无机化学 大学课件 第二章分子结构和分子间力、氢键

1、第二章第二章 分子结构和分子间力、氢键分子结构和分子间力、氢键 ： 计划学时：计划学时：8学时学时 1.了解共价键的了解共价键的饱和性和方向性饱和性和方向性及及s s键和键和p p键的区别键的区别； 2. 掌握杂化轨道理论要点，并能说明一些分子中中掌握杂化轨道理论要点，并能说明一些分子中中 心原子的杂化类型及分子的构型心原子的杂化类型及分子的构型； 3. 掌握掌握分子轨道理论分子轨道理论要点，会应用要点，会应用同核同核双原子分子双原子分子的分子轨道能级图说明分子的磁性、稳定性和能级的分子轨道能级图说明分子的磁性、稳定性和能级； 4.了解异核双原子分子及多原子分子的分子轨道能了解异核双原子分子及

2、多原子分子的分子轨道能 级图级图； 5. 掌握掌握分子的极性分子的极性、分子间力分子间力及及氢键氢键的概念，并能的概念，并能 解释物质的性质及其变化解释物质的性质及其变化。布鲁塞尔布鲁塞尔 原子模型原子模型(Atomium)(Atomium) 象征象征19581958年万国博览会的原子模型年万国博览会的原子模型是布魯塞尔另一个著名地标。高约是布魯塞尔另一个著名地标。高约120120公尺，由公尺，由9 9个铝制的大圆球和铁架所钩个铝制的大圆球和铁架所钩成，放大約成，放大約2,0002,000亿倍铁分子模型的建亿倍铁分子模型的建筑物。中央铝制圆是瞭望台也是餐厅，筑物。中央铝制圆是瞭望台也是餐厅，其

3、他八个分子球是科学馆。如果想一其他八个分子球是科学馆。如果想一览全市区的摩天大楼及拉根公园的景览全市区的摩天大楼及拉根公园的景色，便須到色，便須到102102公尺高的頂层。在夜晚公尺高的頂层。在夜晚时分，原子模型则充滿光亮形成一幅时分，原子模型则充滿光亮形成一幅特殊的景象。特殊的景象。 1916年美国化学家提出了共价学说，建立了经典的共价键理年美国化学家提出了共价学说，建立了经典的共价键理论。论。 1927年德国化学家年德国化学家W.Heitler和应用了量子力学理论来处理和应用了量子力学理论来处理分子结构问题。分子结构问题。 首先从最简单的分子首先从最简单的分子氢分子入手，应用薛定锷方程详尽

4、氢分子入手，应用薛定锷方程详尽研究了氢分子的形成过程，发展了共价键理论，揭示了共价键的研究了氢分子的形成过程，发展了共价键理论，揭示了共价键的本质，也称为本质，也称为VB法。法。 。 后来，在后来，在1931年美国化学家年美国化学家L.Pauling等人又发展了这一成等人又发展了这一成果，提出了杂化轨道理论，从而建立了现代价键理论，圆满地解果，提出了杂化轨道理论，从而建立了现代价键理论，圆满地解释了碳四面体结构的价键状态。释了碳四面体结构的价键状态。 F.Hund 提出了分子轨道理论，较全面地研究了分子中电子的运动提出了分子轨道理论，较全面地研究了分子中电子的运动规律，圆满地解释了氧分子的顺磁

5、性、单电子离子或分子稳定存规律，圆满地解释了氧分子的顺磁性、单电子离子或分子稳定存在的事实。该理论已被广泛应用。在的事实。该理论已被广泛应用。 2.1 价键理论价键理论 原子相互作用形成化学键的过程中，原子核没有发生变化，原子相互作用形成化学键的过程中，原子核没有发生变化，涉及的只是原子的外层电子涉及的只是原子的外层电子(价层电子价层电子)。键的形成过程中外层。键的形成过程中外层电子重新分布。电子重新分布。化学键化学键(chemical bond):能够使原子间相互结合成为分子的作用，能够使原子间相互结合成为分子的作用， 在化学上称为化学键。在化学上称为化学键。 共价键共价键：原子间以共用电子

6、对结合；：原子间以共用电子对结合；成键方式成键方式 离子键：活泼离子键：活泼(非非)金属离子以静电引力结合；金属离子以静电引力结合； 金属键：金属阳离子金属键：金属阳离子(原子原子)与自由电子以金属键结合与自由电子以金属键结合 金属键金属键 共价键共价键 离子键离子键 H2 , O2 , N2(同核双原子分子同核双原子分子)为什么能形成？为什么能形成？如何形如何形成的？形成后发生了怎样的变化？理论上成的？形成后发生了怎样的变化？理论上如何解释？如何解释？2.1.0 键参数键参数 1. 键能键能K和和100kPa下，断裂下，断裂1mol键所需要的能量称键所需要的能量称 为键能为键能(E)，单位为

7、，单位为kJ.mol-1 。 (2)应用：应用： 双原子分子双原子分子：在标准状态下，将理想气体分子离解为理想：在标准状态下，将理想气体分子离解为理想 气态原子所需要的能量称离解能气态原子所需要的能量称离解能(D)，即，即键能。键能。 H2(g) 2H(g) EH-H = DH-H = 436.00 kJ.mol-1 HCl(g) H(g)+Cl(g) EH-Cl = DH-Cl = 431.2 kJ.mol-1 多原子分子多原子分子：多级离解能的平均值，即键能：多级离解能的平均值，即键能(E) 。 H2O(g) H(g)+OH (g) DH-OH = 499.00 kJ.mol-1 OH (

8、g) H(g)+O(g) DO-H = 429.00 kJ.mol-1 EO-H .mol-1 2. 键长键长(L)(1)定义：分子中成键原子核间的平衡距离称为键长，单位：定义：分子中成键原子核间的平衡距离称为键长，单位：pm。 (2)应用：化学键的键长越短，键越牢固；如：应用：化学键的键长越短，键越牢固；如：H-X键，随键，随F,Cl, Br,I电负性减小而依次增长。电负性减小而依次增长。(3)来源：量子力学可在理论上近似计算，许多复杂分子通常是来源：量子力学可在理论上近似计算，许多复杂分子通常是 通过光谱或衍射等实验方法测定。通过光谱或衍射等实验方法测定。3. 键角键角(q q)：分子中键

9、与键的夹角称为键角。：分子中键与键的夹角称为键角。 O 双原子分子：直线型；双原子分子：直线型； H H 多原子分子：较复杂，同多原子分子：较复杂，同键长的来源键长的来源(计算及测定计算及测定)。 键角是分子空间构型的重要参数之一。键角是分子空间构型的重要参数之一。 综上所述，确定了分子的键长、键角，其空间构型即可确综上所述，确定了分子的键长、键角，其空间构型即可确定，综合考虑化学键还要加上键能的因素。定，综合考虑化学键还要加上键能的因素。 价键理论价键理论如何解释分子的成键情况？如何解释分子的成键情况？ 现代价键理论现代价键理论 以氢分子为例进行研究，再逐步推广到复杂分子。以氢分子为例进行研

10、究，再逐步推广到复杂分子。 1. H-H键的键的形成形成和和本质本质 (1) 以能量为主线以能量为主线氢分子形成过程中伴随着氢分子形成过程中伴随着能量能量的变化；的变化； (2) 单电子自旋的方向单电子自旋的方向(反向反向)；电子云的；电子云的最大重叠最大重叠。 (见光盘见光盘)+H 1sH 1s重叠+H2Ed2HE0DRro2. 价键理论的基本要点：价键理论的基本要点： (1)原则：两个自旋方向相反的单电子可相互配对成键；原则：两个自旋方向相反的单电子可相互配对成键； (2)原则：两个自旋反向的单电子的电子云应实现最大原则：两个自旋反向的单电子的电子云应实现最大 程度的重叠，共价键才能稳定程

11、度的重叠，共价键才能稳定即放出的能量最多。即放出的能量最多。 2.1.2 共价键的特征共价键的特征 1. 共价键的共价键的饱和性饱和性：根据电子配对原则：根据电子配对原则一个原子有几个单一个原子有几个单 电子就只能与几个自旋方向相反的单电子电子就只能与几个自旋方向相反的单电子 配对成键，即共价键的饱和性。配对成键，即共价键的饱和性。 2. 共价键的共价键的方向性方向性： 根据最大重叠原则，体系能量降低。按照原子轨道的对称根据最大重叠原则，体系能量降低。按照原子轨道的对称性性(伸展方向伸展方向)，重叠时有方向的限制。例如：，重叠时有方向的限制。例如：H-Cl 键的形成：键的形成： H-Cl 键的

12、形成键的形成+,(s)H,+(s)H,+H(s),图2 .1 H-Cl成键的方向性-+Cl(px)x最有效的重叠方式不理想的重叠方式 重 叠 的 方 式 不能2.1.4 共价键的共价键的类型类型 由于原子轨道重叠的情况不同，可以形成不同类型的共价键，由于原子轨道重叠的情况不同，可以形成不同类型的共价键，根据重叠方式不同，共价键可区分为根据重叠方式不同，共价键可区分为s s和和p p键。键。1. s s键键: 原子轨道沿核间联线方向进行轨道重叠而形成的共价键，原子轨道沿核间联线方向进行轨道重叠而形成的共价键，称为称为s s键。俗称键。俗称“头碰头头碰头”方式，呈方式，呈圆柱形圆柱形对称。对称。

13、s-s s-p p-p H2 HCl Cl2s s键（头碰头）键（头碰头）p p键：键：p轨道（肩并肩）轨道（肩并肩）2. p p键键: 原子轨道沿核间联线两侧发生轨道原子轨道沿核间联线两侧发生轨道重叠而形成的共价键，称为重叠而形成的共价键，称为p p键。俗称键。俗称“肩并肩并肩肩”方式方式, 呈呈镜面反对称镜面反对称。 如：如：N2, py-py pz-pzpx-+ +(d) N2N Ns sp pp p2s2p （a） （b） （c）Figure 2.10 p-p bond formation3. s s键和键和p p键的键的特征特征比较：比较：光盘光盘4. 配位配位共价键共价键：由一个原

14、子提供孤电子对，另一个原：由一个原子提供孤电子对，另一个原子提供空轨道而形成的共价键，称子提供空轨道而形成的共价键，称配位配位共价键共价键(配位配位键键)，也分为，也分为s s配键和配键和p p配键，如：配键，如：NH4+中含中含s s配键，配键， CO中含中含p p配键。配键。 5. 键的极性键的极性 由于成键原子双方由于成键原子双方电负性电负性不完全相同，所以共不完全相同，所以共价键就产生了极性，且又可分为强极性和弱极性。价键就产生了极性，且又可分为强极性和弱极性。 非极性：双原子分子，如：非极性：双原子分子，如：Cl2 、 N2、 O2 (？) 强强: 如：如： HF、HCl、H2O(

15、？)、 NH3 (？) 极性极性 弱弱: 如：如： HI、CH4 ( ？) 成键情况？成键情况？非极性分子非极性分子 (Polar molecules)极性分子极性分子 (Polar molecules)多原子分子：多原子分子：键的极性与分子构型键的极性与分子构型 CCl4，非极性；，非极性； CHCl3, 极性。极性。实验测得实验测得 CCl4、 CH4等的立体构型为正四面体等的立体构型为正四面体（tetrahedral）在同一个原子中能量相近的不同类型（在同一个原子中能量相近的不同类型（s, p, d, ）的）的几个原子轨道波函数可以相互叠加而组成同等数目的几个原子轨道波函数可以相互叠加而

16、组成同等数目的能量能量完全相同的能量能量完全相同的杂化轨道杂化轨道。2.2 杂化轨道理论杂化轨道理论 2.2.1 杂化轨道概念及理论要点杂化轨道概念及理论要点 1. 杂化杂化：中心原子中若干不同类型、能量相近、一定数目的原：中心原子中若干不同类型、能量相近、一定数目的原子轨道在成键过程中经过混杂平均化，重新组合形成一定数目、子轨道在成键过程中经过混杂平均化，重新组合形成一定数目、能量相等、一定空间构型的新轨道的过程称为杂化。能量相等、一定空间构型的新轨道的过程称为杂化。 2. 杂化轨道杂化轨道：杂化后所形成的新轨道即为杂化轨道。：杂化后所形成的新轨道即为杂化轨道。 3. 杂化轨道理论要点杂化轨

17、道理论要点 (1) 中心原子中能量相近的原子轨道之间可以通过叠加混杂，形中心原子中能量相近的原子轨道之间可以通过叠加混杂，形 成成键能力更强的新轨道，即杂化轨道；成成键能力更强的新轨道，即杂化轨道； (2) 原子轨道杂化时，一般使成对电子激发到空轨道而成为单个原子轨道杂化时，一般使成对电子激发到空轨道而成为单个电子，其所需的能量由成键时放出的能量予以补偿；电子，其所需的能量由成键时放出的能量予以补偿； (3) 一定数目的原子轨道杂化后可得数目相等、能量相等的杂化一定数目的原子轨道杂化后可得数目相等、能量相等的杂化轨道。轨道。4.杂化类型：杂化类型：sp、sp2、 sp3、不等性、不等性sp3杂

18、化等。杂化等。(1) sp杂化杂化：一条：一条s原子轨道与一条原子轨道与一条p原子轨道进行杂原子轨道进行杂化，形成两条化，形成两条sp杂化轨道，呈直线分布，杂化轨道，呈直线分布， s、p成分成分各占各占1/2，如：如：BeCl2 ； (2) sp2杂化杂化：一条：一条s原子轨道与两条原子轨道与两条p原子轨道进行杂原子轨道进行杂化，形成三条化，形成三条sp2杂化轨道，呈平面三角形分布，杂化轨道，呈平面三角形分布， s成分占成分占1/3、p成分占成分占2/3，如：如：BF3 ； (3) sp3杂化杂化：一条：一条s原子轨道与三条原子轨道与三条p原子轨道进行杂原子轨道进行杂化，形成四条化，形成四条s

19、p3杂化轨道，呈正四面体分布，杂化轨道，呈正四面体分布， s成成分占分占1/4、p成分占成分占3/4，如：如：CH4 ； (4)不等性不等性sp3杂化杂化： sp3杂化轨道被孤对电子所占用，杂化轨道被孤对电子所占用，排斥后形成，排斥后形成，如：如：NH3、H2O 。sp杂化：杂化：BeF2 的立体结构为线性的立体结构为线性激发激发杂化杂化分子构型：正四面体分子构型：正四面体ClO4 结构结构不等性杂化不等性杂化 H2O V 形结构形结构 ， O sp3 不等性杂化不等性杂化 。 sp3 不等性杂化不等性杂化 有单电子的有单电子的 sp3 杂化轨道与杂化轨道与 H 的的 1s 成成键，有对电子的

20、键，有对电子的 sp3 不成键，为孤对电子，故不成键，为孤对电子，故 H2O 分子呈分子呈 V 字字形结构形结构 。 HOH 键角本应键角本应 10928 ，但由，但由于孤对电子的斥力，该角变小，为于孤对电子的斥力，该角变小，为 10445 。 OHH NH3 三角锥形三角锥形 N sp3 不等性杂化不等性杂化 这三条单电子的这三条单电子的 sp3 杂化轨道分别与杂化轨道分别与H 的的 1s 成成键。由于孤对电子的影响，键。由于孤对电子的影响，HNH 角小于角小于 109 28 ，为，为 10718 。NHHH杂化理论与价层电子对互斥理论的关系杂化理论与价层电子对互斥理论的关系 a ) 电子对

21、构型直接与杂化类型相关联。电子对构型直接与杂化类型相关联。 b ) 等性杂化等性杂化 价层电子对数和配体数相等；价层电子对数和配体数相等； 不等性杂化不等性杂化 价层电子对数大于配体数目。价层电子对数大于配体数目。 c ) 未参加杂化的电子与重键的形成有关未参加杂化的电子与重键的形成有关 。 d ) 孤对电子影响键角孤对电子影响键角 。 在等性杂化中由分子构型（与电子对构型一致）可以直接看在等性杂化中由分子构型（与电子对构型一致）可以直接看出杂化方式。但在不等性杂化中，分子结构与杂化方式没有直接出杂化方式。但在不等性杂化中，分子结构与杂化方式没有直接的关系，关键是电子对构型可以直接标志杂化方式

22、。故电子对构的关系，关键是电子对构型可以直接标志杂化方式。故电子对构型非常重要。型非常重要。CO2的成键情况的成键情况甲醛甲醛 (Formaldehyde)CH2O乙炔的成键情况乙炔的成键情况乙炔的结构乙炔的结构ElectronarrangementNumber of atomic orbitalsHybirdization of the central atomNumber of bybird orbitalslinear2sp2trigonal planar3sp23tetrahedral4sp34trigonal bipyramidal5sp3d5octaheral6sp3d261. 杂

23、化类型杂化类型空间构型空间构型 sp 直线形直线形 等性等性 sp2 平面正三角形平面正三角形 sp3 正四面体正四面体 不等性不等性sp3 视具体物质而定。视具体物质而定。2. 同族元素形成的化合物结构相似同族元素形成的化合物结构相似： BeX2，HgCl2，CO2, 乙炔、乙炔、Ag(NH3)2+等：等：直线形直线形; BX3，乙烯，苯，石墨等：，乙烯，苯，石墨等：平面正三角形平面正三角形; 甲烷，甲烷，CCl4，金刚石，石英等：，金刚石，石英等：正四面体正四面体 ; NH3，PH3，NF3等：等：三角锥形三角锥形； H2O，H2S等：等：角角(V)形形。价价电电子子对对数数目目与与分分子

24、子构构型型分子不是因为它有分子不是因为它有sp3杂化轨道而具有四面体形状！杂化杂化轨道而具有四面体形状！杂化仅仅是描述给定分子结构中成键的一种理论方式。它仅仅是描述给定分子结构中成键的一种理论方式。它只是对分子形状的一个解释，形状本身并非杂化的结只是对分子形状的一个解释，形状本身并非杂化的结果！果！问题问题：试用价键理论分析试用价键理论分析O2 、H2+的成键情况的成键情况。分析分析: (1)按价键理论按价键理论O2 分子中的电子都是成对的，有一分子中的电子都是成对的，有一 个个s s键和键和一个一个p p键，其结构式为：键，其结构式为： 或或 但液态和固态氧极易为磁铁所吸引，磁性研究表明，但

25、液态和固态氧极易为磁铁所吸引，磁性研究表明， O2分子中有两个自旋方向相同的成单电子，这是价键理分子中有两个自旋方向相同的成单电子，这是价键理论无法解释的。论无法解释的。 (2) 经光谱实验证实：只有一个单电子的经光谱实验证实：只有一个单电子的H2+是可以是可以稳定存在的：即稳定存在的：即 (H H)+，价键理论同样无法解释，这，价键理论同样无法解释，这就是价键理论局限性。就是价键理论局限性。 由此诞生了分子轨道理论。由此诞生了分子轨道理论。 O.O.O.O1. 写出鲍林能级图中的七个能级组。写出鲍林能级图中的七个能级组。 2. 符号符号4d表示电子的主量子数表示电子的主量子数n 角量子数角量

26、子数l ，此轨道最多，此轨道最多有有 种空间取向，种空间取向， 最多可容纳最多可容纳个电子。个电子。3. 原子序数为原子序数为24的元素，其名称为的元素，其名称为 ，元素符号为，元素符号为 ，电子，电子构型为构型为。4. 基态钾原子最外层电子的四个量子数是基态钾原子最外层电子的四个量子数是 。 5. p轨道为半满的最轻的元素是轨道为半满的最轻的元素是；有两个未成对的；有两个未成对的3p电子的元电子的元素是素是，其四个量子数分别为其四个量子数分别为 6. 原子序数为原子序数为47的元素，其原子核外电子分布式是的元素，其原子核外电子分布式是 ，该元素在周期表中位于第该元素在周期表中位于第 周期第周

27、期第族。族。7. 描述描述5d1电子运动状态时，可用的电子运动状态时，可用的4个量子数为个量子数为8. 在各种不同的原子中在各种不同的原子中3d和和4s电子的能量相比时电子的能量相比时（ ） (A) 3d一定大于一定大于4s ； (B) 4s一定大于一定大于3d； (C) 3d与与4s几乎相等；几乎相等； (D) 不同原子中情况可能不同。不同原子中情况可能不同。 分子轨道理论的分子轨道理论的优越性优越性：把分子中所有的电子的：把分子中所有的电子的分布统筹安排，使分子具有整体性，成键电子不只局分布统筹安排，使分子具有整体性，成键电子不只局限于相邻原子，还可以形成离域键，只要体系总能量限于相邻原子

28、，还可以形成离域键，只要体系总能量降低，即可以形成单降低，即可以形成单(三、多三、多)电子键。电子键。 分子轨道理论的基本思想分子轨道理论的基本思想：首先由能量相近的首先由能量相近的原子轨道组合成分子轨道；分子轨道同样具有特定原子轨道组合成分子轨道；分子轨道同样具有特定的能级图；分子中所有的电子再按照原子轨道的的能级图；分子中所有的电子再按照原子轨道的“电子排布的三原则电子排布的三原则”填入电子，此时分子中所有填入电子，此时分子中所有电子归所有原子所共有；并且可预测分子的磁性、电子归所有原子所共有；并且可预测分子的磁性、键级和稳定性。键级和稳定性。 (见光盘) 2.3.1 分子轨道理论的基本要

29、点分子轨道理论的基本要点： 1. 分子轨道的形成分子轨道的形成 (1) 原子轨道的线性组合原子轨道的线性组合 = N1( A + B) 原子轨道原子轨道相加相加重叠重叠成成键键 *= N2( A - B) 原子轨道原子轨道相减相减重叠重叠反反键键 (2) 分子轨道的分子轨道的类型类型 s s分子轨道：沿两核轴线发生重叠而形成的分子轨道：沿两核轴线发生重叠而形成的MO,呈呈 “圆柱形对称圆柱形对称”； p p分子轨道：从侧面发生平行重叠而形成的分子轨道：从侧面发生平行重叠而形成的MO,呈呈 “核联线面对称核联线面对称”。2. 分子轨道理论的分子轨道理论的基本要点基本要点： (1) n个原子轨道线

30、性组合后可得个原子轨道线性组合后可得n个分子轨道，且成个分子轨道，且成键轨道和反键轨道的数目各占一半；键轨道和反键轨道的数目各占一半； (2) 电子填入分子轨道仍遵循：电子填入分子轨道仍遵循：能量最低原理、泡利能量最低原理、泡利不相容原理和洪德规则不相容原理和洪德规则； (3) 进行有效地线性组合的原子轨道需符合：进行有效地线性组合的原子轨道需符合：能量近能量近似、轨道最大重叠和对称性匹配似、轨道最大重叠和对称性匹配三个原则。三个原则。 3. 原子轨道的几种重叠原子轨道的几种重叠 相加重叠：相加重叠：s sns (1) S-S重叠重叠: 相减重叠：相减重叠： 相加重叠：相加重叠： (2) Px

31、-Px重叠重叠: 相减重叠：相减重叠： 相加重叠：相加重叠： (3) Py-Py(Pz-Pz)重叠重叠: 电子排布电子排布 相减重叠：相减重叠： *nss*xnpsxnps)(*zynpnppp)(zynpnppp4. 分子的性质分子的性质(1) 分子的分子的磁性磁性 (n为未成对电子数为未成对电子数单电子数单电子数) = B.M. -“唯自旋唯自旋”公式公式(2) 分子的分子的键级键级：分子中净成键电子数的一半：分子中净成键电子数的一半 称为分子的键级。称为分子的键级。 键级键级 = 净成键电子数净成键电子数/ 2 = (成键电子数成键电子数-反键电子数反键电子数)/2(3) 分子的分子的稳

32、定性稳定性：分子的键级可以用来表示：分子的键级可以用来表示 分子的稳定性，键级越大，分子的稳定性，键级越大， 分子越稳定。分子越稳定。 )2( nn例题例题1：计算：计算 、 、 、 粒子的键级，并说明粒子的键级，并说明 其磁性及稳定性顺序。其磁性及稳定性顺序。 解解：各粒子的分子轨道表示式为：各粒子的分子轨道表示式为： KK(KK(s s2 2s s) )2 2( (s s* *2 2s s) )2 2( (s s2 2pxpx) )2 2( ( p p2 2pypy) )2 2( ( p p2 2pzpz) )2 2( ( p p* *2 2pypy)1 1( ( p p* *2 2pz

33、z)1 1 键级键级 = (6-2)/2 =2 = (6-2)/2 =2 顺磁性顺磁性 KK( KK(s s2 2s s) )2 2( (s s* *2 2s s) )2 2( (s s2 2pxpx) )2 2( ( p p2 2pypy) )2 2( ( p p2 2pzpz) )2 2( ( p p* *2 2pypy)1 1 键级键级 = (6-)/2 =2.5 = (6-)/2 =2.5 顺磁性顺磁性 KK( KK(s s2 2s s) )2 2( (s s* *2 2s s) )2 2( (s s2 2pxpx) )2 2( ( p p2 2pypy) )2 2( ( p p2 2

34、pzpz) )2 2( ( p p* *2 2pypy)2 2( ( p p* *2 2pz z)1 1 键级键级 = (6-)/2 =.5 = (6-)/2 =.5 顺磁性顺磁性 KK( KK(s s2 2s s) )2 2( (s s* *2 2s s) )2 2( (s s2 2pxpx) )2 2( ( p p2 2pypy) )2 2( ( p p2 2pzpz)2 2( ( p p* *2 2pypy)2 2 ( (p p* *2 2pz z)2 2 键级键级 = (6-4)/2 = = (6-4)/2 = 反反( (逆逆) )磁性磁性 稳定性顺序：稳定性顺序： -22O-2O2O

35、2O2O-22O-22O-2O-2O2O2O2O例题例题2：计算：计算 N2、 N+2、 N-2 粒子的键级，并说明其磁粒子的键级，并说明其磁 性及稳定性顺序。性及稳定性顺序。 解：上述粒子的分子轨道表示式为：解：上述粒子的分子轨道表示式为： N2 ： KK(KK(s s2 2s s) )2 2( (s s* *2 2s s) )2 2 ( ( p p2 2pypy) )2 2( ( p p2 2pzpz) )2 2 ( (s s2 2pxpx) )2 2 键级键级 = (0-4)/2 = = (0-4)/2 = 反磁性反磁性 N2+： KK(KK(s s2 2s s) )2 2( (s s*

36、 *2 2s s) )2 2 ( ( p p2 2pypy) )2 2( ( p p2 2pzpz) )2 2( (s s2 2pxpx) ) 键级键级 = (5-0)/2 =2.5 = (5-0)/2 =2.5 顺磁性顺磁性 N2- ： KK(KK(s s2 2s s) )2 2( (s s* *2 2s s) )2 2 ( ( p p2 2pypy) )2 2( ( p p2 2pzpz) )2 2 ( (s s2 2pxpx) )2 2( ( p p* *2 2pypy)1 1 键级键级 = (6-)/2 =2.5 = (6-)/2 =2.5 顺磁性顺磁性 稳定性顺序为：稳定性顺序为：

37、N2 N2+ N2- 。2.4 分子间力和氢键分子间力和氢键 分子间力分子间力范德华力范德华力 1. 分子的极性和偶极矩分子的极性和偶极矩 (1) 电荷中心电荷中心：设想电荷集中于一点，似重心一样，分别称为：设想电荷集中于一点，似重心一样，分别称为 “正电荷中心正电荷中心”和和“负电荷中心负电荷中心”。 (2) 偶极偶极：分子中正、负电荷中心间的距离，称：分子中正、负电荷中心间的距离，称 为为偶极偶极，用，用d来表示，单位为来表示，单位为m。 (3) 非极性分子：正、负电荷中心重合，如非极性分子：正、负电荷中心重合，如:CO2， BF3, CCl4; 极性分子：正、负电荷中心不重合，如极性分子

38、：正、负电荷中心不重合，如:NH3, H2O。 (4) 偶极矩：偶极长度与极上电荷的乘积即为偶极偶极矩：偶极长度与极上电荷的乘积即为偶极 矩，用矩，用p表示，单位为表示，单位为Cm ，p是是矢量，矢量， 正指向负，通常正指向负，通常p是由实验测定的。是由实验测定的。p=d d.d 偶极矩偶极矩 分子构型分子构型dp+d-dOHHddd-OOCd-dd-2. 分子的变形性和极化率分子的变形性和极化率(1) 非极性分子非极性分子分子的分子的变形性变形性：分子在外电场的作用下，其核与：分子在外电场的作用下，其核与 电子云产生相对位移的性质，称电子云产生相对位移的性质，称 为分子的变形性。为分子的变形

39、性。变形极化变形极化：非极性分子的正、负电荷中心在电场：非极性分子的正、负电荷中心在电场 影响下互相分离，产生偶极，此过程影响下互相分离，产生偶极，此过程 称为分子变形极化称为分子变形极化。诱导偶极诱导偶极：非极性分子由变形极化所形成的偶极，：非极性分子由变形极化所形成的偶极， 称为诱导偶极。称为诱导偶极。P诱导诱导 = a a E极化率极化率(a a)：比例常数：比例常数a a称为分子的诱导极化率。称为分子的诱导极化率。+(a)+(b)(2)极性分子极性分子固有偶极固有偶极(永久偶极永久偶极)：极性分子：极性分子本本 身的这种偶极称为极性分子的身的这种偶极称为极性分子的固有偶极。固有偶极。定

40、向极化定向极化：在外电场作用下，其：在外电场作用下，其正、负极转向，按电场方向排列，正、负极转向，按电场方向排列，这种现象称为定向极化。这种现象称为定向极化。取向极化取向极化：被极化的分子排成：被极化的分子排成异极相邻的状态，固有偶极进异极相邻的状态，固有偶极进一步被拉大，这一过程称为取一步被拉大，这一过程称为取向极化。向极化。+(a)(b)+(c)3. 分子间力分子间力-色散力、诱导力、取向力色散力、诱导力、取向力(1)色散力色散力:非极性分子之间的作用力；所有分子之间。非极性分子之间的作用力；所有分子之间。a. 瞬时偶极：某些非极性分子会产生瞬时的偶极，当两个分子瞬时偶极：某些非极性分子会

41、产生瞬时的偶极，当两个分子 相互靠近时，这种瞬时偶极也会诱导邻近的分子相互靠近时，这种瞬时偶极也会诱导邻近的分子 产生瞬时偶极。产生瞬时偶极。b. 色散力：非极性分子靠瞬时偶极相互吸引在一起，形成异极色散力：非极性分子靠瞬时偶极相互吸引在一起，形成异极 相邻的状态时的作用力。色散力存在于一切分子之相邻的状态时的作用力。色散力存在于一切分子之 间。如：间。如：X2 ; +1）分子量愈大，色散力愈大；分子量愈大，色散力愈大；2）相同组成时，线性分子的色散力较大。如：正戊烷，相同组成时，线性分子的色散力较大。如：正戊烷，bp=36.1 C. 而而(CH3)4C, bp=9.5 C. (2)诱导力：诱

42、导力：非极性分子和极性分子之间的作用力、非极性分子和极性分子之间的作用力、 极性分子间极性分子间 非极性分子由于受到极性分子固有偶极电场的影非极性分子由于受到极性分子固有偶极电场的影响使其正、负电荷中心发生位移，从而产生诱导偶极，响使其正、负电荷中心发生位移，从而产生诱导偶极，这种固有偶极与诱导偶极之间的相互作用力称为诱导这种固有偶极与诱导偶极之间的相互作用力称为诱导力。力。 此时分子间仍存在着色散力。此时分子间仍存在着色散力。+(3)取向力：取向力：极性分子之间的作用力。极性分子之间的作用力。 极性分子相互靠近时，分子之间不仅存在色散力极性分子相互靠近时，分子之间不仅存在色散力和诱导力，而且

43、极性分子本身的固有偶极会使它们产和诱导力，而且极性分子本身的固有偶极会使它们产生同性相斥、异性相吸的作用，使极性分子在空间转生同性相斥、异性相吸的作用，使极性分子在空间转向成异极相邻的状态，并产生相互作用力，这种经分向成异极相邻的状态，并产生相互作用力，这种经分子在空间取向形成的作用力，称为取向力。子在空间取向形成的作用力，称为取向力。 表表2 .1 不同分子间的作用力不同分子间的作用力非极性分子间非极性分子间非极性与极性分子间非极性与极性分子间极性分子间极性分子间色散力色散力诱导力诱导力取向力取向力分子间作用力分子间作用力 (Intermolecular Forces)Type of int

44、eraction类型类型Typical energy(kJ/mol)作用力大小作用力大小Interacting species分子类型分子类型dipole-dipole取向力取向力03polar molecules 极性分子极性分子Induced-dipole诱导力诱导力01polar and nonpolar molecules 极性分子与非极极性分子与非极性分子之间性分子之间Dispersion色散力色散力825all types of molecules所有类型分子所有类型分子Hydrogen bonds 氢键氢键530N, O, F; the link is a shared H at

45、om化学键能约为：化学键能约为：100600 (kJ/mol-1) 色散力：存在于所有分子之间；色散力：存在于所有分子之间；分子间力分子间力 诱导力：非极性和极性分子之间、极性分子之间；诱导力：非极性和极性分子之间、极性分子之间； 取向力：极性分子之间。取向力：极性分子之间。 4. 分子间力对物质物理性质的影响分子间力对物质物理性质的影响(1) 熔、沸点：熔、沸点：一般来讲，结构相似的同系列物质分子量越大，一般来讲，结构相似的同系列物质分子量越大， 分子变形性越大，分子间力就越强，物质的熔、分子变形性越大，分子间力就越强，物质的熔、 沸点也就越高，如卤素、稀有气体，随着分子量沸点也就越高，如卤

46、素、稀有气体，随着分子量 的增大其熔、沸点升高。见的增大其熔、沸点升高。见P78 图图2-4-8。(2) 溶解性：溶解性：“相似相溶相似相溶”-极性相似可溶解。极性相似可溶解。(3) 硬度：硬度：极性小，硬度小。极性小，硬度小。取向力、诱导力和色散力统称范德华力，具有以下的共取向力、诱导力和色散力统称范德华力，具有以下的共性：性： a ) 永远存在于分子之间；永远存在于分子之间； b ) 力的作用很小；力的作用很小； c ) 无方向性和饱和性；无方向性和饱和性； d ) 是近程力，是近程力，F 1 / r7； e ) 经常是以色散力为主。经常是以色散力为主。 He、Ne、Ar、Kr、Xe 从左

47、到右原子半径（分子半径）从左到右原子半径（分子半径）依次增大，变形性增大，色散力增强，分子间结合力依次增大，变形性增大，色散力增强，分子间结合力增大，故增大，故b. p. 依次增高。可见，范德华力的大小与物质的依次增高。可见，范德华力的大小与物质的 m. p. ，b. p. 等物理性质有关。等物理性质有关。2.4.2 氢键氢键 1.氢键的形成氢键的形成 ，(1) 形成形成：当氢原子与电负性很大的原子：当氢原子与电负性很大的原子(如半径小的如半径小的F、O、N)形成共价型氢化物时，由于原子间共用电子间形成共价型氢化物时，由于原子间共用电子间的强烈偏移，使氢原子好似一个的强烈偏移，使氢原子好似一个“质子质子”，这个，这个“质质子子”就与附近带有部分负电荷的就与附近带有部分负电荷的 原子靠近产生静电原子靠近产生静电引力，这样氢键就形成了。引力，这样氢键就形成了。 (2) 定