第四章-物质结构简介详解课件

第四章第四章 物质结构简介物质结构简介一、四个量子数一、四个量子数二、二、核外电子核外电子的排布的排布 1 1、核外电子排布、核外电子排布 2 2、原子核外电子构型与周期表、原子核外电子构型与周期表三、元素周期律三、元素周期律 1 1、元素周期表的划分、元素周期表的划分 2 2、原子半径、电离能、电负性的周期变化、原子半径、电离能、电负性的周期变化四、化学键理论与杂化轨道四、化学键理论与杂化轨道 1 1、离子键、离子键 2 2、共价键、共价键五、分子间的作用力五、分子间的作用力一、四个量子数一、四个量子数主量子数主量子数(n)n)取值范围取值范围：n n1,2,3,1,2,3,（只能是正整数）只能是正整数）物理意义物理意义：描述电子运动的范围，即通常所说的电子层，决定描述电子运动的范围，即通常所说的电子层，决定电子能量的高低。电子能量的高低。常用符号常用符号：K,L,M,N,O,P,Q K,L,M,N,O,P,Q n n：1,2,3,4,5,6,71,2,3,4,5,6,71）主量子数确定电子运动的能量。）主量子数确定电子运动的能量。n值越大电子所具有的能量值越大电子所具有的能量 越大。越大。2）电子出现概率最大的离核的平均距离）电子出现概率最大的离核的平均距离。3）代表电子层或能层。在一个原子内，具有相同量子数的电子，几乎在同样）代表电子层或能层。在一个原子内，具有相同量子数的电子，几乎在同样的空间范围运动，故称为主量子数。的空间范围运动，故称为主量子数。n相同的电子为一个电子层。相同的电子为一个电子层。Schrodinger E角量子数角量子数(l)l)取值范围取值范围：l l0,1,2,3,.0,1,2,3,.（n-n-1 1）物理意义物理意义：表示电子轨道的形状和在多电子原子中和：表示电子轨道的形状和在多电子原子中和主量子数一起决定电子的能量。它的取值受主量子数一起决定电子的能量。它的取值受n n的限制。的限制。常用符号：常用符号：s，p，d,f l:0,1,2,3(n-1)1)1)l l 对应的能级表示亚层，决定原子轨道形状对应的能级表示亚层，决定原子轨道形状2)2)在多电子原子中在多电子原子中l l和主量子数一起决定电子和主量子数一起决定电子的能级。的能级。s sp pd df fg gs 轨道轨道球形球形p 轨道轨道哑铃形哑铃形d轨轨道道的的两两种种形形状状 如：如：当当n n=2,=2,l l=0=0 的状态就为的状态就为2s2s电子；电子；处在处在n n=2,=2,l l=1=1 的状态为的状态为2p2p电子电子。磁量子数磁量子数(m)磁量子数磁量子数m 取值受角量子数的限制。取值受角量子数的限制。m=（2l+1）或者）或者0,1,2,3,l。1）m 决定原子轨道在空间的取向。轨道决定原子轨道在空间的取向。轨道轨道数目。轨道数目。2）磁量子数与电子能量无关磁量子数与电子能量无关。取值范围取值范围：m=0,1,2 l 物理意义物理意义：表示电子轨道在空间的伸展方向：表示电子轨道在空间的伸展方向当当l=0=0时时:m=0,0,即只有一种运动状态，即只有一种运动状态，s s轨道一种。轨道一种。当当l=1=1时时:m=0,1-1,0,1-1,即有三种运动状态，即有三种运动状态，p p轨道三种。轨道三种。当当l=2=2时，时，m=-2,-1,0,1,2,=-2,-1,0,1,2,即有五种运动状态即有五种运动状态,d,d轨道五种。轨道五种。当指明了电子运动的三个量子数当指明了电子运动的三个量子数n,l,m,n,l,m,电子运动的轨道也就确定了，电子运动的轨道也就确定了，所以说所以说，波函数波函数 n,l,mn,l,m和原子轨道是同义词和原子轨道是同义词例例2 2 当当n n1 1，l=1l=1时，时，m m的取值可以是的取值可以是-1-1、0 0、+1+1，表示有三个，表示有三个简并简并(能量相同的能量相同的)原子轨道原子轨道:2,1,0；2,1,-1；2,1,1。称为P轨道符号为：2Px，2Py，2Pz ，P轨道的形状呈8字形对称例例1 1 当当n n2 2，l=0l=0时，时，m m的取值只能是的取值只能是m=0m=0，写出其所表示的写出其所表示的 原子轨道原子轨道 2,0,0 2,0,0 称称S S轨道轨道 符号：符号：2 2s s S S轨道的形状呈球形对称轨道的形状呈球形对称 自旋量子数自旋量子数(m ms s)自旋量子数不是由氢原子波动方程解出，自旋量子数不是由氢原子波动方程解出，而是根据氢原子光谱的精细而是根据氢原子光谱的精细结构实验而引入的。因为电子在简并轨道中运动时，如果在磁场的作用结构实验而引入的。因为电子在简并轨道中运动时，如果在磁场的作用下，也会发生能量的微小变化，致使线状光谱在磁砀中发生分裂下，也会发生能量的微小变化，致使线状光谱在磁砀中发生分裂取值范围取值范围：+，-1221通常用符号“”或“”表示物理意义物理意义：表示电子在原子轨道中运动的空间自旋方向。在在一一个个原原子子中中，不不可可能能存存在在四四个个量量子子数数完完全全相相同同的的电电子子，因因此此电电子的运动状态可以用四个量子数来描述子的运动状态可以用四个量子数来描述(n,l,m,mn,l,m,ms s)n,l,m 一定一定,轨道也确定轨道也确定 0 1 2 3轨道轨道 s p d f例如例如:n=2,l=0,m=0,2s n=3,l=1,m=0,3pz n=3,l=2,m=0,3dz2核外电子运动核外电子运动轨道运动轨道运动自旋运动自旋运动与一套量子数相对应（自然也有与一套量子数相对应（自然也有1个能量个能量Ei)n lm ms练习练习1、写出与写出与轨道量子数道量子数 n=4,l=2,m=0 的原子的原子轨道名称。道名称。2、下面那些量子数不合理的？下面那些量子数不合理的？I.n=2,l=1,m=-1；II.n=3,l=0,m=0；III.n=2,l=2,m=-1；IV.n=2,l=1,m=0；V.n=2,l=0,m=-1；VI.n=2,l=3,m=2.3、某原子中有某原子中有5个个电子，分子，分别具有如下所列的量子数，其具有如下所列的量子数，其中中对应于能量最高的于能量最高的电子的量子数是子的量子数是 A.n=2,l=1,m=1.m2=-1/2 B.n=2,l=1,m=0,ms=-1/2 C.n=3,l=1,m=1,ms=1/2 D.n=3,l=2,m=-2,ms=-1/2 4、请写出写出Cl原子的最外原子的最外层电子的量子数。子的量子数。电子云分布图：电子云分布图：综合了角度部分和径向部分综合了角度部分和径向部分ns电子云空电子云空 间分布图间分布图氢原子的几种氢原子的几种径向分布图径向分布图：v 峰表示几率出现大的半径位置峰表示几率出现大的半径位置v 峰的个数：峰的个数：n-lv n越大，离核越远；越大，离核越远；n 相同，平相同，平 均距离相近均距离相近52.9 pm氢原子基态氢原子基态Bohr半径处半径处ns电子云空电子云空 间分布图间分布图np电子云空电子云空 间分布图间分布图二、核外电子排布二、核外电子排布1 1、三大原则：、三大原则：、三大原则：、三大原则：保里保里保里保里(Pauli)Pauli)不相容原理不相容原理不相容原理不相容原理 每个原子每个原子轨道最多只能容道最多只能容纳两个两个电子，且自旋方向必子，且自旋方向必须相反。相反。能量最低原理能量最低原理能量最低原理能量最低原理 在不在不违背保里不相容原理的前提下，背保里不相容原理的前提下，电子子总是尽可能占据能量是尽可能占据能量最低的原子最低的原子轨道，然后才依次道，然后才依次进入能量入能量较高的原子高的原子轨道。道。洪特洪特洪特洪特(Hund)Hund)规则规则电子在同一子在同一亚层的的等价等价等价等价轨轨道道道道上排布上排布时，总是尽可能分占不同的是尽可能分占不同的轨道，并且自旋方向相同。道，并且自旋方向相同。等价等价轨道道全全全全满满(p6,d10,f14)、半充半充半充半充满满(p3,d5,f7)和和全空全空全空全空(p0,d0,f0)，能量最低，原子能量最低，原子结构构稳定。定。例：例：7 7N N的核外电子排布式为：的核外电子排布式为：1s1s2 22s2s2 22p2p3 3N:N:1s1s2s2s2p2p 洪特规则是一个经验规则，后经量子力学证明，电子按洪洪特规则是一个经验规则，后经量子力学证明，电子按洪特规则排布可以使体系的能量最低。特规则排布可以使体系的能量最低。作为洪特规则的特例，等价轨道在全充满作为洪特规则的特例，等价轨道在全充满(p(p6 6，d d1010，f f1414)、半充满半充满(p(p3 3，d d5 5，f f7 7)、全空、全空(p(p0 0，d d0 0，f f0 0)状态下比较稳定。状态下比较稳定。原子核外电子的排布方法示意图原子核外电子的排布方法示意图多多电电子子原原子子中中轨轨道道填填充充顺顺序序1 1、例：写出下列元素的电子排布式：、例：写出下列元素的电子排布式：2、写出下列原子和离子的写出下列原子和离子的电子子结构式。构式。(1)Cu(z=29)和和Cu+(2)Fe(z=26)和和Fe3+(3)Ag(z=47)和和Ag+(4)I(z=35)和和I-解：（解：（1）Cu(z=29)：Ar3d104s1和和Cu+：Ar3d10（2）Fe(z=26)：Ar3d64s2和和Fe3+：Ar3d5（3）Ag(z=47)：Kr4d104s1和和Ag+：Kr4d10（4）I(z=35)：Ar3d104s24p5和和I-：Ar3d104s24p62 2、原子的电子排布和电子构型、原子的电子排布和电子构型H1S1He1S2Li1S2 2S1Be1S2 2S2B1S2 2S22P1C1S2 2S22P2N1S2 2S22P3O1S2 S2 2 2P4F1S2 2S22P5Ne1S2 2S22P6Na1S2 2S22P63S1Mg1S2 2S22P63S2Al1S2 2S22P63S23P1Si1S2 2S22P63S23P2P1S2 2S22P63S23P3S1S2 2S22P63S23P4Cl1S2 2S22P63S23P5Ar1S2 2S22P63S23P6原子核外电子排布式按照原子轨道能量由低到高的顺序填写表：基态电中性原子的电子组态表：基态电中性原子的电子组态1 氢氢H 1s12 氦氦He 1s23 锂锂Li He 2s14 铍铍Be He 2s25 硼硼B He 2s22p16 碳碳C He 2s22p27 氮氮N He 2s22p38 氧氧O He 2s22p49 氟氟F He 2s22p510 氖氖Ne 1s2 2s22p611钠钠Na Ne 3s112镁镁Mg Ne 3s213铝铝Al Ne 3s23p114硅硅Si Ne 3s23p2 15磷磷P Ne 3s23p3 16硫硫S Ne 3s23p4 17氯氯Cl Ne 3s23p5 18氩氩Ar 1s22s22p63s23p6 19钾钾K Ar 4s120钙钙Ca Ar 4s221钪钪Sc Ar 3d14s222钛钛Ti Ar 3d24s223钒钒V Ar 3d34s224铬铬Cr*Ar 3d54s125锰锰Mn Ar 3d54s226铁铁Fe Ar 3d64s227钴钴Co Ar 3d74s228镍镍Ni Ar 3d84s2不不符符合合构构造造原原理理 价层电子价层电子 价电子层价电子层 “电子仁电子仁”或或“电子实电子实”三、原子结构与元素周期系的关系三、原子结构与元素周期系的关系2 2、原子的电子层构型和周期的划分、原子的电子层构型和周期的划分 1周期数最外电子层的主量子数n 2第n周期元素的数目第n能级组能容纳的电子数 3元素原子的最外层电子数不超过8个，次外层不超过18个，这是由于多电子原子中原子轨道发生能级交错的结果。1 1、元素性质呈现周期性的内在原因、元素性质呈现周期性的内在原因元素的性质主要取决于原子的外电子层结构，而元素外电子层结构的排列又是随核电荷的增加而进行周期性的重复，所以元素性质的周期性来源于原子外电子层构型的周期性。（一）元素周期表的划分（一）元素周期表的划分3 3、原子的电子构型和族的划分、原子的电子构型和族的划分 s s区元素区元素(nsns1-21-2)：，族元素族元素 P P区元素区元素(nsns2 2npnp1-61-6)：族元素族元素 d d区元素区元素(n-1)dn-1)d1-10 1-10 nsns1-21-2)：族元素族元素 dsds区元素区元素(n-1)dn-1)d10 10 nsns1-21-2)：，族元素族元素 f f区元素区元素(n-2)fn-2)f1-141-14(n-1)d(n-1)d0-10-1nsns2 2 ：镧系和锕系元素镧系和锕系元素主族元素的族数原子最外电子层的电子数（主族元素的族数原子最外电子层的电子数（ns+npns+np）主族元素的最高氧化数。主族元素的最高氧化数。副族元素的族数副族元素的族数nsns电子数电子数(n-1)dn-1)d电子数（电子数（B,BB,B族族和和族例外）族例外）3 3同族元素的外层电子构型相似，化学性质也相似。同族元素的外层电子构型相似，化学性质也相似。4 4、原子的电子构型和元素的分区、原子的电子构型和元素的分区1、某一元素的原子序数某一元素的原子序数为24，试问：(1)核外核外电子子总数是多少？数是多少？(2)它的它的电子排布式？子排布式？(3)价价电子子层结构；构；(4)元素所元素所处的周期、族、区？的周期、族、区？解：解：(1)核外核外电子子总数是数是24 (2)它的它的电子排布式：子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1 (3)价价电子子层结构：构：3d54s1 (4)元素所元素所处的四周期、的四周期、B族、族、d区区练习：练习：2、有第四周期的有第四周期的A、B、C、D四种元素，它四种元素，它们的价的价电子数依次子数依次为1、2、2、7，且原子序数，且原子序数A、B、C、D依次增大，已知依次增大，已知A与与B的次外的次外层电子数子数为，C与与D次外次外层电子数子数为18，试问：(1)那些是金属元素？那些是金属元素？(2)A、B、C、D的原子序数及的原子序数及电子子结构式是什么？构式是什么？(3)B、D两元素，两元素，问能否形成化合物？写出分子式。能否形成化合物？写出分子式。解：解：(1)A、B、C是金属元素。是金属元素。(2)A：原子序数：原子序数19，Ar 4s1；B：原子序数原子序数20，Ar4s2；C：原子序数：原子序数30，Ar3d104s2；D：原子序数原子序数35，Ar 4s24p5（二）元素的基本性质的周期性变化二）元素的基本性质的周期性变化1 1、核外电子排布与周期表的关系、核外电子排布与周期表的关系 横行：横行：一个周期一个周期一个周期一个周期 周期数周期数 电子层数电子层数 n竖列：竖列：一个族一个族一个族一个族 主族元素：族数主族元素：族数 最外层电子数最外层电子数 副族元素：族数副族元素：族数 最外层电子数最外层电子数 次外层次外层d电子电子 （IB,IIB,VIIIB例外）例外）1、原子半径变化的周期性、原子半径变化的周期性同一短周期自左至右同一短周期自左至右原子半径逐渐原子半径逐渐减小，减小，减小，减小，稀有气体突然增大稀有气体突然增大同一主族自上至下同一主族自上至下原子半径逐渐原子半径逐渐增大增大增大增大副族元素：同一周期副族元素：同一周期自左至右半径减小幅自左至右半径减小幅度较主族元素小度较主族元素小副族元素：同一族自副族元素：同一族自上至下半径增大幅度上至下半径增大幅度也较小也较小2、电离能变化的周期性、电离能变化的周期性同一主族自上至下同一主族自上至下电离能逐渐电离能逐渐减小，减小，减小，减小，（Cs的的I1最小）最小）同一周期自左至右同一周期自左至右电离能逐渐电离能逐渐增大，增大，增大，增大，（He的电离能最大）的电离能最大）具有具有全满、半满和全空结构全满、半满和全空结构全满、半满和全空结构全满、半满和全空结构的元的元素都有较大的电离能。，（即素都有较大的电离能。，（即Be比比Li和和B的电离能高，的电离能高，N比比C和和O的电离能高。）的电离能高。）基基态气体原子失去最外层一个电子成为气态态气体原子失去最外层一个电子成为气态+1价离子所价离子所需的最小能量叫第一电离能需的最小能量叫第一电离能用符号用符号I1表示表示，从正离子相继，从正离子相继逐个失去所需的最小电子能量则叫第二、第三、电离能逐个失去所需的最小电子能量则叫第二、第三、电离能.3、电子亲和能变化的周期性、电子亲和能变化的周期性同一周期自左至右同一周期自左至右电子亲和能逐渐电子亲和能逐渐增大增大增大增大同一主族自上至下同一主族自上至下电子亲和能逐渐电子亲和能逐渐减小减小减小减小例外：例外：例外：例外：第二周期的电第二周期的电子亲合能大于第三周期子亲合能大于第三周期N O FE小小P S ClE大大基态气态原子获得一个电子成为气态负一价阴离子基态气态原子获得一个电子成为气态负一价阴离子时所放出来的能量称该元素的第一电子亲合势，也时所放出来的能量称该元素的第一电子亲合势，也叫亲合能。用叫亲合能。用E EA A表示，通常用单位表示，通常用单位kJkJmolmol-1-14 4、电负性、电负性：指元素的原子在分子中指元素的原子在分子中对电子吸引能力对电子吸引能力对电子吸引能力对电子吸引能力的的大小。电负性愈小，金属性愈强，非金属大小。电负性愈小，金属性愈强，非金属性愈弱。（综合了电离能和电子亲合能的性愈弱。（综合了电离能和电子亲合能的影响）影响）同一周期自左至右同一周期自左至右电负性逐渐电负性逐渐增大，增大，增大，增大，同一主族自上至下同一主族自上至下电负性逐渐电负性逐渐减小，减小，减小，减小，电负性的应用电负性的应用1 1判断元素的金属性和非金属性判断元素的金属性和非金属性 金属性元素的电负性一金属性元素的电负性一般在般在2.02.0以下，非金属性性元素一般在以下，非金属性性元素一般在2.02.0以上。电负性最以上。电负性最大的元素是位于右上方的大的元素是位于右上方的F F，电负性最小的元素是位于左下电负性最小的元素是位于左下方的方的FrFr（FrFr是放射性元素）是放射性元素）2 2估计化学键的类型估计化学键的类型 在化合物中，可以根据电负性的差在化合物中，可以根据电负性的差值大小，值大小，估计化学键的类型。电负性差越大，离子性越强，估计化学键的类型。电负性差越大，离子性越强，一般说来，电负性差大于一般说来，电负性差大于1.7时，可认为是离子键，小于时，可认为是离子键，小于1.7时为共价键。时为共价键。1 1、离子键的形成离子键的形成离子键的形成离子键的形成第一步第一步 电子转移形成离子：电子转移形成离子：（一）离子键（一）离子键四、四、化学键化学键理论与杂化轨道理论与杂化轨道第二步第二步 靠静电吸引，靠静电吸引，形成化学键形成化学键。2、离子键的形成条件、离子键的形成条件 X 1.7，发生电子转移，产生正、负离子，形成离子键发生电子转移，产生正、负离子，形成离子键3、离子键的特征、离子键的特征 (1)作用力的实质是静电引力作用力的实质是静电引力（2）离子键没有方向性）离子键没有方向性 （3）离子键没有饱和性）离子键没有饱和性 NaClCsCl（二）共价键（二）共价键（a）电子配对原理电子配对原理（b）能量最低原理能量最低原理（c）原子轨道对大重叠原理原子轨道对大重叠原理 共价键的类型：共价键的类型：键键：成键原子轨道沿两核的连线方向，以成键原子轨道沿两核的连线方向，以“头碰头头碰头头碰头头碰头”的的 方式重叠形成的共价键，称为方式重叠形成的共价键，称为键。键。特点是呈圆柱形对称。特点是呈圆柱形对称。s-s s-p p-p轨道可由各种方式道可由各种方式组成成 键：键：成键原子轨道沿两核轴线方向，以成键原子轨道沿两核轴线方向，以“肩并肩肩并肩肩并肩肩并肩”的方的方 式发生重叠形成的共价键称为式发生重叠形成的共价键称为键。特点是通过键。特点是通过 一个键轴的平面成镜面反对称。一个键轴的平面成镜面反对称。py-pyyxyxzxzx pz-pzHF的生成的生成例例1 1：例例2 2：N2的生成的生成 N2 分子中两个原子各有三个单电子分子中两个原子各有三个单电子 ，px py pz 沿沿 z 轴成键时，轴成键时，pz 与与 pz “头碰头头碰头”形成一个形成一个 键键。此时，。此时，px 和和 px ，py 和和 py 以以“肩并肩肩并肩”形式重叠，形成两个形式重叠，形成两个 键。键。所以所以 N2 分子的分子的 3 键中，有键中，有 1 个个 键，键，2 个个 键键。F2 9F 2s2 2p5 键长键长：指构成共价键的两原子之间的核间距。指构成共价键的两原子之间的核间距。键长越键长越小小小小，键愈，键愈强强强强，键愈，键愈牢固。牢固。牢固。牢固。键长：键长：三键双键单键三键双键单键 键能：键能：三键双键单键三键双键单键 键角键角：分子中键与键之间的夹角称为键角。分子中键与键之间的夹角称为键角。CO2分子的键角分子的键角CH4分子的键角分子的键角6C 核外电子排布核外电子排布2.有几个单电子？有几个单电子？3.在形成共价键时可以和几个单电子配对？在形成共价键时可以和几个单电子配对？4.和和H形成的形成的C-H化合物中，应该化合物中，应该 形成形成CH2,但实际上但实际上是形成了是形成了CH4，怎样解释？怎样解释？2s2 2p2 2s2 2px1 2py1 2pz0 问题问题1：CH4的分子结构C 原子的基态为1s22s22px12py12pz0H2O的分子结构O 原子的基态为1s22s22px12py12pz2问题2：在H2O分子中两个O-H键的夹角为什么 是90 而不是104.5,CH4夹角为109.5？（三）杂化轨道理论（三）杂化轨道理论为了解释分子的空间结构（键长，键角），为了解释分子的空间结构（键长，键角），Pauling提出提出了杂化轨道的概念，他认为：在了杂化轨道的概念，他认为：在同一个原子同一个原子同一个原子同一个原子中能量相近的不同中能量相近的不同组类型组类型(s,p,d)的几个的几个原子轨道原子轨道原子轨道原子轨道波函数可以波函数可以相互叠加相互叠加相互叠加相互叠加而成而成同等同等同等同等数目数目数目数目的的能量完全相同能量完全相同能量完全相同能量完全相同的杂化原子轨道。的杂化原子轨道。例：例：CH4的结构的结构C:2s22px12py13pz2s2pH:1s11s CH2 or CH4?CH的键角多大？的键角多大？C:2s22px12py13pz2s2p1ssp32s2p激发激发杂化杂化H:1s1sp3-s键合键合CH4结构的形成：结构的形成：p p轨道轨道S S轨道轨道SpSp杂化轨道杂化轨道杂化杂化 杂化轨道的类型：杂化轨道的类型：sp sp 杂化杂化杂化杂化：同一原子中同一原子中 ns-np 杂化成新轨道；一个杂化成新轨道；一个 s 轨道和轨道和 一个一个 p 轨道杂化组合成两个新的轨道杂化组合成两个新的 sp 杂化轨道。杂化轨道。sp 杂化轨道间的夹角是杂化轨道间的夹角是180180，分子的几何构型分子的几何构型 为为直线型直线型直线型直线型。BeF2分子形成分子形成激发激发2s2pBe基态基态2s2p激发态激发态杂化杂化键合键合直线形直线形sp杂化态杂化态直线形直线形化合态化合态例：例：F Be F180 sp sp2 2 杂化杂化杂化杂化：同一个原子的一个同一个原子的一个 ns 轨道与两个轨道与两个 np 轨道进行轨道进行 杂化组合为杂化组合为 sp2 杂化轨道。杂化轨道。sp2 杂化轨道间的夹杂化轨道间的夹 角是角是120，分子的几何构型为平面正三角形分子的几何构型为平面正三角形2s2pB的基态的基态2s2p激发态激发态正三角形正三角形sp2 杂化态杂化态BF3分子形成分子形成例：例：正三角形正三角形化合态化合态BFFF1200 sp sp3 3 杂化杂化杂化杂化：同一个原子的一个同一个原子的一个 ns 轨道与三个轨道与三个 np 轨道进行轨道进行 杂化组合为杂化组合为 sp3 杂化轨道。杂化轨道。sp3 杂化轨道间的夹杂化轨道间的夹 角是角是10928，分子的几何构型为正四面体分子的几何构型为正四面体CH4分子形成分子形成2s2pC的基态的基态2s2p激发态激发态正四面体形正四面体形sp3 杂化态杂化态CHHHH10928例：例：正四面体形正四面体形化合态化合态 不等性杂化不等性杂化不等性杂化不等性杂化：杂化后的轨道中填充的有中心原子的孤电子杂化后的轨道中填充的有中心原子的孤电子 对，此时，形成的杂化轨道成分和能量不完对，此时，形成的杂化轨道成分和能量不完 全相同全相同NH3分子形成分子形成例：例：等性杂化等性杂化等性杂化等性杂化：各杂化轨道的成分和能量相同各杂化轨道的成分和能量相同。H2O分子形成分子形成 Valence bond pictures of H2O孤电子对数：孤电子对数：0 1 2 0 1 2夹夹 角：角：109.5109.5 107.3 107.3 104.5 104.5 空间结构：空间结构：正四面体正四面体 三角锥三角锥 V V形形结论：在结论：在CHCH4 4、NHNH3 3和和H H2 2OO分子中，中心原子都取分子中，中心原子都取spsp3 3杂化，杂化，其夹角随孤电子对数的增加而减少。其夹角随孤电子对数的增加而减少。sp sp3 3d,d,spsp3 3d d2 2杂化杂化杂化杂化:spsp3 3d d：同一个原子的一个同一个原子的一个 ns 轨轨道与三个道与三个 np，一个一个(n+1)d 轨道进行轨道进行杂化组合为杂化组合为 sp3d 杂化轨道。杂化轨道。sp3d 杂化杂化轨道分子的几何构型为三角双锥。轨道分子的几何构型为三角双锥。PClClClClCl spsp3 3d d2 2：同一个原子的一个同一个原子的一个 ns 轨轨道与三个道与三个 np，两个两个(n+1)d 轨道进行轨道进行杂化组合为杂化组合为 sp3d2 杂化轨道。杂化轨道。sp3d2 杂杂化轨道分子的几何构型为正八面体化轨道分子的几何构型为正八面体。SFFFFFF杂化轨道的类型与空间结构的关系杂化轨道的类型与空间结构的关系杂化类型杂化类型spsp2sp3sp3d2用于杂化的用于杂化的原子轨道数原子轨道数2346杂化轨道数杂化轨道数2346空间构型空间构型直线型直线型平面三角平面三角形形四面体四面体八面体八面体实例实例BeCl2BF3CH4SF6CO2BCl3CCl4SiF62-1、NO2、CO2、SO2的的键角分角分别为130、180、120，试判断其中心原子的判断其中心原子的杂化化类型。型。解：解：sp2杂化，化，sp杂化，化，sp2杂化化练习：练习：2、根据根据键的极性和分子几何构型，推断下列分子哪些是极的极性和分子几何构型，推断下列分子哪些是极性分子？哪些是非极性分子？性分子？哪些是非极性分子？Ne Br2 HF NO H2S(V字型字型)CS2(直直线型型)CHCl3(四面体四面体)CCl4(正四面体正四面体)BF3(平面三角形平面三角形)NH3(三角三角锥形形)解：解：极性分子极性分子：HF NO H2S(V字型字型)CHCl3(四面体四面体)NH3(三角三角锥形形)非极性分子非极性分子：Ne Br2 CS2(直直线型型)CCl4(正四面体正四面体)BF3(平面三角形平面三角形)3、分析下列各分子的中心原子的分析下列各分子的中心原子的杂化化轨道道类型和指出各型和指出各化学化学键的的键型型(键或或键)。(1)HCN中三个原子在一条直中三个原子在一条直线上；上；(2)H2S中三个原子不在一条直中三个原子不在一条直线上。上。解：（解：（1）是）是sp杂化，化，键和和键 （2）是）是sp3杂化，化，键第七节第七节 分子间力和氢键分子间力和氢键（一）键的极性和分子的极性（一）键的极性和分子的极性 非极性共价键非极性共价键非极性共价键非极性共价键:成键的两原子成键的两原子电负性相同电负性相同电负性相同电负性相同 极性共价键极性共价键极性共价键极性共价键:成键的两原子成键的两原子电负性不相同电负性不相同电负性不相同电负性不相同四、四、分子间力分子间力 极性分子极性分子极性分子极性分子:分子中，分子中，正负电荷正负电荷正负电荷正负电荷的分布的分布重心不重心不重心不重心不 重合重合重合重合，存在正、负两极（偶极）存在正、负两极（偶极）非极性分子非极性分子非极性分子非极性分子:分子中，分子中，正负电荷正负电荷正负电荷正负电荷的分布的分布重心重心重心重心 相互重合相互重合相互重合相互重合，不存在偶极不存在偶极 双原子分子双原子分子双原子分子双原子分子:键有极性，分子有极性；否则无极性键有极性，分子有极性；否则无极性 多原子分子多原子分子多原子分子多原子分子:既要考虑分子中键的极性，还要考虑分既要考虑分子中键的极性，还要考虑分子子 的构型是否对称。的构型是否对称。H2O 偶极矩偶极矩：分子极性大小的表示法分子极性大小的表示法=qdq:正电荷中心的电量正电荷中心的电量d:正负电荷中心间的距离正负电荷中心间的距离单位：单位：单位：单位：双原子分子双原子分子双原子分子双原子分子:原子电负性原子电负性 差值大小决定偶极矩大小差值大小决定偶极矩大小 多原子分子多原子分子多原子分子多原子分子:偶极矩是分子偶极矩是分子中所有化学键键矩的矢量和中所有化学键键矩的矢量和练练 习习1、指出下列各指出下列各组化合物中，哪个化合物的价化合物中，哪个化合物的价键极性最大？哪个的极性最极性最大？哪个的极性最小？小？(1)NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 PCl5 (2)LiF NaF RbF CsF(3)HF HCl HBr HI (4)CH3F CH3Cl CH3Br CH3I解：（解：（1）NaCl极性最大，极性最大，PCl5极性最小；极性最小；（2）CsF极性最大，极性最大，LiF极性最小；极性最小；（3）HF极性最大，极性最大，HI极性最小；极性最小；（4）CH3F极性最大，极性最大，CH3I极性最小；极性最小；2、判断下列分子的偶极矩是否判断下列分子的偶极矩是否为零？零？(1)Ne (2)Br2 (3)HF (4)NO (5)H2S (6)SiH4 (7)CH3Cl 解：解：(1)Ne (2)Br2 (6)SiH4 的偶极矩的偶极矩为零零，其余不其余不为零。零。色散力大小与分子的形态色散力大小与分子的形态 分子量愈大，色散力愈大；分子量愈大，色散力愈大；相同组成时，线性分子的色散力较大相同组成时，线性分子的色散力较大 总结：总结：对于分子量接近而极性不同的分子，对于分子量接近而极性不同的分子，极性分子的熔沸点极性分子的熔沸点极性分子的熔沸点极性分子的熔沸点往往往比非极性分子往比非极性分子高高高高。大小：几十，几大小：几十，几 kJmol-1;没有方向性和饱和性没有方向性和饱和性 非极性分子非极性分子：只存在色散力非极性分子非极性分子：只存在色散力 极性分子非极性分子：诱导力、色散力极性分子非极性分子：诱导力、色散力 极性分子极性分子：取向力、诱导力、色散力极性分子极性分子：取向力、诱导力、色散力 除少数强极性分子外，大多数分子间作用力以除少数强极性分子外，大多数分子间作用力以色散力为主色散力为主色散力为主色散力为主 分子间力是决定同类物质物理性质递变规律的主要因素分子间力是决定同类物质物理性质递变规律的主要因素1、说明下列每明下列每组分子之分子之间存在着什么形式的分子存在着什么形式的分子间力。力。(1)乙乙烷和和CCl4 (2)乙醇和水乙醇和水 (3)苯和甲苯苯和甲苯 (4)CO2和水和水解：（解：（1）色散力）色散力 （2）取向力、）取向力、诱导力、色散力、力、色散力、氢键 （3）色散力）色散力 （4）色散力，）色散力，诱导力力练习：练习：随分子体积的增大而增大随分子体积的增大而增大,导致沸点同样升高导致沸点同样升高 CH3CH2CH3 CH3CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH3 b.p.-44.5 b.p.-0.5 b.p.36 随分子结构密实程度的增大而减小随分子结构密实程度的增大而减小,导致沸点同样下降导致沸点同样下降 CH3 CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CH2CHCH3 CH3CCH3 CH3 CH3 b.p.36 b.p.28 b.p.9.5 除极少数强极性分子除极少数强极性分子(如如 HF，H2O)外，大多数分子间外，大多数分子间 力都以色散力为主力都以色散力为主2、永远存在于分子或原子间的吸引力永远存在于分子或原子间的吸引力 作用能比化学键小作用能比化学键小12个数量级个数量级 没有方向性和饱和性没有方向性和饱和性 作用范围只有几个作用范围只有几个pm 三种力中主要是色散力三种力中主要是色散力3.范德华力的本质范德华力的本质分子间作用力的分配分子间作用力的分配(kJmol-1)分子分子取向力取向力诱导力诱导力色散力色散力总和总和Ar 0.000 0.000 8.5 8.5CO 0.003 0.008 8.75 8.75HI 0.025 0.113 25.87 26.00HBr 0.69 0.502 21.94 23.11HCl 3.31 1.00 16.83 21.14NH3 13.31 1.55 14.95 29.60H2O 36.39 1.93 9.00 47.31 4、氢键氢键 氢氢键键也也是是很很弱弱的的力力。与与同同系系物物性性质质的的不不同同就就是是由由氢氢键键引引起的。起的。当氢原子与一个电负性很大，半径当氢原子与一个电负性很大，半径又很小的原子（又很小的原子（F、O、N）共价结合共价结合后，共用电子对强烈偏向电负性大的后，共用电子对强烈偏向电负性大的原子（原子（F、O、N），），使氢原子几乎成使氢原子几乎成为裸露的质子，有强正电场，极易被为裸露的质子，有强正电场，极易被电负性大且有孤电子对的原子吸引。电负性大且有孤电子对的原子吸引。这种吸引作用叫氢键。这种吸引作用叫氢键。XH-YX,Y：电负性大，半径小电负性大，半径小电负性大，半径小电负性大，半径小的原子的原子 F,Cl,O,N等等通式：通式：FHFOHOOHNNHN（1 1）氢键的形成）氢键的形成 这种方向与富电这种方向与富电子氢化物中孤对电子子氢化物中孤对电子占据的轨道在空间的占据的轨道在空间的伸展方向有关。伸展方向有关。2.氢键的结构特点氢键的结构特点 现代结构现代结构研究证明，大研究证明，大部分物质氢键部分物质氢键中的中的 角并不角并不是是180。HXYRrd 氢键的特点：氢键的特点：饱和性：饱和性：饱和性：饱和性：XH中的中的H只能与一个只能与一个Y原子相结合形成氢键，原子相结合形成氢键，若再有一个若再有一个Y原子靠近它们，则受到的排斥太大，不能形成第原子靠近它们，则受到的排斥太大，不能形成第二个氢键。二个氢键。方向性：方向性：方向性：方向性：X,H,Y一般在同一直线上，由于一般在同一直线上，由于H原子体积很原子体积很小为了减小小为了减小X与与Y之间的斥力，它们尽量远离，键角接近之间的斥力，它们尽量远离，键角接近180。键能键能键能键能：一般一般40 kJmol-1;（3 3 3 3）分类：）分类：）分类：）分类：分子间氢键分子间氢键 分子内氢键分子内氢键冰的晶体结构：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)（4）氢键对化合物性质的影响氢键对化合物性质的影响 m.p.，b.p.粘度粘度 酸性酸性 化学反应性化学反应性氟化氢是弱酸氢键使氢键使蛋白质蛋白质形成形成a a螺旋螺旋(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)分子缔合分子缔合分子缔合分子缔合缔合缔合解离解离n H2O (H2O)n