第二章：分子结构方案课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Chapter 2,：,Molecular Structure,第二章 分子结构,1,、认识化学键的本质；掌握离子键的形成及其特点，离子的特征，,离子极化概念。,2,、掌握价键理论的内容；会用价键理论解释共价键的特征，会用,价电子对互斥理论和杂化轨道理论解释简单的分子结构,。,3,、初步认识分子轨道，掌握第二周期元素的分子轨道特点。,4,、认识分子间作用力和氢键的本质，用其解释对物质性质的影响。,本章教学要求,研究分子结构的主要内容是研究原子是如何结合成分子的，即化学键,问题。化学键一般可分为离子键、共价键、金属键,重点讨论前两者。,由于物质的性质与分子结构有关,因此,介绍一些物质的性质,如,:,分子极,性，磁性,氢键。,前言,一、离子键的形成与特点,第一节：离 子 键 理 论,科塞尔,(Kossel),离子键,：原子间发生电子转移,形成正、负离子，并通过,静电作用而形成的化学键。,Na,Cl, ,+, ,-,Na, ,+,离子键,Cl, ,-,Na:1s,2,2s,2,2p,6,3s,1,Cl:1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,5,a,、条件：两原子的电负性的差值：,X,P,1.7,。,b,、形成：电负性相差较大的原子间发生电子的转移，正、负离子通过,静电作用,而形成的化学键。,c,、特点：没有方向性，没有饱和性。,一、离子键的形成与特点,离子键的形成、条件与特点,因为离子键的本性是静电作用,离子晶体,（,a,）,NaCl,型晶体 （,b,）立方,ZnS,型 （,c,）,CsCl,型晶体,离 子 晶 体 模 型,一、离子键的形成与特点,离 子 晶 体 模 型,二、离子的电荷、半径、电子构型,它对离子间作用有重要影响,电荷越高,对异性离子吸引越大,熔点越高。,1,、离子的电荷：相应原子失去或获得的电子数,离子晶体,KF,NaCl,CaO,MgO,熔点（）,857,800,2590,2800,1,）同一周期阳离子半径随正价增加而减少，例如：,Na,+, Mg,2+, Al,3+,。,2),同一主族元素离子半径从上到下递增，,例如：,Li,+,Na,+,K,+,Rb,+,Cs,+,、,F,-, Cl,-, Br,-,Fe,3+,。,二、离子的电荷、半径、电子构型,2,、离子的半径：,指形成稳定离子键时所表现的有效半径。,5),阳离子半径较小约,10170pm,；阴离子半径较大,约,130260pm,。,6),鑭系、锕系收缩：相同正价的镧系和锕系阳离子半径随原子序数增加而减少。,离子半径的大小对物质的熔点的影响,:,二、离子的电荷、半径、电子构型,离子晶体,NaF,KF,RbF,离子半径,95,133,148,熔点（）,1265,1130,1038,2,、离子的半径：,指形成稳定离子键时所表现的有效半径。,二、离子的电荷、半径、电子构型,3,、电子构型：原子形成离子时，失去或获得电子以后所形成的稳定的电子组态。,电子组态类型,电子构型,实 例,2,电子型组态,s,2,Li,+,、,Be,2+,8,电子型组态,s,2,p,6,Na,+,、,K,+,1 8,电子型组态,s,2,p,6,d,10,Zn,2+,、,Ag,+,1 8+2,电子型组态,s,2,p,6,d,10,s,2,Pb,2+,、,Bi,3+,不规则组态,s,2,p,6,d,x,Fe,2+,、,Co,3+,价键理论,第二节：共 价 键 理 论,电负性相差较小,（,Xp,1.7,）,的原子之间将如何成键呢,?,电负性相差较大的原子间发生电子的转移，形成正、负离子,阴、阳,离子间通过静电作用而形成,离子键,，构成分子。,第二节：共 价 键 理 论,前言,1916,年路易斯提出了原子之间共有电子对成键的概念。,（八 隅 律）,路易斯学说,为什么皆带负电荷的两个电子不相斥，反而互相配对呢？,Cl,Cl,N,N,ClCl,NN,前言,一、价键理论（电子配对理论）,VB,法,R,o,D,能量,0,核间距,稳定态,排斥态,稳定态,H,H,1927,年海特勒和伦敦用量子力学处理由氢原子形成氢气分子的过程,:,一、价键理论（电子配对理论）,VB,法,1,、共价键的本质：,当两个原子接近时，如两个,电子是反方向自旋，在达平衡距,离之前原子是相互吸引的，,体系,能量随距离的缩短而不断降低,，,从而形成稳定的共价键。,氢分子的两种状态,核间距,R,能量,0,E,a,E,s,R,0,D,H,H,+,1,2,（,）排斥态,（,）基 态,原子轨道发生有效重叠，电子在两核间出现的机会较多，即电子云,密度增大，此电子云加强了电子云对两核的吸引力,-,电荷桥。,有节面,H,2,分子的整体电子云图,一、价键理论（电子配对理论）,VB,法,电子云密度增大,共价键的定义,这种由自旋方向相反的单电子配对,原子轨道发生空间上的最大可能的重叠,从而增强两核间的电子云的密度,有效地加强了核中心对两核间的电子云吸引，所形成的化学键,称为共价键。,2,、稳定共价键的形成条件：,1,）电子配对原则,:,自旋方向相反的单电子相互接近时，才可形成稳定,的共价键。,2,） 最大重叠原则,:,成键电子的原子轨道重叠越多，两核 之间电子的,几率密度越大，形成得共价键越牢固。,一、价键理论（电子配对理论）,VB,法,3,、共价键的特征：,a,、饱和性,基态原子的未成对电子数是一定的,因此它能形成的共价键数也是一定的。,例如：,N : 1S,2,2S,2,2P,3,3p,1s,2s,2Px,2Py,2Pz,N:,3,个单电子,NH,3,分子的成键过程,一、价键理论（电子配对理论）,VB,法,3,、共价键的特征：,b,、,方向性,s,轨道与,p,轨道的三种重叠示意图,s,s,本质原因是：原子轨道具有方向性,s,一、价键理论（电子配对理论）,VB,法,除了,s,原子轨道外，其余的,p,、,d,、,f,原子轨道在空间都有,一定的,取向,，而形成共价键要尽量达到,原子轨道的最大的重叠，因此，,这些轨道只有沿着一定的方向才,能发生最大程度的重叠。,Z,X,Z,X,Z,X,原子轨道的方向性,4,、,共价键的类型,: ,键,键,:,能形成,共价键的原子轨道是：,ss,、,sp,x,、,p,x,p,x,特点：,键成键方式是“,沿键走，头碰头,”的方式发生轨道重叠，,因此,键比较稳定。,一、价键理论（电子配对理论）,VB,法,特点：,键成键方式是,“,肩并肩,”,的方式发生轨道重叠，所以,键不太稳定。,键,:,能形成,共价键的原子轨道是：,p,y,p,y,、,p,z,p,z,一、价键理论（电子配对理论）,VB,法,4,、,共价键的类型,:,键,运用价键理论来说明,N,2,的成键情况。,N : 1S,2,2S,2,2Px,1,2Py,1,2Pz,1,N : 1S,2,2S,2,2Px,1,2Py,1,2Pz,1,N,N,随堂练习：,键,键,键,课 堂 小 结,价键理论简明地描述了共价键的成键本质与特点,:,自旋方向相反的单电子配对,原子轨道发生空间上的最大可能的有效重叠。这样形成的共价键具有方向性与饱和性的特点。,根据原子轨道重叠的方式的不同分为：,键,、,键,。,键成键方式是“沿键走，头碰头”的方式发生轨道重叠，轨道的重叠成分较多,因此,键比较稳定；,键成键方式是“肩并肩”的方式发生轨道重叠，所以,键不太稳定,发生化学反应时，,优先断裂的是,键,。,杂化轨道理论,第二节：共 价 键 理 论,杂化轨道理论是价键理论的一部分,是对价键理论的发展和补充。它,是在价键理论不能解释的分子的空间构型、稳定性问题时而形成的理论。,第二节：共 价 键 理 论,二、杂化轨道理论,前言,C : 1S,2,2S,2,2Px,1,2Py,1,Question,有四个完全等价的共价单键，空间构型为正四面体，键角为,109,28,。,为什么甲烷能形成四个等同的共价键？且空间构型为正四面体？,按照共价键最初理论：碳原子只能和两个,H,形成共价键，并且键角为,90,度。,但事实上甲烷分子的结构为：,1,、杂化轨道理论基本要点,1,、原子在结合成分子时，中心原子的能量相近的原子轨道在形成化学键,过程中，重新组成为新轨道,此过程叫轨道的杂化，新轨道叫杂化轨道。,（线性组合）,2,、杂化轨道的数目等于参加杂化的原子轨道的数目。,（遵循原则）,二、杂化轨道理论,3,、杂化轨道在空间的伸展方向是尽可能取最大夹角，一般取对称形，,这样排斥力最小，形成的分子体才系稳定。,（数学理想建模）,杂化轨道的数目,2,3,4,5,6,理想模型,空间的最佳排布,直线型,正三角型,正四面体,三角双锥,正八面体,二、杂化轨道理论,1,、杂化轨道理论基本要点,4,、杂化轨道外形与原子轨道不同，它一端肥大，其成键能力比原子轨道,成键能力强，形成的分子也就更稳定。,二、杂化轨道理论,1,、 杂化轨道理论基本要点,二、杂化轨道理论,杂化轨道理论中心要点,能量相近的原子轨道,杂化,2,、具有最佳空间取向,1,、数 目 相 等,3,、利于成键的形状,杂,化 轨 道,结果，当然是更有利于成键罗！,解 释,Interpretation,2Px 2Py 2Pz 2Px 2Py 2Pz sp,3,杂化轨道,2P, , ,2S,1S, ,碳 原 子 轨 道的,sp3,等 性 杂 化 过 程,基 态 激发态 杂化态,杂化,为什么甲烷能形成四个等同的共价键？且空间构型为正四面体？,FLASH,动 画,甲烷的杂化轨道,二、杂化轨道理论,sp,3,等性杂化,2,、杂化轨道的类型,sp,杂化,sp,2,杂化,sp,3,杂化,参与杂化的原子轨道的类型和数目不同，就形成不同类型的杂化轨道。常见的杂化轨道类型有：,二、杂化轨道理论,BeCl,2,的杂化轨道,Be,原 子 轨 道的,sp,等 性 杂 化 过 程,杂化,2Px 2Py 2Pz 2Px 2Py 2Pz sp,杂化轨道,2P,2S,1S, ,二、杂化轨道理论,BeCl,2,杂化轨道的形成,二、杂化轨道理论,FLASH,动 画,sp,等性杂化,BF,3,的杂化轨道,B,原 子 轨 道的,sp,2,等 性 杂 化 过 程,杂化,2Px 2Py 2Pz 2Px 2Py 2Pz sp,2,杂化轨道,2P,2S,1S, , ,二、杂化轨道理论,BF,3,杂化轨道的形成,二、杂化轨道理论,FLASH,动 画,sp,2,等性杂化,NH,3,的杂化轨道,sp,3,杂化,Hybrid orbital,NH,3,中,N,原子采取,sp,3,不等性杂化,Hybrid orbital,二、杂化轨道理论,sp,3,不等性杂化,NH,3,杂化轨道的形成,FLASH,动 画,二、杂化轨道理论,H,2,O,中,O,原子采取,sp,3,不等性杂化,sp,3,杂化,Valence bond pictures of H,2,O,sp,3,Hybrid orbital,30,104,HOH,o,=,H,2,O,的杂化轨道,p,2,s,2,二、杂化轨道理论,sp,3,不等性杂化,H,2,O,的杂化轨道的形成,FLASH,动 画,二、杂化轨道理论,杂化轨道的类型,类型,轨道数目,空间构型,实 例,sp,2,直线型,HgCl,2,BeCl,2,sp,2,3,平面三角,BF,3,sp,3,4,四面体,CCl,4,、,H,2,O,、,NH,3,dsp,2,4,平面正方形,NiCN,4,2-,sp,3,d,（,dsp,3,）,5,三角双锥,PCl,5,sp,3,d,2,（,d,2,sp,3,）,6,正八面体,SF,6,二、杂化轨道理论,杂化轨道的类型,随堂练习：,1,、运用杂化轨道理论来合理解释乙烯分子的成键情况与分子构型。,提示：,中心原子C均采用sp,2,杂化，每个C原子的两个sp,2,杂化轨道与配,原子H形成两个键，剩下的另一个sp,2,杂化轨道彼此形成一个键，未参,与杂化的原子轨道再肩并肩地形成一个,键。分子构型：六个成键原子在,一个平面上，键角为120。,乙炔,2,、请应用现代价键理论合理地解释乙炔的成键情况,有几个,键,?,几个,键,?,HCCH,随堂练习：,课 堂 小 结,杂化轨道理论是价键理论的一部分,是对价键理论的发展补充。它能成功地解释价键理论不能解释的分子构型、稳定性问题。,杂化并非是一实际过程,而是基于数学理想建模思想，在量子力学的基础上,设想,出来的理论。,杂化不仅提高了轨道的成键能力,而且杂化轨道在空间的分布更合适,降低了成键电子间的排斥作用,有利于体系能量下降,这就是为什么我们要,设想,原子轨道在成键时杂化的原因。,价层电子对互斥理论,第二节：共 价 键 理 论,三、价层电子对互斥理论,1940,年由,Sidgwich N.,和,Powell H.,提出价层电子对互斥理论，它在预,言主族元素所形成的多原子分子空间构型时，取得令人惊奇的的成功,。,运用杂化理论能合理地解释分子空间构型，但必须首先先知道分子的,构型。那么如何来预言分子的几何构型呢？,第二节：共 价 键 理 论,前言,确定分子构型的原则,在,AXm,型多原子分子或离子中,分子的几何构型,主要决定于中心原子,A,的价层电子对数的互斥情况：,价层电子对之间尽可能远离，采取静电互斥力,小、对称性最好的排布。,A,.,.,.,.,.,.,.,.,A,最佳排布,三、价层电子对互斥理论,（一）理论基本要点,分子或离子的空间构型与中心原子的 价层电子对数目有关,VP = BP + LP,价层 成键 孤对,2,、价层电子对尽可能远离,以使斥力最小。,LP-LP LP-BP BP-BP,1,、分子或离子的空间构型与中心原子的 价层电子对数目有关。,3,、根据,VP,和,LP,的数目,可以推测出分子的空间构型。,三、价层电子对互斥理论,（二）分子形状的确定方法,a,、中心原子提供的电子数,:,卤素：,7,个价电子； 氧族：,6,个价电子。,b,、配体提供的电子数,:,氢、卤素：一个电子；氧族：不提供电子。,c,、如是离子： 则应加上或减去与电荷相应的电子数。,1,、计算价层电子对数,三、价层电子对互斥理论,2,、价层电子对的最佳排布,理想构型的确定,这时就可以确定分子的空间构型吗？,电子对数,2,3,4,5,6,理想构型,直线型,平面三角,正四面体,三角双锥,正八面体,最佳排布,（二）分子形状的确定方法,三、价层电子对互斥理论,3,、确定分子、离子的空间构型,（二）分子形状的确定方法,三、价层电子对互斥理论,中心离子周围的价层电子对包含两种：,a,、成键电子对,b,、孤电子对,分子的空间构型：是由中心原子和与它成键的原子来确定的，不包含孤电子对。,1,、运用,VSEPR,法判断,ICl,4,-,的几何构型。,课 堂 例 题,ICl,4,-,6,对价层电子对,成键电子对：,4,孤电子对：,2,最佳排布为正八面体,中心原子价层有,6,对电子,.,理想排布方式为正八面体,但考虑到其中,包括两个孤对,所以分子的实际几何形状为平面四方形：,中心原子,Xe,的价电子数为,8,，,F,原子的未成对电子数为,1.,可以算得,中心原子价电子对的总数和孤对数分别为,:,(,价层电子对总数,) = (8,4)/2 = 6 (,孤电子对的数目,) = 6,4 = 2,2,、运用,VSEPR,法判断,XeF,4,分子的几何构型。,课 堂 例 题,3,、运用,VSEPR,法判断,ClF,3,分子,的几何构型。,课 堂 练 习,分子轨道理论,第二节：共 价 键 理 论,价键理论有明确的键的概念,能成功的给出一些键的性质和分子结构的,直观图象,但对有些问题的解释感到困难：氢分子离子单电子键的存在，氧,分子的顺磁性等。,因此,在价键理论建立不久,洪特和密立肯又提出分子轨道理论,。,四、分 子 轨 道 理 论,-MO,法,前言,Question,疑 问,氢分子离子如何形成的呢？,能级,反键,成键,H,+,H,体系能量下降，稳定性增强,前言,1S,1S,1S,*,1S,1,、分子中的电子在遍及整个分子范围内运动,每一个电子的运动状态可,用一个分子轨道波函数,来描述。,2,表示电子在,(,分子,),空间各处出,现的几率密度。,理 论 要 点,线性组合：,四、分子轨道理论,-MO,法,四、理 论要点,分子轨道是由原子轨道线性组合而成,2、分子轨道由相应的原子轨道线性组合而成,有几个原子轨道就有几个,分子轨道,其中有一半能量低于原子轨道的叫,成键分子轨道,另一半能量,高于原子轨道的叫,反键分子轨道,。,四、分子轨道理论,-MO,法,四、理 论要点,反键,成键,1S,1S,1S,*,1S,理 论 要 点,3,、,原子轨道有效组成分子轨道必须满足三条原则：,4,、电子在分子轨道中的排布,遵循能量最低原理,鲍林不相容原理和洪特,规则。,理 论 要 点,四、分子轨道理论,-MO,法,四、理 论要点,决定是否能成键,决定成键的效率,(1),对称性匹配原则,(2),能量近似原则,(3),最大重叠原则,对称操作：旋转和反映（照镜子）,Py,和,Py,对称性匹配示意图,s,和,Px,对称性匹配示意图,对称性匹配,对称性匹配原则,x,+,+,-,-,y,y,x,+,+,-,y,y,+,-,x,z,+,z,s,和,P,Z,x,-,+,z,z,+,-,P,Z,和,P,X,对称性不匹配,对称操作：旋转和反映（照镜子）,对称性匹配原则,P,y,z,P,Z,y,y,+,-,x,z,+,-,对称性匹配原则,对称操作：旋转和反映（照镜子）,对称性不匹配,原子轨道线性组合成分子轨道的情况,A,1,1S,2S,2P,x,2P,y,2P,z,A,2,1S,2S,2P,x,2P,y,2P,z,因此,原子轨道在线性组合成分子轨道时,仅需考虑以下几种情况,:,四、分子轨道理论,-MO,法,分子轨道类型,两原子轨道以”头碰头”组合,则产生一个,成键,一个,*,反键分子轨道,:,四、分子轨道理论,-MO,法,两原子轨道以”肩并肩”组合则产生一个,成键,一个,*,反键分子轨道,:,四、分子轨道理论,-MO,法,分子轨道类型,分 子 轨 道,A,1,1S,2S,2P,x,2P,y,2P,z,A,2,1S,2S,2P,x,2P,y,2P,z,1s,、,1s,*,2s,、,2s,*,2p,x,、,2p,x,*,2p,y,、,2p,y,*,2p,z,、,2p,z,*,四、分子轨道理论,-MO,法,同核双原子分子的分子轨道,2p,x,2p,y,2p,z,2p,x,2p,y,2p,z,2Px,*,2Px,2Py,、,*,2Py,2Pz,、,*,2Pz,1S,1S,1S,*,1S,2S,2S,2S,*,2S,轨道的能量相对高低？,四、分子轨道理论,-MO,法,A1,A1,同核双原子分子的分子轨道,四、分子轨道理论,-MO,法,分子轨道的能量高低由几方面决定,:,1),参与组合的原子轨道自身能量的高低：例如,:,1S, ,1S,*,2s,2),原子轨道之间重叠的方式,:,2s,2s,*,3),原子轨道之间重叠的多少：例如,:,2Px,2Py,=,2Pz,4),由于原子轨道组成分子轨道时,成键轨道和反键轨道与原子轨道的能量,差基本相同。,由,2p,轨道组成,2Px,时能量降低的多,所以,*,2Px,能量升高也,多,.,因此,*,2Py,=*,2Pz,*,2Px,1S,*,1S,2S,*,2S,2Px,2Py,=,2Pz,*,2Px,=*,2Pz,*,2Px,同核双原子的分子轨道图（一）,O,2,型 分 子 轨 道 图,同核双原子分子的分子轨道的能级图：,四、分子轨道理论,-MO,法,适用于,O,2,、,F,2,、,Ne,2,四、分子轨道理论,-MO,法,元 素,B,C,N,O,F,Ne,2s-2p,能量差,550,849,1196,1592,2084,2595,第二周期元素原子轨道的能量是随着核电荷数而变化的,核电荷数不,同,轨道能量不同,轨道能量差也不同。,能量差较小，因此,2s,与,2p,x,有可能线性组成分子轨道。,那么，这种情况时分子轨道能级图又如何呢？,四、分子轨道理论,-MO,法,此时，同核双原子分子的分子轨道图为：,1S,*,1S,2S,*,2S,2Py,=,2Pz,*,2Px,=*,2Pz,*,2Px,2P x,2P x,1S,*,1S,2S,*,2S,2Py,=,2Pz,2Px,*,2Py,=*,2Pz,*,2Px,这是因为：,2s,a,2p,x,a,2s,b,2p,x,b,2s,*,2s,2px,*,2px,同核双原子的分子轨道图（二）,N,2,型 分 子 轨 道 图,同核双原子分子的分子轨道的能级图：,适用于,Li,2,Be,2,、,B,2,、,C,2,、,N,2,四、分子轨道理论,-MO,法,填充O,2,的分子轨道电子排布图，并说明O,2,的磁性。,O (1S,2,2S,2,2P,4,),O (1S,2,2S,2,2P,4,),O,2,KK,(,2S,),2,(*,2S,),2,(,2Px,),2,(,2Py,),2,(,2Pz,),2,(*,2Py,),1,(*,2Pz,),1,课 堂 例 题,有单电子的存在,分子轨道理论与价键理论的比较,花开两朵各表一枝，两种理论各有千秋,（,1,）,价键理论将键的形成解释为原子轨道的重叠,，,重叠越大,形成的键越强。,分子轨道也以原子轨道作为考虑问题的出发点，所不同的是在原子轨道组合而成的分子轨道中，原子轨道失去了自己的个性。分子轨道理论把分子看做一个整体，参与成键的电子不再从属于某一个原子而是在整个分子势场中运动。,Comparison of valence bond and molecular orbital approaches: (a) bond due to overlap of atomic orbitals; (b) bond due to formation of molecular orbital.,+,(a),VB,(b),MO,（,2,）,价键理论可以很好地说明分子结构与分子几何形状之间的关系，其图,形清楚地表示出原子中哪些轨道参与成键，可惜不能表示出轨道的,相对能,级,。 分子轨道法的缺点是不能给出轨道的空间图像，但却能相当成功地,预言某一特定的化学键能否形成。,例如,分子轨道理论预言不可能存在,Be,2,分子,价键理论做不到这一点,.,分子轨道理论与价键理论的比较,花开两朵各表一枝，两种理论各有千秋,表征化学键的物理量：键级、键能、键角、键长、键的极性，统称为键参数。,例如,:,键能用来表征键强弱,;,键长、键角描述分子的空间结构，键的极性表示共价键的属性。,第三节：键参数,前言,键 级,键能,键长,键角,键的极性,键 级,O,2,：,2,例如：,N,2,：,3,氮分子比氧分子稳定。,一、键级,键级的大小说明两相邻原子间成键的强度，一般来说，键级越大，键越,牢固，分子也越稳定,运用分子轨道理论说明 N,2,、N,2,+,、N,2,2+,的稳定性。,N,2,：,KK,(,2S,),2,(*,2S,),2,(,2Py,),2,(,2Pz,),2,(,2Px,),2,因为：,N,2,+,：,KK,(,2S,),2,(*,2S,),2,(,2Py,),2,(,2Pz,),2,(,2Px,),1,N,2,2+,：,KK,(,2S,),2,(*,2S,),2,(,2Py,),2,(,2Pz,),2,(,2Px,),0,所以：,键级分别为 ：,N,2,：,3 N,2,+,：,2.5 N,2,2+,：,2,稳定性的大小：,N,2,N,2,+,N,2,2+,课 堂 例 题,a,、对于双原子分子，键能等于离解能。,b,、对于多原子分子，键能等于各等价键的平均离解能。,一般规定在,1,个大气压、,25,室温下,将,1,摩尔理想气态分子拆开成为理想,气态原子所需吸收的能量，叫分子的离解能。,键能,键能：它是化学键的重要参数,-,衡量化学键的强弱。,二、键能,键长,键长,:,分子中两原子核之间的平衡距离 。,在不同化合物中,差异较小,一般指平均值。键数越多,核间吸引力越强,键能越高,键长越短。,C-C,键的类型,C-C,单键,C-C,双键,C-C,叁键,共价半径（,pm,）,77,67,60,键 长,154,134,120,三、键长,键角,键角,:,分子中键与键之间的夹角。,如,:,NH,3,：,10718,NH,3,三角锥型,.,四、键角,键角可以用实验方法测定,也可以根据,VSEPR,理论推测出来。,键的极性,在化合物中,不同原子间形成共价键,由于不同原子吸引电子能力不同,电子云在两核间分布不对称,共用电子对偏向电负性大的原子,使,正、负电荷,重心不重合,叫极性共价键。,例如,:,氯化氢分子、一氧化碳分子中的化学键都是极性共价键。,五、键的极性,分子的极性,在双原子分子中,键的极性,就是分子极性；键无极性,分子就无极性。,对多原子分子,不仅与键是否有极性有关,还与分子空间结构是否对称,有关。分子中正负电荷重心重合为非极性分子,反之为极性分子。,例如：,CH,4,中,CH,键为极性键， 而分子为非极性分子。,五、键的极性,化学键形成分子或晶体，而对物质如何形成的，这需要通过分子间,所存在的较弱的分子间力来说明。,第四节：分子间作用力和氢键,前言,物质的分子与分子之间有比较弱的作用力，一般在几十,kJ/mol,。正是,由于分子间作用力的存在，气体分子才能凝聚成相应液体和固体。分子间,作用力主要包括范德华力和氢键。,一、分子间作用力,取向力,发生在极性分子之间。由于极性分子具有偶极矩，当它们相互靠近时，,同极相斥，异极相吸，分子定向转动而互相吸引，,使体系能量降低。,+,+,+,+,极性分子极性分子之间,诱导力,极性分子的固有偶极的电场使得另一个分子（极性或非极性）的,电子云产生变形，而形成诱导偶极。,诱导力存在于：,极性分子与非极性分子之间。,极性分子与极性分子之间。,+,+,固有偶极,诱导偶极,诱导力,一、分子间作用力,色散力,由于电子运动和原子核震动而使电子云分布发生瞬间变化，产生,瞬间,偶极,；因此而产生的作用力叫色散力。色散力存在一切分子之中。,色散力存在于：,极性极性分子,极性非极性分子,非极性非极性分子,+ -,+ -,瞬时偶极,瞬时偶极,色散力,一、分子间作用力,1,、它是永存于分子近距离的作用力，作用范围约几个,pm,。,2,、作用能量一般是几个千焦,/,摩尔，比化学键能约小,12,个数量级。分子间,力没有方向性，没有饱和性。,3,、三种作用力中，色散力是主要的，诱导力是次要的，取向力只在较大极,性分子间占一定比例,。,分子间作用力的特点,一、分子间作用力,分子间作用力的特点,二、氢 键,根据范德华力，同系物中分子量大的,极化率,也大，分子间作用力强，,则熔点、沸点等应比分子量小的高，但水却反常。,同样，,HF,在卤化氢系列中， 在氮族氢化物中,NH,3,也有类似反常现象。,可见，在,H,2,O,、,HF,、,NH,3,中，分子间除范德华力外，还有其他力,氢键。,氧族的同系物,H,2,O,H,2,S,H,2,Se,H,2,Te,沸点（,K,）,373,202,232,271,熔点（,K,）,273,187,212.8,224,二、氢 键,1,、氢键的形成,当氢原子与电负性大而半径很小的,N,、,O,、,F,以共价键结合而成,NH,3,、,H,2,O,、,HF,时，其共用电子对强烈地偏向,N,、,O,、,F,，即电子云密度基本上,集中在,N,、,O,、,F,原子一边。,这时，氢原子已成为带正电的裸核,，,所以， 氢原子有从别的原子中,吸引电子的能力。,H,F,-,电子云,H,F,-,电子云,H,F,-,氢 键,氢键,氢键,氢键,氢键,蛋白质空间结构中的氢键,DNA,结构中的氢键,氢键,二、氢 键,2,、氢键的特点,H,很小，,X,、,Y,又比较大，,H,与,X,、,Y,接触后，第三个电负性大的原子就,很难再接近,H,，这是具有饱和性的原因 。,a,、饱和性：,H,X,Y,Z,b,、方向性：,为了减少,X,、,Y,之间斥力，需键角尽可能接近,180,，这是具有方向性的根据。,Represent of hydrogen bond,H,X,Y,R,r,d,二、氢 键,2,、氢键的特点,H,X,Y,Z,二、氢 键,3,、氢键的类型,氢键,分子间氢键,分子内氢键,分子间氢键,:,一个分子的,XH,与另一分子的,Y,原子间相互吸引所形成的氢键,二、氢 键,3,、氢键的类型,氢键,分子间氢键,分子内氢键,分子内氢键,:,一个分子的,XH,与内部的,Y,原子间相互吸引所形成的氢键。,N,O,O,H,O,硝酸分子,N,O,O,H,O,邻硝基苯酚,二、氢 键,4,、氢键对物质的物理性质的影响,物理性质,熔点、沸点、,比热、粘度,极性,溶解度,分子间氢键,增大,增大,溶质、溶剂间形成氢键，,则,S,增大,分子内氢键,减小,减小,在极性溶剂中溶解度降低，在非极性溶剂中溶,解度增大。,如生成分子内氢键，分子极性降低，在极性溶剂中溶解度降低，在非,极性溶剂中溶解度增大。,哪个在水中溶解度最大？哪个在苯中溶解度最大？,二、氢 键,4,、氢键对物质的物理性质的影响,A,、,B,、,C,、,NO,2,OH,NO,2,OH,NO,2,OH,课 堂 习 题,一、填空题：,1,、,氨水溶液中，分子间存在,_,力，,_,力、,_,力，,_,键。,2,、,根据分子轨道理论，,O,2,、,O,2,-,、,O,+,2,的键极分别是,_,其稳定性由,小到大的顺序是,_,。,3,、用价层电子对互斥理论，推断下列物质的空间构型，,CO,3,2-,:_ NH,4,+,:_ PCl,5,:_,课 堂 习 题,一、填空题：,4,、共价键的主要特征是具有,_,和,_,性。具有饱和性的本质原因是,_,。,5,、,BCl,3,为正三角形分子，中心原子采取,杂化，,PH,3,为三角锥形分子，中心,原子采取,杂化。,课 堂 习 题,二、选择题：,1、下列有关分子轨道的叙述中错误的是（ ）,A：成键分子轨道能级低于相应的原子轨道 B：反键分子轨道能级常高于相应的原子轨道,C：原子轨道能级相近即可组合成分子轨道 D：分子轨道数目等于组合的原子轨道数目,2、,下列化合物中，不存在氢键的是（ ）,A：CH,3,F B：H,3,BO,3,C：HNO,3,D：NH,3,3、下列分子中共价键的键角最小的是（ ）,A,：,NH,3,B,：,CCl,4,C,：,H,2,O,D,：,CO,2,课 堂 习 题,二、选择题：,4,、下列物质中极性最强的是（ ）。,A,：,BF,3,B,：,CS,2,C,：,BeCl,2,D,：,SO,2,5,、,氮气分子结构中，能量最低的空轨道是,A,：,*2P,x,B,：,*2P,y,C,：,2P,x,D,：,2P,y,6,、,XeF,4,分子的空间构型为（ ）。,A:,正四面体,B:,正方形,C:,三角锥形,D:,三角形,7,、,NCl,3,分子的空间构型是三角锥形,这是由于中心原子采用了,( ),。,A:,等性,sp,3,杂化,B:,不等性,sp,3,杂化,C:sp,2,杂化,D:dsp,2,杂化,课 堂 习 题,二、选择题：,8,、下列键角大小的顺序正确的是（ ）,A: NO,3,-, CH,4,NH,3,H,2,O,B: NO,3,-, H,2,O,CH,4,NH,3,C: CH,4,H,2,O NO,3,-,NH,3,D: NO,3,-, CH,4,H,2,O NH,3,9,、,IF,2,-,分子的空间构型为（ ）。,A,：正方形,B,：正四面体,C,： 三角锥形,D,：直线形,10,、下列物质中，中心原子采取,sp,3,杂化的是,( ),A,：,CO,2,B,：,H,2,O C,：,BF,3,D,：,Ni(CN),4,2-,11,、,NH,4,+,的几何构型为（ ）,A,：三角锥型,B,：正四面体,C,：正方形,D,：四方锥体,12,、既有,sp,3,又有,sp,2,杂化碳原子的化合物是,( ),A,：,CH,3,CH,2,CH,3,B,：,CH,2,=CH,2,C,：,CH,3,CCH D,：,CH,3,CH=CH,2,13,、,对,NH,4,Cl,中化学键类型的叙述，正确的是,A,：全部是离子键,B,：全部是共价键,C,：有离子键也有共价键,D,：既有离子键和共价键，又有配位键,课 堂 习 题,二、选择题：,三、判断题：,课 堂 习 题,( ) 1,、,BF,3,分子是非极性分子，因为它是由非极性共价键结合而成的。,( ) 2,、配合物中配体的数目就等于配位数。,( ) 3,、,BeCl,2,分子是以,Be,原子的,s,轨道与,Cl,原子的,2,个,p,轨道杂化而形成的。,( ) 4,、,Py,与,dxy,原子轨道对称性匹配,能量相近时有可能线性组合成分子轨道。,( ) 5,、,按照现代价键理论，,键不能单独存在，共价双键或三键中只有一个,键。,人有了知识，就会具备各种分析能力，,明辨是非的能力。,所以我们要勤恳读书，广泛阅读，,古人说“书中自有黄金屋。,”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，,培养逻辑思维能力；,通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，,培养文学情趣；,通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。,有许多书籍还能培养我们的道德情操，,给我们巨大的精神力量，,鼓舞我们前进,。,