第四讲_共振及派键课件

专题一 物质结构第四讲第四讲 共振论和大共振论和大键键1.专题一 物质结构第四讲 共振论和大键1.共振论共振论一一.共振论的基本概念共振论的基本概念1 1、概念、概念共振论是鲍林共振论是鲍林(L.Pauling)(L.Pauling)于于2020世纪世纪3030年代提出的。年代提出的。共振论认为：不能用经典结构式圆满表示的分子，共振论认为：不能用经典结构式圆满表示的分子，其真实结构是由多种可能的经典极限式叠加其真实结构是由多种可能的经典极限式叠加(共振共振杂化杂化)而成的。而成的。2.共振论一.共振论的基本概念2.实验测得：实验测得：CO32-中的三个碳氧是等同的，键长均为中的三个碳氧是等同的，键长均为0.128nm。而共振论将而共振论将COCO3 32-2-的真实结构表示为：的真实结构表示为：上式的意思是：上式的意思是：COCO3 32-2-的真实结构是上述三个共振结构的真实结构是上述三个共振结构式式(也叫基本式、极限式、参与结构式等也叫基本式、极限式、参与结构式等)的共振杂化体。的共振杂化体。例如：写出例如：写出CO32-的路易斯结构式的路易斯结构式3.实验测得：CO32-中的三个碳氧是等同的，键长均为 而共振必必须须十十分分明明确确地地指指出出：真真正正的的杂杂化化体体或或中中介介体体是是一一个个单单一一的的物物质质，决决不不是是几几个个极极限限式式的的混混合合物物。共共振振论论一一再再强强调调在在任任何何时时候候，共共振振杂杂化化体体都都是是一一个单独的物质，只能有一个结构。个单独的物质，只能有一个结构。根据共振论，烯丙基正离子可表示为：根据共振论，烯丙基正离子可表示为：4.必须十分明确地指出：真正的杂化体或中介体是一个单一的物质，决(1)我们用双箭头符号来联结多个经典结构。双箭头即我们用双箭头符号来联结多个经典结构。双箭头即共振之意，仅是一个数学符号，意味着将合理指定的经共振之意，仅是一个数学符号，意味着将合理指定的经典结构加以综合而提出分子的真实结构。这些经典结构典结构加以综合而提出分子的真实结构。这些经典结构又称共振结构或极限结构，它们必须符合经典价键结构，又称共振结构或极限结构，它们必须符合经典价键结构，但并不具有客观真实性，因为在基态时，它们从未存在但并不具有客观真实性，因为在基态时，它们从未存在过。过。2.2.书写极限结构式遵循的基本原则书写极限结构式遵循的基本原则 共振极限结构式不能随便书写，要遵守一些书写规则：共振极限结构式不能随便书写，要遵守一些书写规则：5.(1)我们用双箭头符号来联结多个经典结构。双箭头即共振之意，(2)(2)必必须须符符合合经经典典LewisLewis结结构构式式的的书书写写规规则则。比比如如碳碳原原子子必必须是须是4 4价，第二周期元素的价电子数不能超过价，第二周期元素的价电子数不能超过8 8个等。个等。例如：写出例如：写出CHCH3 3NONO2 2的合理的共振结构式的合理的共振结构式N原子的价电子数超过了原子的价电子数超过了86.(2)必须符合经典Lewis结构式的书写规则。比如碳原子必须(3)(3)电电子子位位置置变变，原原子子的的位位置置不不变变。离离域域所所涉涉及及到到的的电电子子一一般般为为电电子子，或或为为非非键键电电子子对对以以及及容容易易离离域域到到P P轨轨道道上的电子。上的电子。(5)所有的极限结构式中，未共用电子数（配对的或不所有的极限结构式中，未共用电子数（配对的或不配对的电子数）应保持一致。配对的电子数）应保持一致。例如：例如：(4)要求有关的原子必须共平面。即有关原子为要求有关的原子必须共平面。即有关原子为SPSP2 2或或SPSP杂化杂化(有关原子指的是电子位置变化所涉及到的原子有关原子指的是电子位置变化所涉及到的原子)。7.(3)电子位置变，原子的位置不变。离域所涉及到的电子一般为再如：重氮甲烷再如：重氮甲烷CHCH2 2N N2 2两个极限式的不配对的电子数为两个极限式的不配对的电子数为0 0，是允许的，是允许的 第一个极限式的不配对电子数为第一个极限式的不配对电子数为0 0，第二个极限式的，第二个极限式的不配对电子数为不配对电子数为2 2，是不允许的，是不允许的 8.再如：重氮甲烷CH2N2两个极限式的不配对的电子数为0，是允练习：写出下列分子或离子可能的共振体。练习：写出下列分子或离子可能的共振体。NO3和和O3 CH3NCO9.练习：写出下列分子或离子可能的共振体。9.3.3.极限式对共振杂化体的贡献极限式对共振杂化体的贡献共振是稳定因素。共振杂化体的能量低于任一参与共振的极限式。但并不是所有的共振结构对描述共振杂化体的贡献是等同的。含完整八隅体的结构比在价电子层上少于8个电子的结构更稳定，贡献更大;10.3.极限式对共振杂化体的贡献10.各共振极限结构式中，共价键的数目越多，其能量各共振极限结构式中，共价键的数目越多，其能量越低。越低。电荷没有分离的共振极限结构式稳定。电荷没有分离的共振极限结构式稳定。电荷分布符合元素电负性预计的共振极限结构式更电荷分布符合元素电负性预计的共振极限结构式更稳定。稳定。11.各共振极限结构式中，共价键的数目越多，其能量越低。12.12.共轭大共轭大键键苯苯分分子子中中6个个碳碳原原子子连连接接成成环环，每每个个碳碳原原子子上上再再连连一一个个氢氢原原子子，所所有有原原子子处处在在同同一一个个平平面面上上。苯苯的的结结构构式式如如右右所示：所示：苯的结构式里的碳苯的结构式里的碳-碳键有单键和双键之分，这种结构碳键有单键和双键之分，这种结构满足了碳的四价，可是事实上苯分子的单键和双键的键长满足了碳的四价，可是事实上苯分子的单键和双键的键长和键能并没有区别，苯的结构式并不能反映这个事实。和键能并没有区别，苯的结构式并不能反映这个事实。用形成用形成p-p大大 键的概念可以解决这个矛盾。键的概念可以解决这个矛盾。13.共轭大键苯分子中6个碳原子连接成环，每个碳原子上再连一个氢苯中的碳原子取苯中的碳原子取sp2杂化，每个碳原子尚余一个未参与杂杂化，每个碳原子尚余一个未参与杂化的化的p轨道，垂直于分子平面而相互平行。轨道，垂直于分子平面而相互平行。由于每个碳原子的左右两个相邻的碳原子没有什么区由于每个碳原子的左右两个相邻的碳原子没有什么区别别,认为中心的碳原子的未参与杂化的认为中心的碳原子的未参与杂化的p轨道中的电子只轨道中的电子只与左邻的碳原子上的平行与左邻的碳原子上的平行p轨道中的一个电子形成轨道中的一个电子形成p p键而键而不与右邻的形成不与右邻的形成p p键或者相反显然是不符合逻辑的。键或者相反显然是不符合逻辑的。所以我们认为所有所以我们认为所有6个平行个平行p轨道总共轨道总共6个电子在一起个电子在一起形成了弥散在整个苯环的形成了弥散在整个苯环的6个碳原子上下形成了一个个碳原子上下形成了一个p-p大大 键。用键。用p-p大大 键键(有机化学中的共轭体系有机化学中的共轭体系)的概念的概念苯的结构式写成如下右图更好。后者已经被广泛应用。苯的结构式写成如下右图更好。后者已经被广泛应用。14.苯中的碳原子取sp2杂化，每个碳原子尚余一个未参与杂化的p轨二、二、共轭大共轭大键键1、定义：在多原子分子中如有相互平行的、定义：在多原子分子中如有相互平行的p轨道，它们轨道，它们连贯重叠在一起构成一个整体，连贯重叠在一起构成一个整体，p电子在多个原子间运电子在多个原子间运动形成动形成型化学键，这种不局限在两个原子之间的型化学键，这种不局限在两个原子之间的键键称为称为离域离域键，或大键，或大键键。2、类型、类型 离域离域键可用符号键可用符号 表示，其中表示，其中n表示相表示相互平行的互平行的P轨道数目，轨道数目，m表示离域表示离域键中电子的数目，键中电子的数目，根据根据n和和m的大小关系，离域的大小关系，离域键可分为三种类型。键可分为三种类型。15.二、共轭大键1、定义：在多原子分子中如有相互平行的p轨道，正正常常离离域域键键，m m=n n，即即参参加加共共轭轭的的P P轨轨道道数数目目与与P P电电子数相等。如：苯子数相等。如：苯多多电电子子离离域域键键，mn，P电电子子数数大大于于P轨轨道道数数（但但小于小于2倍倍P轨道数）轨道数）双双键键邻邻接接带带有有孤孤对对电电子子的的O，N，P，Cl，S等等原原子子时时，常形成多电子离域大常形成多电子离域大键。键。缺电子离域缺电子离域键，键，mn，P电子数小于电子数小于P轨道数。轨道数。正正常常离离域域键键，m m=n n，即即参参加加共共轭轭的的P P轨轨道道数数目目与与P P电电子数相等。如：苯子数相等。如：苯多多电电子子离离域域键键，mn，P电电子子数数大大于于P轨轨道道数数（但但小于小于2倍倍P轨道数）轨道数）双双键键邻邻接接带带有有孤孤对对电电子子的的O，N，P，Cl，S等等原原子子时时，常形成多电子离域大常形成多电子离域大键。键。缺电子离域缺电子离域键，键，mn，P电子数小于电子数小于P轨道数。轨道数。16.正常离域键，m=n，即参加共轭的P轨道数目与P电子数相等共轭大共轭大键键3、形成离域、形成离域键的条件键的条件在三个或三个以上用在三个或三个以上用s s键联结起来的原子之间，键联结起来的原子之间，如能满足下列条件，则可以生成离域如能满足下列条件，则可以生成离域 键：键：(1)这些原子都在同一平面上；这些原子都在同一平面上；(2)每一原子有一互相平行的每一原子有一互相平行的p轨道轨道;(3)p电子的数目小于电子的数目小于p轨道数目的两倍。轨道数目的两倍。中心中心O原子和配原子和配位位O原子都有原子都有p轨道，共有轨道，共有4个个电子小于轨道数电子小于轨道数的两倍的两倍6，满足，满足上述条件即可形上述条件即可形成离成离域键。域键。例一：例一：O317.共轭大键3、形成离域键的条件中心O原子和配位O原子都有p例二：例二：CO2的的共轭大共轭大键键CO2的的碳碳原原子子取取sp杂杂化化轨轨道道,它它的的两两个个未未参参加加杂杂化化的的p轨轨道道在在空空间间的的取取向向是是跟跟sp杂杂化化轨轨道道的的轴轴相相互互垂垂直直。CO2分子里有两套分子里有两套3原子原子4电子符号为电子符号为 34的的p-p大大 键键路易斯结构式路易斯结构式 分子中有分子中有2套平行套平行p轨道轨道 表达大表达大 键的结构式键的结构式4、计算大、计算大 键里的电子数简单方法键里的电子数简单方法(1)确定分子中总价电子数；确定分子中总价电子数；(2)画出分子中的画出分子中的键以及不与键以及不与键键p轨道平行的轨道平行的 孤对电子轨道；孤对电子轨道；(3)总电子数减去这些总电子数减去这些键电子和孤对电子，键电子和孤对电子，剩余的就是填入大剩余的就是填入大键的电子。键的电子。18.例二：CO2的共轭大键CO2的碳原子取sp杂化轨道,它的例如：例如：CO2分子有分子有16个价电子个价电子,每个氧原子上有每个氧原子上有1个容纳个容纳孤对电子的轨道不与孤对电子的轨道不与p p键键p轨道平行及轨道平行及2个个s s键键，共容纳，共容纳8个电子；个电子；2套平行套平行p轨道里总共有轨道里总共有8个电子，平均每套个电子，平均每套p轨轨道里有道里有4个电子。个电子。注意：每个原子把成键电子去掉剩下的贡注意：每个原子把成键电子去掉剩下的贡献到离域键里的电子，最多献到离域键里的电子，最多2个个 19.例如：CO2分子有16个价电子,每个氧原子上有1个容纳孤对电5、几种分子或离子的共轭大键（1）CO32离子中的大离子中的大 键键中心碳原子取中心碳原子取sp2杂化形式，碳原子上有一个垂直杂化形式，碳原子上有一个垂直于分子平面的于分子平面的p轨道；端位的轨道；端位的3个氧原子也各有个氧原子也各有1个个垂直于分子平面的垂直于分子平面的p轨道；分子的总价电子数等于轨道；分子的总价电子数等于24，3个个COs s键有键有6个电子，每个氧原子上有个电子，每个氧原子上有2个不个不与分子平面垂直的孤对电子对，因此与分子平面垂直的孤对电子对，因此4个平行个平行p轨道轨道中共有中共有24-6-34=6个电子，所以个电子，所以CO32离子中有离子中有1个个4轨道轨道6电子电子p-p大大 键，符号为键，符号为 46。另一种分析方法：另一种分析方法：在在CO3 2-离子中，中心离子中，中心C原子用原子用sp2杂化轨道与杂化轨道与3个个O原子结合，四个原子在同一平面上，原子结合，四个原子在同一平面上，C的另一个的另一个p轨道与分子平面垂轨道与分子平面垂直，其余三个直，其余三个O原子也各有一个与分子平面垂直的原子也各有一个与分子平面垂直的p轨道，这四个互轨道，这四个互相平行的相平行的p轨道上共有四个轨道上共有四个p电子，再加上电子，再加上CO3 2-离子中的两个离子电离子中的两个离子电荷共有荷共有6个电子，生成的大个电子，生成的大键记为键记为46。20.5、几种分子或离子的共轭大键（1）CO32离子中的大键（2）丁二烯分子式）丁二烯分子式H2C=CH-CH=CH2。4个个碳碳原原子子均均有有3个个配配位位原原子子相相邻邻，故故均均取取sp2杂杂化化，形形成成3个个s s键键，所所有有原原子子处处于于同同一一个个平平面面。每每个个碳碳原原子子有有一一个个未未参参与与杂杂化化的的p轨轨道道，垂垂直直于于分分子子平平面面，每每个个p轨轨道道里里有有一一个个电电子子。按按照照上上面面分分析析苯苯分分子子的的结结构构的的模模式式，丁二烯分子里有一个丁二烯分子里有一个4轨道轨道4电子的电子的p-p大大 键。键。21.（2）丁二烯分子式H2C=CH-CH=CH2。21.（3）石墨能导电的原因）石墨能导电的原因石石墨墨分分子子结结构构是是层层形形结结构构，每每层层是是由由无无限限个个碳碳六六元元环环所所形形成成的的平平面面，其其中中的的碳碳原原子子取取sp2杂杂化化，与与苯苯的的结结构构类类似似，每每个个碳碳原原子子尚尚余余一一个个未未参参与与杂杂化化的的p轨轨道道，垂垂直直于于分分子子平平面面而而相相互互平平行行。平平行行的的n个个p轨轨道道共共n个个个个电电子子在在一一起起形形成成了了弥弥散散在在整整个个层层的的n个个碳碳原原子子上上下下形形成成了了一一个个p-p大大 键键。电电子子在在这这个个大大p p键键中中可以自由移动，即石墨能导电。可以自由移动，即石墨能导电。22.（3）石墨能导电的原因22.练一练练一练N2O4存在着()A、一个 B、二个C、一个 D、二个 23.练一练N2O4存在着()23.想一想：想一想：24.想一想：24.三、等电子体三、等电子体 等电子体原理：具有相同的通式等电子体原理：具有相同的通式AXAXm m，价电子总数相等的分子或离子具有相同的结构特征。价电子总数相等的分子或离子具有相同的结构特征。“相同的结构特征相同的结构特征”包括：电子结构、分子的立包括：电子结构、分子的立体结构，化学键的类型，但键角并不一定相等，除体结构，化学键的类型，但键角并不一定相等，除非键角为非键角为180180 或或9090 等特定的角度。等特定的角度。25.三、等电子体 等电子体原理：具有相同的通式AX例例:CO:CO2 2、CNSCNS、NONO2 2+、N N3 3 具有相同的通式具有相同的通式AXAX2 2，价电子总数，价电子总数1616，具有相同的结构具有相同的结构直线型分子，直线型分子，中心原子上没有孤对电子而取中心原子上没有孤对电子而取spsp杂化轨道，形杂化轨道，形成直线形骨架，键角为成直线形骨架，键角为180180，分子里有两套，分子里有两套 3 34 4 p-p p-p 大大 键。键。26.例:CO2、CNS、NO2+、N326.例例:CO32、NO3、SO3等离子或分子等离子或分子相同的通式相同的通式AX3，总价电子数总价电子数24，有相同的结构有相同的结构平面三角形分子平面三角形分子,中心原子上没有孤对电子而取中心原子上没有孤对电子而取sp2杂化轨道形成分子杂化轨道形成分子的骨架，有一套的骨架，有一套 46p-p大大 键。键。例例:S:SO2、O3、NO2等离子或分子，等离子或分子，AX2，18e，中心原子取中心原子取sp2杂化形式，杂化形式，平面三角形，平面三角形，中心原子上有中心原子上有1对孤对电子对孤对电子(处于分子平面上处于分子平面上)，分子，分子立体结构为立体结构为V型型(或角型、折线型或角型、折线型)，有一套符号为，有一套符号为 34的的p-p大大 键。键。27.例:CO32、NO3、SO3等离子或分子 相同的通式练习：在练习：在 BF3、CO32-、BF4-、PO43-分子中，哪些分子属于等电子体？说一下分子中，哪些分子属于等电子体？说一下它们的杂化方式和成键方式。它们的杂化方式和成键方式。看资料p22:8种等电子体类型，并记住28.练习：在 BF 3 、CO 3 2-、BF 4-、2008年北京市高中学生化学竞赛试卷（高中二年级）年北京市高中学生化学竞赛试卷（高中二年级）2008年年4月月20日下午日下午2：004：30 北北 京京第二题（共第二题（共6分）等电子体指的是含有相同电子数的分子分）等电子体指的是含有相同电子数的分子或离子。按下列要求写出几个与或离子。按下列要求写出几个与N2分子互为等电子体的物分子互为等电子体的物质的化学式。质的化学式。（1）一种）一种AB型分子，它是一种很有用的还原剂型分子，它是一种很有用的还原剂（2）AB型离子，它是一种重要的配位体型离子，它是一种重要的配位体（3）A2B2型分子型分子COCNHCCH（C2H2）29.2008年北京市高中学生化学竞赛试卷（高中二年级）200830.30.31.31.2.7 2.7 分子间力分子间力 除化学键除化学键(共价键、离子键、金属键共价键、离子键、金属键)外，分子与外，分子与分子之间，某些较大分子的基团之间，或小分子与大分分子之间，某些较大分子的基团之间，或小分子与大分子内的基团之间，还存在着各种各样的作用力，总称分子内的基团之间，还存在着各种各样的作用力，总称分子间力。相对于化学键，分子间力是一类弱作用力。子间力。相对于化学键，分子间力是一类弱作用力。化学键的键能数量级达化学键的键能数量级达10102 2，甚至甚至10103 3kJ/molkJ/mol，而分子，而分子间力的能量只达间力的能量只达n n n n10kJ/mol10kJ/mol的数量级，比化学键弱的数量级，比化学键弱得多。相对于化学键，大多数分子间力又是短程作用力，得多。相对于化学键，大多数分子间力又是短程作用力，只有当分子或基团只有当分子或基团(为简捷起见下面统称为简捷起见下面统称“分子分子”)距离距离很近时才显现出来。很近时才显现出来。范德华力和氢键范德华力和氢键是两类最常见的分是两类最常见的分子间力，分别介绍如下。子间力，分别介绍如下。32.2.7 分子间力 除化学键(共价键、离子键、一、范德华力一、范德华力 范德华力普遍地存在于固、液、气态任何微粒之间。范德华力普遍地存在于固、液、气态任何微粒之间。微粒相离稍远，就可忽略；微粒相离稍远，就可忽略；范德华力没有方向性和饱和性，不受微粒之间的方向与个数的范德华力没有方向性和饱和性，不受微粒之间的方向与个数的限制。限制。范德华力可分解为三种不同来源的作用力：范德华力可分解为三种不同来源的作用力：色散力色散力 诱导力诱导力 取向力。取向力。33.一、范德华力33.1.1.色散力色散力所有单一原子或多个原子键合而成的分子、离子或者分子中所有单一原子或多个原子键合而成的分子、离子或者分子中的基团的基团(统称分子统称分子)。相对于电子，分子中原子的位置相对固定，。相对于电子，分子中原子的位置相对固定，而分子中的电子却围绕整个分子快速运动着。而分子中的电子却围绕整个分子快速运动着。于是，分子的正电荷重心与负电于是，分子的正电荷重心与负电荷重心时时刻刻不重合，产生瞬荷重心时时刻刻不重合，产生瞬时偶极。分子相互靠拢时，它们时偶极。分子相互靠拢时，它们的瞬时偶极矩之间会产生电性引的瞬时偶极矩之间会产生电性引力，这就是色散力。色散力不仅力，这就是色散力。色散力不仅是所有分子都有的最普遍存在的是所有分子都有的最普遍存在的范德华力，而且经常是范德华力范德华力，而且经常是范德华力的主要构成。的主要构成。34.1.色散力于是，分子的正电荷重心与负电荷重心时时刻刻不重合，色散力没有方向色散力没有方向，分子的瞬时偶极矩的矢量方向时，分子的瞬时偶极矩的矢量方向时刻在变动之中，瞬时偶极矩的大小也始终在变动之刻在变动之中，瞬时偶极矩的大小也始终在变动之中，然而，可以想见，中，然而，可以想见，分子越大、分子内电子越多，分子越大、分子内电子越多，分子刚性越差，分子里的电子云越松散，越容易变分子刚性越差，分子里的电子云越松散，越容易变形，色散力就越大形，色散力就越大。衡量分子变形性的物理量叫做。衡量分子变形性的物理量叫做极化率极化率(符号符号a)a)。分子极化率越大，变形性越大，色散力就越大分子极化率越大，变形性越大，色散力就越大。例如例如:HCl:HCl、HBrHBr、HIHI的色散力依次增大，分别为的色散力依次增大，分别为16.8316.83、21.9421.94、25.87kJ/mol25.87kJ/mol，而，而ArAr、COCO、H H2 2O O的色的色散力只有散力只有8.508.50、8.758.75、9.00kJ/mol9.00kJ/mol。35.色散力没有方向，分子的瞬时偶极矩的矢量方向时刻在变动之中2.2.取向力取向力取取向向力力，又又叫叫定定向向力力，是是极极性性分分子子与与极极性性分分子子之之间间的固有偶极与固有偶极之间的静电引力。的固有偶极与固有偶极之间的静电引力。取向力只有极性分子与极性分子取向力只有极性分子与极性分子之间才存在。分子偶极矩越大，之间才存在。分子偶极矩越大，取向力越大。取向力越大。如：如：HClHCl、HBrHBr、HIHI的偶极矩依次减小，因而其取向的偶极矩依次减小，因而其取向力分别为力分别为3.313.31、0.690.69、0.025kJ/mol0.025kJ/mol，依次减小。，依次减小。对大多对大多数极性分子，取向力仅占其范德数极性分子，取向力仅占其范德华力构成中的很小分额，只有少华力构成中的很小分额，只有少数强极性分子例外。数强极性分子例外。36.2.取向力取向力只有极性分子与极性分子之间才存在。分子偶极矩取向力取向力37.取向力37.3.3.诱导力诱导力在极性分子的固有偶极诱导下，临近它的分子会产在极性分子的固有偶极诱导下，临近它的分子会产生诱导偶极，分子间的诱导偶极与固有偶极之间的电生诱导偶极，分子间的诱导偶极与固有偶极之间的电性引力称为诱导力。性引力称为诱导力。诱导偶极矩的大小由诱导偶极矩的大小由固有偶极的偶极矩固有偶极的偶极矩(m)(m)大小和分子大小和分子变形性的大小决定。极化率越大变形性的大小决定。极化率越大,分子越容易变形分子越容易变形,在同在同一固有偶极作用下产生的诱导偶极矩就越大。一固有偶极作用下产生的诱导偶极矩就越大。38.3.诱导力诱导偶极矩的大小由固有偶极的偶极矩(m)大小和分如放射性稀有气体氡如放射性稀有气体氡(致癌物致癌物)在在2020 C C水中溶解度为水中溶解度为230cm230cm3 3/L/L。而氦在同样条件下的溶解度却只有。而氦在同样条件下的溶解度却只有8.61cm8.61cm3 3/L/L。又如，水中溶解的氧气。又如，水中溶解的氧气(20(20 C C溶解溶解30.8cm30.8cm3 3/L)/L)比氮气多得多，跟空气里氮氧比正相反，比氮气多得多，跟空气里氮氧比正相反，也可归结为也可归结为O O2 2的极化率比的极化率比N N2 2的大得多。的大得多。同理，极化率同理，极化率(a)(a)相同的分子在偶极矩相同的分子在偶极矩(m)(m)较大的较大的分子作用下产生的诱导力也较大。分子作用下产生的诱导力也较大。39.如放射性稀有气体氡(致癌物)在20C水中溶解度为230cm40.40.色散力、取向力和诱导力色散力、取向力和诱导力41.色散力、取向力和诱导力41.分子越大分子越大、分子内电子越多，分子刚性越差，分子、分子内电子越多，分子刚性越差，分子里的电子云越松散，越容易变形，里的电子云越松散，越容易变形，色散力就越大色散力就越大。分子极化率越大，变形性越大，色散力就越大分子极化率越大，变形性越大，色散力就越大42.分子越大、分子内电子越多，分子刚性越差，分子里的电子云越松散判断下列各组分子之间存在什么形式的分子判断下列各组分子之间存在什么形式的分子间作用力。间作用力。H2S气体分子气体分子 CH4分子分子 Ne与水与水 CH3Br体分子体分子 NH3分子分子 Br2与与CCl443.判断下列各组分子之间存在什么形式的分子间作用力。43.二、氢键二、氢键氢键是已经以共价键与其他原子键合的氢原子与另一氢键是已经以共价键与其他原子键合的氢原子与另一个原子之间产生的分子间作用力，是除范德华力外的另个原子之间产生的分子间作用力，是除范德华力外的另一种常见分子间作用力一种常见分子间作用力。通常，发生氢键作用的氢原子。通常，发生氢键作用的氢原子两边的原子必须是强电负性原子。两边的原子必须是强电负性原子。44.二、氢键44.45.45.(NH3,H2O,HF)has the highest boiling point 46.(NH3,H2O,HF)has the highest从图中可以看到氢键对从图中可以看到氢键对HF、H2O及及NH3的熔沸点的影响的熔沸点的影响47.从图中可以看到氢键对HF、H2O及NH3的熔沸点的影响47.、氢键解释了水的特殊物理性质、氢键解释了水的特殊物理性质水的物理性质十分特异。与同周期氢化物相比，水的物理性质十分特异。与同周期氢化物相比，冰的密度小、冰的密度小、4 C时水的密度最大、水的熔沸点时水的密度最大、水的熔沸点高、水的比热大、水的蒸气压小、高、水的比热大、水的蒸气压小、等等。等等。水的这些特异物理性质对于生命的存在有着决定性的意水的这些特异物理性质对于生命的存在有着决定性的意义。如若水的熔沸点相当于后三个周期同族氢化物熔沸义。如若水的熔沸点相当于后三个周期同族氢化物熔沸点变化趋势向前外推的估算值，地球温度下的水就不会点变化趋势向前外推的估算值，地球温度下的水就不会呈液态，如今的地貌不可能呈现，生命体不会出现。如呈液态，如今的地貌不可能呈现，生命体不会出现。如若冰的密度比液态水的密度大，如若液态水从若冰的密度比液态水的密度大，如若液态水从0 0 C C升至升至4 4 C C密度不增大，地球上的所有水体在冬天结冰时，所密度不增大，地球上的所有水体在冬天结冰时，所有水生生物都会冻死。有水生生物都会冻死。48.、氢键解释了水的特殊物理性质水的这些特异物理性质对于生命的冰的晶体结构：冰的晶体结构：(小球代表氢原子小球代表氢原子,大球代表氧原子大球代表氧原子,实线代表实线代表HO键，虚线代表氢键键，虚线代表氢键)49.冰的晶体结构：(小球代表氢原子,大球代表氧原子,实线代表HOHO具有方向性。具有方向性。氢键有方向性的性氢键有方向性的性质不同于范德华力质不同于范德华力,而与共价键相同。氢键而与共价键相同。氢键有饱和性有饱和性,每摩尔冰里只有每摩尔冰里只有2N0个氢键。个氢键。50.OHO具有方向性。氢键有方向性的性质不同于范德华力,冰熔化为液态水，至多只能打破冰中全部氢键冰熔化为液态水，至多只能打破冰中全部氢键的约的约13%13%。这就意味着。这就意味着,刚刚熔化的水中仍分布着刚刚熔化的水中仍分布着大量近距有序的冰晶结构微小集团大量近距有序的冰晶结构微小集团(有人称之为有人称之为“冰山结构冰山结构”iceberg)iceberg)。随温度升高，同时发生。随温度升高，同时发生两种相反的过程：一是冰晶结构小集团受热不断两种相反的过程：一是冰晶结构小集团受热不断崩溃；另一是水分子间距因热运动不断增大。崩溃；另一是水分子间距因热运动不断增大。0 04 4 C C间，前者占优势，间，前者占优势，4 4 C C以上，后者占以上，后者占优势，优势，4 4 C C时，两者互不相让时，两者互不相让,招致水的密度最招致水的密度最大。水的比热大，也是由于水升温过程需要打破大。水的比热大，也是由于水升温过程需要打破除范德华力外的额外氢键。水的蒸发热高，原因除范德华力外的额外氢键。水的蒸发热高，原因相同。相同。51.冰熔化为液态水，至多只能打破冰中全部氢键的约13%。水调节体温水调节体温水的比热大水的比热大 ：(1g(1g水从水从15150 0C C升到升到16160 0C C时需要时需要4.2J4.2J热量热量)大大于其他溶剂和其他固体物质，即使体内产热较多，也因于其他溶剂和其他固体物质，即使体内产热较多，也因热能被水吸收体温不会大幅度上升；热能被水吸收体温不会大幅度上升；水的蒸发热大：水的蒸发热大：(1g(1g水在水在37370 0C C时完全蒸发需要吸热时完全蒸发需要吸热 2 24kJ)4kJ)当体内产热过多时，少量水蒸发当体内产热过多时，少量水蒸发(出汗出汗)，就可，就可以散发较多的热量；以散发较多的热量；水的流动性大水的流动性大：可经各部分体液交流和血液循环，将热量可经各部分体液交流和血液循环，将热量分布于全身。分布于全身。此外体内水占体重的比例大此外体内水占体重的比例大、因而水能调节产热与散热的因而水能调节产热与散热的平衡有助于保持体温恒定。平衡有助于保持体温恒定。52.水调节体温水的比热大：(1g水从150C升到160C时需要 2.2.氢键对氟化氢是弱酸的解释氢键对氟化氢是弱酸的解释其他卤化氢分子在水溶液表现酸性只是它们与水分子反其他卤化氢分子在水溶液表现酸性只是它们与水分子反应生成的应生成的“游离的游离的”H H3 3O O+离子和离子和X X离子的能力的反映，但离子的能力的反映，但对于对于HFHF，由于反应产物，由于反应产物H H3 3O O+可与另一反应产物可与另一反应产物F F以氢键缔以氢键缔合为合为+H H2 2OHOHF F，酸式电离产物，酸式电离产物F F还会与未电离的还会与未电离的HFHF分子分子以氢键缔合为以氢键缔合为FFH HFF，大大降低了，大大降低了HFHF酸式电离生成酸式电离生成“游离游离”H H3 3O O+和和F F的能力；的能力；同浓度的同浓度的HXHX水溶液相互比较，水溶液相互比较，HFHF分子因氢键缔合成相对分子因氢键缔合成相对不自由的分子，比起其他不自由的分子，比起其他HXHX，“游离游离”的分子要少得多，的分子要少得多，这种效应相当于这种效应相当于HXHX的有效浓度降低了，自然也使的有效浓度降低了，自然也使HFHF发生酸发生酸式电离的能力降低。式电离的能力降低。53.2.氢键对氟化氢是弱酸的解释53.3.3.氢键对某些物质的熔沸点差异的解释氢键对某些物质的熔沸点差异的解释氢键不仅出现在分子间，也可出现在分子内。如氢键不仅出现在分子间，也可出现在分子内。如:邻邻硝基苯酚中羟基上的氢原子可与硝基上的氧原子形成硝基苯酚中羟基上的氢原子可与硝基上的氧原子形成分子内氢键；间硝基苯酚和对硝基苯酚则没有这种分分子内氢键；间硝基苯酚和对硝基苯酚则没有这种分子内氢键，只有分子间氢键。这解释了为什么邻硝基子内氢键，只有分子间氢键。这解释了为什么邻硝基苯酚的熔点比间硝基苯酚和对硝基苯酚的熔点低。苯酚的熔点比间硝基苯酚和对硝基苯酚的熔点低。54.3.氢键对某些物质的熔沸点差异的解释54.4.氢键对生物高分子的高级结构的影响如:生物的遗传基因本质上是就是DNA(脱氧核糖核酸)分子中的碱基(A、T、C、G)顺序,而DNA的双螺旋是由两条DNA大分子的碱基通过氢键配对形成的,氢键的方向性和饱和性使双螺旋的碱基配对具有专一性A和T配对而C与G配对,即AT由2个氢键配对而CG由3个氢键配对,是遗传密码(基因)复制机理的化学基础之一。55.4.氢键对生物高分子的高级结构的影响55.例如，具有方向性和饱和性的氢键则是蛋白质高级结例如，具有方向性和饱和性的氢键则是蛋白质高级结构构(蜷曲、折叠等蜷曲、折叠等)构建的原因之一。水甚至还成团地构建的原因之一。水甚至还成团地以氢键缔合，聚集在一些生物高分子蜷曲、折叠后形以氢键缔合，聚集在一些生物高分子蜷曲、折叠后形成的亲水空腔内，这些缔合水微团不但影响着亲水空成的亲水空腔内，这些缔合水微团不但影响着亲水空腔的形状，进而还影响着生物高分子的高级结构与功腔的形状，进而还影响着生物高分子的高级结构与功能，而且无疑地可容纳如某些离子或小分子等亲水物能，而且无疑地可容纳如某些离子或小分子等亲水物种。种。56.例如，具有方向性和饱和性的氢键则是蛋白质高级结构(蜷曲、折叠氢键使氢键使蛋白质蛋白质形成形成a a螺螺旋旋(图中图中小球为小球为氢原子，氢原子，虚线为虚线为氢键氢键)57.氢键使蛋白质57.DNA双螺旋是由氢键使碱基双螺旋是由氢键使碱基(AT和和CG)配对形成的配对形成的(图中图中NHO，NHN，OHN，NHN，NHO是氢键是氢键)58.DNA双螺旋是由氢键使碱基58.三、范德华半径三、范德华半径范范德德华华半半径径是是指指以以范范德德华华力力作作用用而而相相邻邻的的原原子子半半径径。例例如如：碘碘分分子子之之间间因因范范德德华华力力相相互互作作用用(IIII，其其中中的虚线表示范德华力的虚线表示范德华力)。范德华半径是考察分子结构的一种重要参考数据。例如，范德华半径是考察分子结构的一种重要参考数据。例如，当发当发现两原子的核间距明显小于范德华半径之和时，可现两原子的核间距明显小于范德华半径之和时，可以预言，这两个原子之间一定存在某种比范德华力更强以预言，这两个原子之间一定存在某种比范德华力更强的作用力，如存在氢键或其他分子间力，或者存在共价的作用力，如存在氢键或其他分子间力，或者存在共价键或其他化学键。键或其他化学键。利用范德华半径和共价半径的数据可以通过几何学利用范德华半径和共价半径的数据可以通过几何学计算分子的大小。计算分子的大小。59.三、范德华半径范德华半径是考察分子结构的一种重要参考数据此课件下载可自行编辑修改，此课件供参考！此课件下载可自行编辑修改，此课件供参考！部分内容来源于网络，如有侵权请与我联系删除！部分内容来源于网络，如有侵权请与我联系删除！此课件下载可自行编辑修改，此课件供参考！