键每个双键由一个键和一个键C=Oσπ组成，共用两对电子，满足八电子规则线型分子结构₂分子呈线型结构，，键角°虽然键是极CO O=C=O180C=O性键，但由于分子的对称性，整个分子呈非极性甲烷分子的形成碳原子杂化氢原子结合碳原子的和轨道发生杂化形成四个氢原子分别与碳原子的杂化轨道重2s2p sp³四个等价轨道叠形成键σ2稳定结构四面体构型所有原子都达到稳定的电子构型，分子4形成正四面体分子，所有键角H-C-H呈非极性3为°

109.5氯化氢分子的形成电子构型分析极性键的形成氢原子有个价电子，氯原子有个价电子氢原子需要个电由于氯原子的电负性（）远大于氢原子的电负性（），

1713.

02.1子达到氦型构型，氯原子需要个电子达到氩型构型共用电子对强烈偏向氯原子一侧1两个原子通过共用一对电子形成共价键，满足各自的稳定电子构这种电荷分布的不均匀性使分子具有偶极矩，成为极性分子HCl型要求虽然元素间电负性差值较大，但仍形成共价键而非离子键氯化钠的形成过程钠原子失电子原子失去最外层个电子变成⁺离子，达到氖型稳定构型Na1Na氯原子得电子原子得到个电子变成⁻离子，达到氩型稳定构型Cl1Cl静电引力⁺和⁻离子通过强烈的静电引力相互吸引Na Cl离子晶格大量离子按一定规律排列形成稳定的离子晶体结构化学键与物质性质熔沸点溶解性导电性机械性质化学键强度直接决定物极性物质易溶于极性溶金属键使金属具有良好化学键类型影响材料的质的熔沸点离子键和剂，非极性物质易溶于导电性，离子化合物在硬度、韧性和脆性等机共价键较强，对应化合非极性溶剂，这与分子熔融态或溶液中导电械性能物熔沸点较高间相互作用有关化学反应的微观过程反应物1原有化学键稳定存在，分子处于相对稳定状态键的断裂2旧化学键断裂需要吸收能量，系统能量升高过渡态3反应进行过程中能量最高的状态，键的重新组合键的形成4新化学键形成释放能量，系统能量降低产物5新的稳定化学键形成，反应完成常见无机物中的化学键酸类化合物碱类化合物盐类化合物多数酸是共价化合物，如、金属氢氧化物如含有离子键大多数盐是离子化合物，由金属阳HCl NaOH₂₄等酸分子中含有极性共和共价键⁺与⁻间为离子离子和酸根阴离子通过离子键结合H SONa OH价键，在水中电离产生⁺离子键，⁻内部为共价键而成H OHO-H有机物中的化学键三键C≡C最强的碳碳键，键长最短双键C=C中等强度，具有平面结构单键C-C最常见，可自由旋转3官能团特定的化学键组合决定有机物性质4有机物主要由共价键构成，碳原子的成键特点决定了有机物的多样性不同类型的碳碳键和碳氢键组合形成了丰富的有机化合物家族生物大分子中的化学键蛋白质肽键氨基酸间通过肽键连接，形成蛋白质的一级结构基础氢键DNA碱基对间的氢键维持双螺旋结构的稳定性DNA脂质分子键长链脂肪酸中的键和键构成细胞膜的基本框架C-H C-C酶活性中心特定的化学键排列决定酶的催化活性和专一性晶体结构与化学键分子晶体分子间通过范德华力或氢键连接，如干冰、冰等这类晶体通常具有较低的熔点，因为分子间作用力相对较弱分子在晶格中保持完整性离子晶体由离子键连接的阴阳离子构成，如、₂等具有高熔点、高硬度的特点离子NaCl CaF按一定比例和几何排列形成稳定的晶格结构原子晶体原子间通过共价键形成三维网状结构，如金刚石、石英等具有极高的硬度和熔点，因为整个晶体就像一个巨大的分子金属晶体金属键连接的特殊晶体结构，具有金属光泽、导电性和延展性自由电子在晶格中自由移动，形成独特的物理性质化学键与化合物的命名离子化合物命名先命名阳离子再命名阴离子，如氯化钠、硫酸铜共价化合物命名使用希腊数词前缀表示原子数目，如一氧化碳、二氧化硫有机化合物命名基于碳骨架和官能团的系统命名法配位化合物命名考虑配体和中心原子的特殊命名规则实例分析水的特殊性质分子结构特点水分子呈型结构，键为极性共价键，氧原子带部分负电荷，氢原V O-H子带部分正电荷分子的极性使水具有良好的溶解能力氢键网络水分子间形成广泛的氢键网络，每个水分子最多可形成个氢键这4种三维氢键网络赋予水许多独特的物理化学性质异常高沸点由于氢键的存在，水的沸点比同族氢化物高得多₂沸点H S-°，而₂沸点°，这完全归功于氢键的强相互作60C HO100C用实例分析金刚石与石墨金刚石结构石墨结构每个碳原子与相邻个碳原子形成杂化的共价键，构成四面碳原子采用杂化，在平面内与个碳原子形成共价键，构成4sp³sp²3体网状结构所有碳原子都参与共价键的形成，形成三维原子晶六边形层状结构层间通过范德华力结合，比较容易滑动体每个碳原子有一个离域电子，形成电子云，使石墨具有导电性π这种结构使金刚石成为自然界最硬的物质，同时也是良好的热导层状结构使石墨质软，可用作润滑剂和铅笔芯体由于没有自由电子，金刚石不导电实例分析与NaCl MgO°°801C2852C熔点熔点NaCl MgO一价离子间的离子键强度二价离子间的离子键强度倍4强度比较电荷乘积决定离子键强度根据库仑定律，离子键强度与离子电荷的乘积成正比，与离子间距离成反比⁺和⁻的电荷乘积是⁺和⁻的倍，因此的离子键比强Mg²O²Na Cl4MgO NaCl得多，熔点也相应更高晶格能的概念帮助我们定量理解这种差异应用化学键与材料设计超硬材料储能材料半导体材料利用强共价键通过调控离子精确控制共价设计超硬陶瓷键和共价键设键网络制备高和复合材料，计高性能电池纯度硅晶体和应用于切削工材料和超级电化合物半导体具和防护装备容器高分子材料设计特定的分子间作用力开发新型塑料、纤维和生物材料实验设计确定化学键类型物理性质测定测量熔点、沸点、硬度等基本物理性质，初步判断化学键类型电导率测定测试固态、熔融态和溶液态的导电能力，区分离子键和共价键极性测定3利用静电感应实验检测分子极性，判断共价键的极性程度溶解性实验测试在不同溶剂中的溶解行为，验证相似相溶规律复习要点分子与原子关系化学键类型特点深刻理解分子是原子通过化学键结合的基本粒子，掌握分熟练掌握共价键、离子键、金属键的形成条件、特点和区子式的含义和表示方法别，理解氢键的特殊性电子式书写分子构型关系正确书写各类化合物的电子式，注意离子符号和电荷的标运用理论预测分子构型，理解化学键与物质性质VSEPR注方法的内在联系总结与展望理论发展历程从经典的价键理论到现代的分子轨道理论分子设计应用利用化学键理论设计功能性分子和材料前沿应用领域在新材料、新能源、生物医学等领域的重要作用化学键理论是现代化学的基石，为理解物质结构和性质提供了理论框架随着科学技术的发展，化学键的概念不断深化和完善建议同学们在掌握基本概念的基础上，多做练习题，结合实际应用加深理解推荐阅读《无机化学》和《结构化学》等专业教材，为进一步学习打下坚实基础。