《共价键与分子间力》PPT课件

第十章第十章 共价键与分子共价键与分子间力间力化学键化学键 离子键离子键 共价键共价键 金属键金属键 X1.7 X2.0 静电引力静电引力 公用电子对公用电子对 公用自由电子公用自由电子没有方向性饱和性没有方向性饱和性 有方向性饱和性有方向性饱和性 没有方向性饱和性没有方向性饱和性第一节第一节 现代价键理论（现代价键理论（VB法）法）（valence bond theory）Lewis理论（理论（8电子理论）的缺陷：电子理论）的缺陷：H:H H-H 固定了负电荷的运动区域固定了负电荷的运动区域8(PCl5)一、氢分子的形成一、氢分子的形成VB法：法：H+H 基态基态 （自旋相反）（自旋相反）电子云相互吸引，集中在两核间，系统电子云相互吸引，集中在两核间，系统能量降低能量降低 H+H 排斥态排斥态 （自旋相同）（自旋相同）电子云相互排斥，分散在核两侧，系统电子云相互排斥，分散在核两侧，系统能量升高能量升高Lewis理论：理论：H+HH-Hd0=74pm(计算值）计算值）=87pm(理论值理论值)E=-388kJmol-1(计算值）计算值）=-458kJmol-1(理论值）理论值）二、现代价键理论的要点二、现代价键理论的要点2.共价键（共价键（covalent bond）的饱和性）的饱和性2.共价键的饱和性：单电子配对后，共价键的饱和性：单电子配对后，不能再与其它单电子配对，不能再与其它单电子配对，共价键数共价键数=单电子数（包括激发态）单电子数（包括激发态）C:1s2 2s2 2p2(基态）基态）C:1s2 2s1 2px1 2py1 2pz1(激发态）激发态）故故C常形成常形成4根共价键根共价键3.共价键的方向性：最大重叠原理：原子共价键的方向性：最大重叠原理：原子轨道重叠越多，两核间电子云越密集，形轨道重叠越多，两核间电子云越密集，形成的共价键越牢固，所以共价键有方向性。成的共价键越牢固，所以共价键有方向性。只有只有(a)的重叠方式是最大重叠，故的重叠方式是最大重叠，故HCl中中H和和Cl形成共价键只能在形成共价键只能在Cl的的px轨道上。轨道上。注：最大重叠是指在注：最大重叠是指在 值最大处重叠，值最大处重叠，而非重叠面积最大。而非重叠面积最大。三、共价键的类型三、共价键的类型 键键:px-px沿键轴沿键轴(x轴）头轴）头碰头重叠，是最大重碰头重叠，是最大重叠叠 沿键轴呈圆柱形对称沿键轴呈圆柱形对称 可旋转，牢固可旋转，牢固 键：键：py-py(pz-pz)以肩并肩的以肩并肩的方式重叠，不是最大重方式重叠，不是最大重叠叠 以以xz平面作镜面反对称平面作镜面反对称 不可旋转，不太牢固不可旋转，不太牢固以以O2为例：为例：O 1s2 2s2 2p4单电子单电子px1 py1，故，故O=OH-Cl 一根一根 键键O=O 一根一根 键键,一根一根 键键N N 一根一根 键键,二根二根 键键H-C N H-C间：间：键，键，C N 间：间：一根一根 键键,二根二根 键键配位键配位键 定义：一个原子提供空轨道，一个原子定义：一个原子提供空轨道，一个原子提供一对电子所形成的共价键。用提供一对电子所形成的共价键。用表表示（从供电子原子指向供轨道原子）。示（从供电子原子指向供轨道原子）。例：例：CO C=OC 1s2 2s2 2p2 O 1s2 2s2 2p4 px py pzpx py pz四、键参数四、键参数 自学自学VB法能很好的解释共价键的形成，共法能很好的解释共价键的形成，共价键的饱和性和方向性，但不能解释价键的饱和性和方向性，但不能解释分子结构分子结构例：例：CH4 C(激发态）激发态）:1s2 2s1 2px1 2py1 2pz1形成的键角理应形成的键角理应900，但实际角度为，但实际角度为109028第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论（hybrid orbital theory）一、要点一、要点1.形成共价键时，尽可能用杂化轨道形成共价键时，尽可能用杂化轨道杂化：能量相近的轨道进行组合，重杂化：能量相近的轨道进行组合，重新分配能量和空间方向。杂化前后轨新分配能量和空间方向。杂化前后轨道数不变道数不变2.杂化后能更符合最大重叠原理，杂化后能更符合最大重叠原理，故杂化轨道成键能力更强故杂化轨道成键能力更强spspsp2sp3ddsp2d2sp3=sp3d2成键电子对成键电子对价电子对数的计算价电子对数的计算 A的价电子对数（的价电子对数（A的价层电子数的价层电子数B所提所提供的电子数）供的电子数）/2 B所提供的电子数所提供的电子数:1.B是是H或或X，提供一个电子，提供一个电子2.B是氧族元素，不提供电子。是氧族元素，不提供电子。如果是正离子，电子数要扣除如果是负离子，如果是正离子，电子数要扣除如果是负离子，电子数要增加电子数要增加 重键算一对电子重键算一对电子z 成键电子对数成键电子对数nz 孤对电子对数价电子对数成孤对电子对数价电子对数成键电子对数键电子对数表10-4示例示例NH3 价电子对数价电子对数=(5+3)/2=4 成键电子对数成键电子对数=3 孤对电子对数孤对电子对数=1分子构型：三角锥体分子构型：三角锥体CO2 价电子对数价电子对数=4/2=2成键电子对数成键电子对数=2孤对电子对数孤对电子对数=0分子构型：直线型分子构型：直线型NO2 价电子对数价电子对数=5/2=2.53成键电子对数成键电子对数=2孤对电子对数孤对电子对数=1分子构型：八字形分子构型：八字形AsO43-价电子对数价电子对数=(5+3)/2=4成键电子对数成键电子对数=4孤对电子对数孤对电子对数=0分子构型：正四面体分子构型：正四面体回家复习回家复习p194例例6，例，例7杂化类型杂化类型杂化杂化原子原子实例实例有机化合物有机化合物实例实例价电子对数价电子对数实例实例spspIIIIA AIIIIB BBeClBeCl2 2HgClHgCl2 2三键三键HCHC CHCH2 2 对对HCNHCNCOCO2 2spsp2 2IIIIIIA ABFBF3 3双键双键H H2 2C=CHC=CH2 23 3 对对NONO3 3-NONO2 2-等性等性 SpSp3 3IVIVA ACHClCHCl3 3单键单键CHCH3 3CHCH3 34 4 对对SOSO4 42-2-不等性不等性spsp3 3 IVIVA ANHNH3 3H H2 2O O有孤对电子对有孤对电子对PHPH3 3H H2 2S S总结总结共价键离子键离子键金属键金属键原子间作用力原子间作用力取向力诱导力诱导力色散力色散力氢键分子间作用力分子间作用力第五节第五节 分子间的作用力分子间的作用力一、分子的极性一、分子的极性非极性键非极性键非极性分子（单质）非极性分子（单质）极性键极性键:对称分子（正、负电荷重心重合）对称分子（正、负电荷重心重合）非极性分子非极性分子 不对称分子不对称分子 极性分子极性分子 O2,H2,Cl2 CO2,BF3,HgCl2,CH4 NH3,H2O,CHCl3,偶极矩：用于衡量分子的极性大小，用偶极矩：用于衡量分子的极性大小，用 表示。表示。=Lq 方向：正方向：正负负 单位：单位：C m表10-5上述为永久偶极，另有诱导偶极和瞬间偶极上述为永久偶极，另有诱导偶极和瞬间偶极诱导偶极：因外电场的作用，使分子变形而产诱导偶极：因外电场的作用，使分子变形而产生的偶极。生的偶极。瞬间偶极：由于分子内部的电子不断运动，核瞬间偶极：由于分子内部的电子不断运动，核不停地振动，使分子的正、负电荷重不停地振动，使分子的正、负电荷重心不断发生瞬间相对位移，从而产生心不断发生瞬间相对位移，从而产生的偶极。的偶极。二、二、van der waals 力力(forces)（一）取向力（一）取向力（二）诱导力（二）诱导力（三）色散力（三）色散力取向力取向力当两个极性分子接近时，因永久偶极而异当两个极性分子接近时，因永久偶极而异极相吸，同极相斥而取向，使异极相邻，极相吸，同极相斥而取向，使异极相邻，然后再相吸在一起。这种分子间的作用力然后再相吸在一起。这种分子间的作用力叫做取向力。叫做取向力。3.本质：静电引力本质：静电引力诱导力诱导力 当极性分子与非极性分子接近时，非极性分子当极性分子与非极性分子接近时，非极性分子在极性分子的永久偶极（相当外电场）作用下，在极性分子的永久偶极（相当外电场）作用下，产生诱导偶极，极性分子的永久偶极和非极性产生诱导偶极，极性分子的永久偶极和非极性分子的诱导偶极间的作用力。分子的诱导偶极间的作用力。1.存在于极性分子与非极性分子间，极性分子存在于极性分子与非极性分子间，极性分子与极性分子间。与极性分子间。2.由永久偶极和诱导偶极所产生。由永久偶极和诱导偶极所产生。3.本质：静电引力本质：静电引力色散力色散力 非极性分子的瞬间偶极可诱使邻近分子非极性分子的瞬间偶极可诱使邻近分子极化而产生的分子间作用力。极化而产生的分子间作用力。1.存在于非极性分子与非极性分子之间，存在于非极性分子与非极性分子之间，极性分子与非极性分子之间，极性分子极性分子与非极性分子之间，极性分子与极性分子之间。存在于一切分子之间。与极性分子之间。存在于一切分子之间。2.由瞬间偶极产生。由瞬间偶极产生。3.本质：静电引力本质：静电引力表10-6Van der waals 力特点力特点 1.极性分子与极性分子间：取向力，诱导力，色散力。极性分子与极性分子间：取向力，诱导力，色散力。极性分子与非极性分子间：诱导力，色散力极性分子与非极性分子间：诱导力，色散力 非极性分子与非极性分子间：色散力非极性分子与非极性分子间：色散力 2.静电引力，比化学键小静电引力，比化学键小1-2数量级数量级 3.作用范围：几十到几百作用范围：几十到几百pm 5.色散力是主要的（除极性大的分子取向力较大外）色散力是主要的（除极性大的分子取向力较大外）6.化学键影响化合物的化学性质，分子间力影响化合化学键影响化合物的化学性质，分子间力影响化合物的物理性质。物的物理性质。熔、沸点熔、沸点物物质质分分子子F F2 2C Cl l2 2B Br r2 2I I2 2沸沸点点(K K)8 83 3.2 26 62 23 39 9.1 16 63 33 31 1.1 16 64 45 57 7.6 66 6熔熔点点(K K)5 50 0.1 16 61 17 70 0.7 76 62 26 65 5.3 36 63 38 86 6.7 76 6物物质质分分子子H HF FH HC Cl lH HB Br rH HI I沸沸点点(K K)2 29 96 6.6 68 81 18 88 8.1 13 32 20 06 6熔熔点点(K K)1 19 99 9.7 79 91 15 58 8.9 97 71 18 86 6三、氢键三、氢键(hydrogen bond)1.定义：当定义：当H原子与电负性很大、半径很小的原子原子与电负性很大、半径很小的原子X（F,O,N）以共价键结合成分子时，电子云强烈偏向于）以共价键结合成分子时，电子云强烈偏向于X原子，使原子，使H原子处在半裸露的状态，故这个原子处在半裸露的状态，故这个H原子可原子可和另一个原子与电负性很大、半径很小的原子和另一个原子与电负性很大、半径很小的原子Y相互相互吸引，形成吸引，形成X-HY，HY称为氢键。称为氢键。2.氢键的强弱顺序：氢键的强弱顺序：F-H FO-H OO-H NN-H N 3.本质：静电引力，键能：本质：静电引力，键能：van der waals力，力，分子内氢键分子内氢键z 非极性溶剂：分子间氢键非极性溶剂：分子间氢键分子内氢键分子内氢键z OONHOOHNOO作业：作业：p210 2,4,8(不需说明原因不需说明原因),9,11第四节第四节 分子结构分子结构 不要求不要求