《大学无机化学》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,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,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,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,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,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,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,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,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,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,/10/29,.,*,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,/10/29,.,*,第六章 分子结构,第六章 分子结构,什么是化学键？,钠,(a),、氯化钠,(b),的电导率,2Na (s) + Cl,2,(g) = 2NaCl (s),Color,银灰色,黄绿色,无色,State,固体,气体,晶体,Electrical Conductivity,极,强,极弱,极弱，熔融导电,Elective,极强,极弱,熔融下反应逆转,什么是化学键？钠(a) 、氯化钠(b)的电导率,化学键的定义和分类,2H,2,O,2,2H,2,O,化学键是指分子中两个相邻原子之间强烈的相互吸引力。,基本化学键：,离子键,共价键,金属键,配位键,化学键的定义和分类2H2 O2 2H2O,共价键和共价化合物,定义：,原子间靠共享电子对使原子结合起来的化学键称为共价键,由共价键结合的化合物称为共价化合物,共价化合物的分类,分子型共价化合物,H,2,O,分子型共价单质,I,2,P,4,原子型共价化合物,SiC,共价键和共价化合物定义：,共价键理论的建立与发展,共价键理论,(,经典,Lewis,学说,),: 1916,年，美国路易斯,(G.W. Lewis),提出两原子各提供,1,个或,2,个电子作为两原子共有，使每个原子都具有,8,电子的稳定结构，共有电子与两原子核相互吸引而使两原子相互结合。这种原子间的结合称为共价键。,1923,年出版“价键和原子、分子的结构”，系统阐述了他的价键理论，并提出了描述这种共价结合的图示法（路易斯结构式）。被称为八隅说。,1919,年美国朗缪尔,(I. Langmuir):,一种原子间共用电子对可以不是来自两原子，而是由一个原子单独提供的（路易斯朗缪尔理论）。,作为化学键的经典电子理论，电价理论和共价键理论在化学键理论发展史上起到了继往开来的作用。,共价键理论的建立与发展共价键理论(经典Lewis学说): 1,价键理论,的建立与发展,VB,理论，电子配对理论,:1927,年德国海特勒,(W. Heitler),和伦敦,(F.W.London ),应用量子力学建立和求解氢分子薛定谔方程：氢分子中每个原子共用一对电子形成化学键，只有自旋相反的未成对电子才能形成共价键。,1931,年美国鲍林,(L. Pauling),和德国斯莱特,(J.C. Slater),：推广到多种单质和化合物现代价键理论,( VB,理论,),为解释甲烷分子的空间构型，根据波函数叠加原理，提出杂化轨道理论。作为价键理论的重要补充，较满意地解释了共价多原子分子的空间构型。,为合理处理用路易斯结构难以描述的分子，鲍林又提出共振概念,价键理论将量子力学的原理和化学的直观经验紧密结合，在经典化学中引入了量子力学理论和一系列的新概念，,对当时化学键理论的发展起了重要作用。,价键理论的建立与发展VB理论，电子配对理论 :1927年德国,氢分子形成过程的能量曲线,氢分子形成过程的能量曲线,价键理论,基本要点,两个原子接近时，自旋方式相反的成单（未成对）电子可以结合（配对）形成共价键。,只有同号轨道间才能实现有效的重叠，成键的原子轨道重叠越多，两核间电子出现的概率密度就越大，体系能量降低越多，形成的共价键就越牢固。因此，在可能情况下，共价键的形成将沿着原子轨道最大重叠的方向进行，这就是原子轨道最大重叠原理。,价键理论基本要点,有效重叠,+,+,+,+,x,x,+,+,p,x,z,有效重叠+xx+px z,负重叠和零重叠,+,+,+,+,+,+,+,+,x,x,+,+,p,x,z,负重叠和零重叠+xx+px z,共价键的特性,饱和性：,一个原子含有几个未成对电子，通常就能与其他原子的几个自旋相反的未成对电子配对形成共价键。也就是说，一个原子所形成的共价键的数目不是任意的，一般受未成对电子数目的限制，,包括原有的和激发而成的，,这就是共价键的饱和性。,方向性：各原子轨道在空间分布方向是固定的，为了满足轨道的最大程度重叠，原子间成的共价键，必须具有方向性。,共价键的特性饱和性：一个原子含有几个未成对电子，通常就能与其,共价键类型,键,原子轨道沿成键原子间联线的方向,头对头,重叠形成的键,键,原子轨道沿成键原子间联线的方向,肩并肩,形成的键,定域键,电子云主要局限在两个原子之间所形成的化学键，如普通,键和,键,离域键,由若干个电子形成的电子云运动在多个原子键所形成的化学键，如苯中的离域,键,共价键类型键,乙烯中的共价键,乙烯中的共价键,键,vs,键,键,键,AO,重叠方式,沿键轴方向相对重叠,沿键轴方向平行重叠,AO,重叠部位,两原子核之间，在键轴处,键轴上方和下方，键轴处为零,AO,重叠程度,大,小,电子云分布形状,圆柱形，对称于键轴,双冬瓜形，键轴处有节面,键的强度,较大,较小,键 能,大些,小些,化学活泼性,不活泼,活泼,键 vs 键键键AO重叠方式沿键轴方向相对重叠沿键轴,成键方式,两个原子形成共价单键时，原子轨道总是沿键轴方,向达到最大程度的重叠,:,单键都是,键,形成共价双键时，有一个,键和一个,键,形成共价三键时，有一个,键和两个,键,任何两原子之间只能形成一个,键,键不能单独存在，总与,键相伴，且当双键或叁键化合物（如不饱和烃）参加化学反应时，一般首先断裂,键。,成键方式两个原子形成共价单键时，原子轨道总是沿键轴方,键参数,(1),用来表征化学键性质的物理量叫键参数。对共价型分子，键参数通常指键能、键长、键角、键级以及键的极性等。这些物理量是确定分子形状和热稳定性的重要参数，又称为分子结构参数。,键长,分子中两个成键原子核间的平衡距离叫键长或键距。是共价键的重要性质，可用,X,射线、分子光谱实验测知。,H-F H-Cl H-Br H-I,键长增加，结合力减弱，热稳定性减小,键参数 (1)用来表征化学键性质的物理量叫键参数。对共价型分,键参数,(2),键能,在标准状态和,298K,下，破裂,1mol,键所需要能量的平均值，用,E,表示，单位,kJ,mol,-1,。,解离能,在,100kPa,和,298K,的标准条件下，,1mol,理想气态分子,AB,解离成理想气态原子,A,和,B,的反应释放或吸收的能量叫,AB,的解离能，用,D,表示。,E,D,多原子分子,AB,n,：,D,E,i,/n,H,2,O(g) H(g),OH(g) D,H-OH,= 499 kJmol,-1,OH(g) H(g),O(g) D,H-O,= 429 kJmol,-1,H,2,O,分子中，两个,O-H,解离能的平均值为,D,平均,1/2(499,429) = 464 kJmol,-1,键参数 (2)键能,键能计算,(p.169 Ex.2),由,N,2,和,H,2,每生成,1mol NH,3,放热,46kJ,，而每生成,1mol NH,2,-NH,2,却吸热,96kJ,已知,H-H,键能为,435kJ,mol,-1, N,N,键能为,941,kJ,mol,-1,。求,(1)N-H,的,键能；,(2),N-N,的,键能。,解,:(1) N,2,+H,2,=2NH,3,r,H,m,= -92,kJ,mol,-1,N+N=N,2,r,H,m,=-E,(N,N,),= -941,kJ,mol,-1,+) 6H=3H,2,r,H,m,=-3E,(H-H),= -1305,kJ,mol,-1,2N+6H=2NH,3,r,H,m,= -2338,kJ,mol,-1,E,(N-H),= 2338/6=390,kJ,mol,-1,键能计算 (p.169 Ex.2)由N2和H2每生成1mol,N,2,+H,2,=NH,2,-NH,2,r,H,m,= 96,kJ,mol,-1,2N=N,2,r,H,m,=-E,(N,N,),= -941,kJ,mol,-1,+) 4H=2H,2,r,H,m,=-2E,(H-H),= -870,kJ,mol,-1,2N+4H=,NH,2,-NH,2,r,H,m,= -1715,kJ,mol,-1,E,(N-H),= 1715-4390= 155,kJ,mol,-1,N,N,H,H,H,H,N2+H2=NH2-NH2 rH,键参数,(3),利用分子的振动光谱可以获得键角的实验值。键角的大小严重影响分子的许多性质，例如分子的极性，从而影响其溶解性、熔沸点等。,键角,在多原子分子中，中心原子若同时和两以上的原子键合，从中心原子的核到与它键合的原子核的连线叫键轴，每相邻两键轴的夹角叫键角。,是描述共价键的重要参数。键角不像键长和键能，一个分子一个样儿，不可能形成通用数据。,N,H,H,H,107,101pm,键参数 (3)利用分子的振动光谱可以获得键角的实验值。键角的,杂化轨道理论,在同一原子中，能量相近的不同类型的几个原子轨道在成键时，可以互相叠加重组，形成成键能力更强的新轨道，这种新轨道叫杂化轨道。,原子在相互结合过程中由于最大重叠的需要，使得原子内的轨道发生杂化以获得更大成键能力。孤立原子本身不发生杂化。,原子轨道杂化时，一般使成对电子激发到空轨道而成单个电子，其所需的能量完全可用成键时放出的能量予以补偿。,一定数目的原子轨道，杂化后得到相同数目但能量相等的新轨道,杂化轨道理论在同一原子中，能量相近的不同类型的几个原子轨道在,sp,3,杂化,(1),由一个,ns,轨道和三个,np,轨道参与的杂化称为,sp,3,杂化，所形成的四个杂化轨道称为,sp,3,杂化轨道。,sp,3,杂化轨道的特点是每个杂化轨道中含有,1/4,的,s,轨道和,3/4,的,p,轨道成分，杂化轨道间的夹角为,109,28,，呈正四面体形,。,sp3杂化 (1)由一个 ns 轨道和三个 np 轨道参与的,sp,3,杂化,(2),sp3杂化 (2),sp,2,杂化,(1),由一个,ns,轨道和两个,np,轨道参与的杂化称为,sp,2,杂化，所形成的三个杂化轨道称为,sp,2,杂化轨道。每个,sp,2,杂化轨道中含有,1/3,的,s,轨道和,2/3,的,p,轨道成分，杂化轨道间的夹角为,120,呈平面正三角形。,sp2杂化 (1)由一个 ns 轨道和两个 np 轨道参与的,sp,2,杂化,(2),sp2杂化 (2),sp,杂化,(1),由一个,ns,轨道和一个,np,轨道参与的杂化称为,sp,杂化，所形成的轨道称为,sp,杂化轨道，每一个,sp,杂化轨道中含有,1/2,的,s,和,p,轨道成分，杂化轨道间的夹角为,180,，呈直线形,。,sp杂化 (1)由一个 ns 轨道和一个 np 轨道参与的杂,sp,杂化,(2),sp杂化 (2),示例,CH,4,HCH=10928,成键电子对数,：,4,键长,：,1.110,BF,3,FBF=120,成键电子对数,：,3,键长,：,1.626,BeH,2,HBeH=180,成键电子对数,：,2,键长,：,1.252,CH,3,Cl,HCH=120,HCCl=10810,成键电子对数,：,4,键长,：,C-H=1.110,C-Cl=1.788,示例CH4BeH2,不等性,sp,3,杂化,在同一原子中，能量相近的不同类型的几个原子轨道在成键时，可以互相叠加重组，形成相同数目能量不完全相等、空间分布不完全对称的新轨道的过程成为不等性杂化，所产生的新轨道叫不等性杂化轨道。,能够进行不等性杂化的原子：杂化后轨道中已拥有成对电子的原子,-N, P, O, S,不能参与成键的、已配对的电子称为孤对电子，孤对电子占据的轨道不能参与成键，这样的轨道称为非键轨道,不等性sp3杂化在同一原子中，能量相近的不同类型的几个原子轨,示例,(1),NH,3,HNH=10728,成键电子对数：,3,孤对电子数目：,1,H,2,O,HOH=10430,成键电子对数：,2,孤对电子数目：,2,示例 (1)NH3,示例,(2),示例 (2),总结,杂化轨道,类型,等性杂化,不等性杂化,sp,3,sp,2,sp,sp,3,参加杂化轨道,s+3p,s+2p,s+p,s+3p,杂化轨道数,4,3,2,4,成键轨道夹角,109,28,120,180,90, ,2p,2s,和,2p,能级相差较大，原子轨道间的相互作用可以忽略,分子轨道能级图 (1)O2 (O,F),O,2,分子轨道电子排布式,按分子轨道能级高低填充电子得到的顺序称为分子轨道表示式,键级,1/2(,成键轨道电子数反键轨道电子数,), 净成键电子数,/2,O,2,分子的电子构型,O,2,KK(,2s,),2,(,2s,*),2,(,2p,),2,(,y2p,),2,(,z2p,),2,(,y2p,*),1,(,z2p,*),1,抵消 键 三电子,键,(,顺磁性,),键级,(8,2,1,1)/2=(2+1+1)/2=2,:O O:,O2分子轨道电子排布式按分子轨道能级高低填充电子得到的顺序称,分子轨道能级图,(2),N,2,(B,C,N),能级顺序,2p, ,y2p,、,z2p,2s,和,2p,能级相差较小，原子轨道间的相互作用不能忽略,分子轨道能级图 (2)N2 (B,C,N),分子轨道电子排布式,N,2,分子的电子构型,N,2,KK(,2s,),2,(,2s,*),2,(,y2p,),2,(,z2p,),2,(,2p,),2,抵消 ,键,键,键级,(10,4)/2=3,2,个双电子,键，一个,键,B,2,分子的电子构型,B,2,KK(,2s,),2,(,2s,*),2,(,y2p,),1,(,z2p,),1,键级,(4,2)/2=1,2,个单电子,键,分子轨道电子排布式N2分子的电子构型,分子轨道能级图,(3),HF,分子的,电子构型,分子轨道能级图 (3)HF分子的,偶极矩,正负电中心的重合,分子的偶极矩,(,p,),：德拜,分子中电荷中心（正电荷中心,+,或负电荷中心,）上的电荷量,与正、负电荷中心间距离,d,的乘积,p,=, d,：偶极的极上电荷，单位,C (,库仑,),；,d,：偶极长度，单位,m (,米,),；,偶极矩,单位,C, m,(,库 米,),说明分子的极性,极性分子,p,0,非极性分子,p,=0,偶极矩正负电中心的重合,极性和偶极矩,键的极性有方向，用从正极到负极的箭头表示,双原子分子的极性由共价键的极性决定,多原子分子的极性由共价键的极性和分子的空间构型共同决定,极性和偶极矩键的极性有方向，用从正极到负极的箭头表示,极化率,非极性分子在外电场作用下产生的核与电子的相对位移而造成的变形称为分子的变形性,分子因变形造成的正负电中心的分离而产生的偶极称为诱导偶极，形成偶极的过程称为分子的变形极化,诱导偶极,p,诱导,与外电场强度,E,成正比,p,诱导,E,：表示,诱导偶极与外电场强度的比值，称为极化率，用于表征分子外电层电子云的可变形性，实验测定,固有偶极或永久偶极：极性分子本身的偶极,外电场下极性分子的偶极固有偶极诱导偶极,极化率规律：,分子中电子数增多，极化率,相应变大,同族元素从上到下，,极化率,增大,极化率非极性分子在外电场作用下产生的核与电子的相对位移而造成,分子间作用力,最早是由范德华研究实际气体对理想气体状态方程的偏差提出来的，非直接相连原子间、基团间和分子间的相互作用力，也称为范德华力,分子间具有吸引作用的根本原因：任何分子都有正、负电中心；任何分子都有变形的性能；,由分子之间很弱的静电引力产生,范德华力普遍存在于固、液、气态任何微粒之间。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限制。,三种分子间作用力：色散、诱导、取向,物质的物理化学性质与分子间作用力有很大的关系,分子间作用力最早是由范德华研究实际气体对理想气体状态方程的偏,色散作用,(,色散力,),由于瞬时偶极而产生的分子间相互作用。,电子云分布不是始终均匀，某一瞬间，正负电中心发生一定程度的不重合,色散力与分子极化率,有关。,大,色散力大。,色散力与分子中的电子数目相关，电子数越多，色散力越大。,非极性分子的瞬时偶极之间的相互作用,一大段时间内的大体情况,每一瞬间,色散作用 (色散力)由于瞬时偶极而产生的分子间相互作用。非极,诱导作用,(,诱导力,),由于诱导偶极而产生的分子间相互作用。,决定诱导作用强弱的因素：,极性分子的偶极矩,：,p,愈大，诱导作用愈强。,非极性分子的极化率,：,愈大，诱导作用愈强。,分子离得较远,分子靠近时,极性分子,非极性分子,诱导作用 (诱导力)由于诱导偶极而产生的分子间相互作用。分子,取向作用,(,趋向力,),两个固有偶极间存在的同极相斥、异极相吸的定向作用称为取向作用。,两个极性分子相互靠近时，由于同极相斥、异极相吸，分子发生转动，并按异极相邻状态取向，分子进一步相互靠近。,极性分子的偶极矩,愈大，取向作用愈强。,分子离得较远,取向,诱导,取向作用 (趋向力)两个固有偶极间存在的同极相斥、异极相吸的,极性分子间的作用,对于大多数分子来说，色散力是主要的；只有当分子的极性很大时，取向力才比较显著；而诱导力通常很小。,分子极性,色散作用,诱导作用,取向作用,非非,非极,极极,极性分子间的作用对于大多数分子来说，色散力是主要的；只有当分,分子间力的意义,决定物质的熔、沸点、气化热、熔化热、蒸气压、溶解度及表面张力等物理性质的重要因素。随原子序数增加而升高。,分子量,色散作用,分子间力,沸点熔点,水中溶解度,He,Ne,Ar,Kr,Xe,小,大,小,大,小,大,小,大,低,高,小,大,分子间力的意义决定物质的熔、沸点、气化热、熔化热、蒸气压、溶,氢键的形成,产生在氢原子与电负性大的元素原子的孤对电子之间的静电吸引称为,氢键,。,分子中,与电负性大且,半径,(r),小,的原子 (,F, O, N),相连的,H,；,在附近有电负性大，,半径,(r),小的原子 (,F, O, N),。,氢键的特点,键长特殊,F,H F,键能小,2540kJ,具有饱和性和方向性,氢键的形成产生在氢原子与电负性大的元素原子的孤对电子之间的静,蛋白质中的氢键,蛋白质中的氢键,氢键对化合物性质的影响,(1),IV,VII,主族氢化物的沸点比较,氢键对化合物性质的影响 (1)IVVII主族氢化物的沸点比,氢键对化合物性质的影响,(2),冰的空间结构,氢键对化合物性质的影响 (2)冰的空间结构,氢键对化合物性质的影响,(3),对硝基苯酚 邻硝基苯酚,有分子内氢键,m.p. 44-45,没有分子内氢键,m.p. 113-114,O,H,N,O,2,H,O,N,O,O,p.170 Ex.16,氢键对化合物性质的影响 (3) 对硝基苯酚,化学键对比,种类,本 质,方向性,饱和性,离子键,强静电作用力,无,无,共价键,共用电子对,有,有,金属键,共用离域自由电子,无,无,配位键,共用由一个原子单方面提供的电子对,有,有,分子间作用力,弱静电作用力,无,无,氢键,静电作用力,有,有,化学键对比种类本 质方向性饱和性离子键强静电作用力无无,选择题,下列物质中，既存在离子键、共价键，又存在配位键的是：,A.,石墨,B. BaCl,2,C. NH,4,F D. NaOH,下列化合物中，哪一个化合物不存在氢键,A. NH,3,B. HCOOH C. H,3,BO,3,D. C,2,H,6,选择题下列物质中，既存在离子键、共价键，又存在配位键的是：,61,可编辑,感谢下载,61可编辑感谢下载,62,可编辑,感谢下载,62可编辑感谢下载,