普通化学第三章分子结构

1、 分子（分子（moleculemolecule）是保持物质）是保持物质化学性质化学性质的的 最小微粒，最小微粒， 是物质参与化学反应的基本单是物质参与化学反应的基本单 元。研究分子内部原子与原子的结合力、元。研究分子内部原子与原子的结合力、 分子的空间构型以及分子间作用力等，对分子的空间构型以及分子间作用力等，对 了解物质性质，探求化学反应基本规律具有了解物质性质，探求化学反应基本规律具有 重要意义。重要意义。离子键与离子型化合物离子键与离子型化合物1 1共价键共价键2 2分子和离子极化分子和离子极化3 3分子间力和氢键分子间力和氢键4 4什么是化学键什么是化学键2Na (s) 2Na (s)

2、 + + ClCl2 2(g) (g) 2NaCl (s)2NaCl (s) 颜色颜色状态状态导电性导电性通电下通电下银灰色银灰色 黄绿色黄绿色 无色无色 固体固体 气体气体 晶体晶体 极强极强 极弱极弱 极弱，熔融导电极弱，熔融导电 无变化无变化 无变化无变化 熔融下反应逆转熔融下反应逆转 Pauling LPauling L在在The Nature of The Chemical BondThe Nature of The Chemical Bond中提出了用得最广泛的化学键定义：中提出了用得最广泛的化学键定义：如果如果两个原子（或原子两个原子（或原子团）团）之间的之间的作用力强得足以形成

3、足够稳定的、可被化学家看作用力强得足以形成足够稳定的、可被化学家看作独立分子物种的聚集体作独立分子物种的聚集体，它们之间就存在，它们之间就存在化学键化学键。简单地。简单地说，化学键是指说，化学键是指分子内部原子之间的强相互作用力分子内部原子之间的强相互作用力。不同的外在性质反映了不同的内部结构不同的外在性质反映了不同的内部结构各自内部的结合力不同各自内部的结合力不同第一节第一节 离子键和离子型化合物离子键和离子型化合物（1 1）当容易失去电子的金属原子与容易得到电）当容易失去电子的金属原子与容易得到电子的非金属原子互相靠近时，金属原子失去电子子的非金属原子互相靠近时，金属原子失去电子形成正电荷

4、的阳离子，非金属原子获得电子形成形成正电荷的阳离子，非金属原子获得电子形成带负电荷的阴离子。带负电荷的阴离子。1 1 离子键理论离子键理论ClClClCl（2 2）带有正负电荷的阴阳离子在静电作用下，）带有正负电荷的阴阳离子在静电作用下，相互吸引，相互靠近。在靠近的同时，离子和原相互吸引，相互靠近。在靠近的同时，离子和原子核间的排斥作用力增加，子核间的排斥作用力增加，当吸引力和排斥力相当吸引力和排斥力相等时，整个体系能量降到最低等时，整个体系能量降到最低，阴阳离子间就形，阴阳离子间就形成了稳定的化学键。成了稳定的化学键。离子键和离子型化合物离子键和离子型化合物 电负性较小的活泼金属易失电子，电

5、负性较大的电负性较小的活泼金属易失电子，电负性较大的活泼非金属易失电子，电负性相差较大（通常认为活泼非金属易失电子，电负性相差较大（通常认为1.71.7）的两个元素的原子相遇时，就会发生电子的两个元素的原子相遇时，就会发生电子的转移而形成正、负离子，的转移而形成正、负离子，正负离子通过静电作用形正负离子通过静电作用形成离子键成离子键。 成键两原子电负性差值越大，键的离子性越强，成键两原子电负性差值越大，键的离子性越强，反之，离子性越弱。反之，离子性越弱。 离子键：正、负离子间通过静电作用而形离子键：正、负离子间通过静电作用而形成的化学键。成的化学键。- - 一种作用力（静电）一种作用力（静电）

6、 由离子键形成的化合物为由离子键形成的化合物为离子型化合物离子型化合物。离子键和离子型化合物离子键和离子型化合物2 2 离子键特点离子键特点1 1 离子键的离子键的本质是静电作用本质是静电作用。f f = =q q+ +q q- -R R2 22 2 离子键离子键没有方向性没有方向性（电荷球形对称分布）（电荷球形对称分布）3 3 离子键离子键没有饱和性没有饱和性（空间许可）（空间许可）4 4 键的离子性键的离子性与元素电负性有关与元素电负性有关 一般说来，正负离子所带的电荷越高，半径越小，一般说来，正负离子所带的电荷越高，半径越小，形成的离子键越强。形成的离子键越强。离子键和离子型化合物离子键

7、和离子型化合物离子键和离子型化合物离子键和离子型化合物NaClU= 786.5 kJmol-1离子键和离子型化合物离子键和离子型化合物CsCl离子键的强弱可用晶格能来度量。离子键的强弱可用晶格能来度量。 晶格能定义为：彼此分离的气态阳、阴离子生成晶格能定义为：彼此分离的气态阳、阴离子生成1mol1mol的固态离子晶体化合物时的固态离子晶体化合物时放出的热量，放出的热量，以符以符号号 U U 表示表示. .晶格能的绝对值越大（代数值越小），形成晶体晶格能的绝对值越大（代数值越小），形成晶体时放出的热量越多，说明离子键越强，晶体稳定时放出的热量越多，说明离子键越强，晶体稳定性越大。性越大。 晶格能

8、大小与离子晶体的类型、离子的电荷及晶格能大小与离子晶体的类型、离子的电荷及离子半径有关。离子半径有关。晶格能晶格能离子键和离子型化合物离子键和离子型化合物同类型晶格晶体，半径、电荷不同，则晶格能不同同类型晶格晶体，半径、电荷不同，则晶格能不同同类型晶格晶体，半径越小、电荷越大，同类型晶格晶体，半径越小、电荷越大，晶格能越大，则离子间结合力越强，晶晶格能越大，则离子间结合力越强，晶体的熔点越高，硬度越大。体的熔点越高，硬度越大。正离子的电荷数就是相应原子失去的电子数。正离子的电荷数就是相应原子失去的电子数。+1+1，+2+2，最高，最高+3+3，+4+4。（通常为金属原子所形成）。（通常为金属原

9、子所形成）负离子的电荷数就是相应原子获得的电子数。一般负离子的电荷数就是相应原子获得的电子数。一般-1-1、-2-2、-3-3、-4-4多为含氧酸根或配离子的电荷。多为含氧酸根或配离子的电荷。（通常由非金属原子所形成）（通常由非金属原子所形成）3 3 离子的特征离子的特征a a 离子的电荷和电子构型离子的电荷和电子构型离子键和离子型化合物离子键和离子型化合物负离子：简单负离子的最外电子层通常是负离子：简单负离子的最外电子层通常是8 8电子构型或电子构型或者说通常是惰性气体元素的电子构型。者说通常是惰性气体元素的电子构型。正离子随元素在周期表中的不同位置显示出构型的多正离子随元素在周期表中的不同

10、位置显示出构型的多样性：样性： 2 2电子构型电子构型： 1 1s s2 2 LiLi+ +,Be,Be2+ 2+ 8 8电子构型电子构型： nsns2 2npnp6 6 NaNa+ +,Mg,Mg2+2+,AI,AI3+3+等等 1818电子构型电子构型： nsns2 2npnp6 6ndnd10 10 AgAg+ +,Zn,Zn2+2+,Cd,Cd2+2+等等 18+218+2电子构型电子构型:(:(n-1)sn-1)s2 2(n-1)p(n-1)p6 6(n-1)d(n-1)d1010nsns2 2 PbPb2+2+,Sn,Sn2+2+,Bi,Bi3+3+等（含惰性电子对，外层等（含惰性

11、电子对，外层P P轨道失电子）轨道失电子） 9-179-17电子构型电子构型：nsns2 2npnp6 6ndnd1-9 1-9 CrCr3+3+,Mn,Mn2+ 2+ 等等( (多数为过多数为过渡元素）渡元素）离子键和离子型化合物离子键和离子型化合物 在离子电荷和半径大致相同的条件下，不同构型在离子电荷和半径大致相同的条件下，不同构型的正离子对同种负离子的结合力的大小是：的正离子对同种负离子的结合力的大小是： 18 18或或18+218+2电子构型的离子电子构型的离子9-179-17电子构型的离子电子构型的离子8 8电子构型的离子电子构型的离子 CuCl NaCl CuCl NaCl r r

12、+ + /pm 96 95/pm 96 95 溶解性溶解性 难难 易易离子键和离子型化合物离子键和离子型化合物（1 1） 同一元素同一元素 阴离子半径阴离子半径 原子半径阳离子半径原子半径阳离子半径（2 2） 同一元素同一元素， 阳离子价态越高，半径越小，阳离子价态越高，半径越小， r r（FeFe3+3+) )r r（FeFe2+2+) )； 阴离子价态越高，半径越大，阴离子价态越高，半径越大，r r（O O2-2-) ) r r（O O- -) )。（3 3） 同一周期的主族元素同一周期的主族元素，自左而右，阳离子电荷，自左而右，阳离子电荷 越多，半径越小，越多，半径越小，r (Nar (

13、Na+ +) )r(Mgr(Mg2+2+) )r(Alr(Al3+3+) )； 阴离子电荷越多，半径越大，阴离子电荷越多，半径越大， r (Nr (N3-3-) )r(Or(O2-2-) )r(Fr(F- -) )b b 离子的半径（离子的半径（仍为接触半径仍为接触半径）3 3 离子的特征离子的特征离子键和离子型化合物离子键和离子型化合物（4 4） 各主族元素各主族元素，自上而下，电荷数相同的离子，自上而下，电荷数相同的离子 半径依次增大，半径依次增大，LiLi+ +NaNa+ +K K+ +RbRb+ +CsCs+ +（5 5） 周期表中周期表中相邻族左上与右下斜对角线上相邻族左上与右下斜对

14、角线上的正的正 离子半径近似相等；离子半径近似相等； 如：如：r r（MgMg2+2+)=65 pm )=65 pm r r（LiLi+ +)= 60 pm )= 60 pm （6 6） 负离子半径一般较大，约负离子半径一般较大，约130-250 130-250 pmpm 正离子半径一般较小，约正离子半径一般较小，约10-170 10-170 pm.pm.离子键和离子型化合物离子键和离子型化合物 19161916年，年，Lewis G. NLewis G. N. . 提出元素原子通过共用电提出元素原子通过共用电子对达到稀有气体稳定结构而形成分子的八隅规则。子对达到稀有气体稳定结构而形成分子的八

15、隅规则。 两个原子通过两个原子通过共用电子对共用电子对的形式相互结合形成的的形式相互结合形成的化学键称为化学键称为共价键。共价键。 所涉及的每一对电子处于两个相邻原子之间为其所涉及的每一对电子处于两个相邻原子之间为其共享，用共享，用ABAB表示表示. .双键和叁键相应于两对或三对共享双键和叁键相应于两对或三对共享电子电子. . 第二节第二节 共价键共价键排斥态排斥态 基态基态 R0=87 pm共价键共价键自旋相自旋相同同自旋自旋相反相反H2分子的形成分子的形成1 1 价键理论价键理论(1)(1)电子配对原理电子配对原理：两原子接近时，：两原子接近时，仅外层轨道及电仅外层轨道及电 子参加作用子参

16、加作用，自旋相反的未成对价电子两两配对形成，自旋相反的未成对价电子两两配对形成共价键。共价键。(2)(2)能量最低原理能量最低原理：自旋相反的单电子配对后会放出：自旋相反的单电子配对后会放出能量，使体系能量降低。放出的能量越多，形成的能量，使体系能量降低。放出的能量越多，形成的共价键越稳定。共价键越稳定。共价键共价键(3)(3)轨道最大重叠原理轨道最大重叠原理：成键电子的原子轨道，在可：成键电子的原子轨道，在可能的范围内重叠越多，形成的共价键越牢固，分子能的范围内重叠越多，形成的共价键越牢固，分子越稳定。越稳定。 综上所述，综上所述，价键理论认为共价键是通过自旋相价键理论认为共价键是通过自旋相

17、反的单电子配对和原子轨道的最大重叠而形成的，反的单电子配对和原子轨道的最大重叠而形成的，使体系达到能量最低状态。使体系达到能量最低状态。共价键的本质是原子轨道的重叠。共价键的本质是原子轨道的重叠。共价键共价键（1 1）共价键结合力的本质是电性的）共价键结合力的本质是电性的 两个原子核对共用电子对形成的负电区域的吸引力。两个原子核对共用电子对形成的负电区域的吸引力。 共价键结合力：共价叁键共价双键共价单键共价键结合力：共价叁键共价双键共价单键（2 2）共价键的）共价键的饱和性饱和性 一个原子有几个未成对电子便可与几个自旋相反的单电子配一个原子有几个未成对电子便可与几个自旋相反的单电子配对成键。对

18、成键。稀有气体无单电子，原子间难成键，所以主要以稀有气体无单电子，原子间难成键，所以主要以单单原子分子原子分子的形式存在。的形式存在。（3 3）共价键的）共价键的方向性方向性 共价键将尽可能沿着原子轨道最大重叠的方向形成。共价键将尽可能沿着原子轨道最大重叠的方向形成。 2 2 共价键特征共价键特征共价键共价键3 3 共价键类型共价键类型 键键：两个原子轨道沿着键轴（两原子核间的连：两个原子轨道沿着键轴（两原子核间的连线）方向以线）方向以“头碰头头碰头”的方式发生轨道重叠形成的的方式发生轨道重叠形成的共价键叫做共价键叫做键。键。共价键共价键s-s s-s 、s-ps-p键的形成键的形成共价键共价

19、键特点特点：形成：形成键的电子称键的电子称键电子。键电子。轨道重叠部分对键轴呈圆柱形对称，轨道重叠部分对键轴呈圆柱形对称，成键两原子绕着键轴可相对任意旋成键两原子绕着键轴可相对任意旋转转。键重叠程度较大，键重叠程度较大，键能高，稳定键能高，稳定性好性好。 键键：两成键原子轨道以：两成键原子轨道以“肩并肩肩并肩”（相互平行）相互平行）的方式重叠形成的键。的方式重叠形成的键。 共价键共价键p-p p-p 键及键及键的对称性键的对称性共价键共价键特点：形成特点：形成键的电子称键的电子称键键电子。轨道的重叠部分对通过电子。轨道的重叠部分对通过键轴的平面呈反对称（分布在键轴的平面呈反对称（分布在对称面的

20、上下两侧，形状相同，对称面的上下两侧，形状相同，符号相反），符号相反），两原子不能相对两原子不能相对自由旋转自由旋转。 键重叠程度小，键能低于键重叠程度小，键能低于键，键，稳定性差稳定性差。含有。含有键的物键的物质化学性质活泼，易参加化学质化学性质活泼，易参加化学反应。反应。 分子中共价键分子中共价键必有必有键键，键不能单独存在键不能单独存在，只能和只能和键一起存在。键一起存在。共价双键：一个共价双键：一个键，一个键，一个键。键。共价三键：一个共价三键：一个键，两个键，两个键。键。N N2 2的三键的三键N NN N y y z z1 1s s 2 2s s 2 2p p共价键共价键共价键共价

21、键3 3 键参数键参数（1 1） 键键 能能 键能：断开气态分子键能：断开气态分子1 mol1 mol化学键生成气态原子时化学键生成气态原子时所需要的能量，用所需要的能量，用E E表示。表示。氢分子中共价键键能氢分子中共价键键能H H2 2(g) (g) 2H 2H(g) (g) E EH-HH-H=436 kJ=436 kJmolmol-1-1; ; 氨分子中氨分子中N-HN-H键的键能键的键能 NHNH3 3(g) (g) NHNH2 2(g) (g) + H+ H(g) (g) E E1 1=435 kJ=435 kJmolmol-1-1 ；NHNH2 2(g) (g) NH(g) NH

22、(g) + H+ H(g) (g) E E2 2=397.5 kJ=397.5 kJmolmol-1-1 ；NH(g) NH(g) N(g) N(g) + H+ H(g) (g) E E3 3=338.9 kJ=338.9 kJmolmol-1-1N-HN-H键平均键能键平均键能E EN-HN-H= =（E E1 1+ +E E2 2+ +E E3 3）/3 =390.5 kJ/3 =390.5 kJmolmol- -1 1共价键共价键对双原子分子：离解能对双原子分子：离解能 = = 键能键能对多原子分子：键能指平均键能对多原子分子：键能指平均键能 键能是表征共价键强弱的物理量之一。键能是表征

23、共价键强弱的物理量之一。 键能的大小反映了共价键的稳定性。键能的大小反映了共价键的稳定性。 键能越大，说明破坏该键需要的能量越键能越大，说明破坏该键需要的能量越多，键越牢固，分子越稳定。多，键越牢固，分子越稳定。共价键共价键（2 2） 键键 长长 键长：分子中两个原子核间的平衡距离键长：分子中两个原子核间的平衡距离 两原子间形成的两原子间形成的键越短键越短，表示键越强、越牢固表示键越强、越牢固。共价键共价键（3 3） 键键 角角 键角：分子中键与键之间的夹角。键角：分子中键与键之间的夹角。 键角是反映分子键角是反映分子空间结构空间结构的重要因素。知道了分子的重要因素。知道了分子 中所有键长和键

24、角，就可确定分子的几何构型。中所有键长和键角，就可确定分子的几何构型。 CO CO2 2 ，键长键长116.2 116.2 pm,pm,键角键角180180，直线型。，直线型。O OC CO O1 11 16 6. .2 2p pm m1 18 80 0共价键共价键NHNH3 3：键长键长101.9101.9pmpm，键角键角1071071818，三角锥型。，三角锥型。共价键共价键CHHHHHHH NHHO10109 9282810107 7181810104 44545共价键共价键 非极性共价键：非极性共价键：成键两原子对成键两原子对成键电子吸引相同，电子对位成键电子吸引相同，电子对位于两原

25、子核中间，正负电荷中于两原子核中间，正负电荷中心重合。心重合。 极性共价键：极性共价键：成键两原子电负成键两原子电负性不同，对共用电子对吸引不性不同，对共用电子对吸引不同，正负电荷中心不重合。同，正负电荷中心不重合。 极性大小由成键两原子极性大小由成键两原子电负性电负性的差值的差值决定，电负性差值越大，成决定，电负性差值越大，成键电子对偏移越大，键极性越强。键电子对偏移越大，键极性越强。（4 4） 键的极性键的极性共价键共价键21:46CHCH4 4CHCH2 22s2s2p2p2s2s2p2pH H2 2O O键角键角9090度度价键理论的局限性价键理论的局限性共价键共价键4 4 杂化轨道理

26、论杂化轨道理论（1 1）杂化和杂化轨道）杂化和杂化轨道 同一原子同一原子中中能量相近能量相近的某些原子轨道，在成键的某些原子轨道，在成键过程中，重新组合成一组新的轨道，这一轨道重新组过程中，重新组合成一组新的轨道，这一轨道重新组合的过程称为合的过程称为“杂化杂化”。经过。经过杂化后得到的新的平均杂化后得到的新的平均化化的轨道叫的轨道叫“杂化轨道杂化轨道”。共价键共价键（2 2）杂化轨道理论基本要点）杂化轨道理论基本要点a a 在原子形成分子的过程中，能量相近的不在原子形成分子的过程中，能量相近的不同类型的轨道可以相互混合，重新组合（同类型的轨道可以相互混合，重新组合（杂杂化化）形成新的原子轨道

27、（）形成新的原子轨道（杂化轨道杂化轨道）。）。b b 杂化前后杂化前后轨道数目不变轨道数目不变，新形成的几个杂，新形成的几个杂化轨道能量相同。化轨道能量相同。但杂化前后轨道能量发生但杂化前后轨道能量发生变化。变化。c c 杂化轨道的杂化轨道的形状发生变化形状发生变化，有利于更有效，有利于更有效的重叠，成键能力更强。的重叠，成键能力更强。d d 杂化轨道的杂化轨道的伸展方向也发生了变化伸展方向也发生了变化，杂化，杂化轨道在空间取轨道在空间取最大夹角最大夹角，排斥力最小，体系，排斥力最小，体系能量最低。能量最低。共价键共价键总之，杂化后的原子轨道改总之，杂化后的原子轨道改变了变了轨道能量发生变化轨

28、道能量发生变化轨道形状发生变化轨道形状发生变化轨道伸展方向发生变化轨道伸展方向发生变化更有利于成键更有利于成键共价键共价键（3 3）杂化轨道类型与分子构型）杂化轨道类型与分子构型a spa sp杂化杂化 同一原子内，由同一原子内，由1 1个个nsns轨道轨道与与1 1个个npnp轨道轨道发生杂化，发生杂化，杂化后形成杂化后形成2 2个个spsp杂化轨道。杂化轨道。 每个每个spsp杂化轨道中含有杂化轨道中含有1/2s1/2s成分和成分和1/21/2的的p p成分。成分。 形状形状：一头大，一头小。：一头大，一头小。 两个两个spsp杂化轨道间的夹角杂化轨道间的夹角为为180180，几何构型为几

29、何构型为直直线形。线形。共价键共价键SP杂化杂化BeCl2BeCl2: 直线型，键角直线型，键角180度，度，Cl-Be-Cl2s2p激发激发2p2s2pSpSp杂化杂化SP杂化轨道杂化轨道Be共价键共价键S轨道轨道P轨道轨道SP轨道轨道BeCl2分子形成示意图分子形成示意图Be的的SP杂化轨道杂化轨道Cl的的P轨道轨道Cl的的P轨道轨道BeClBeCl 常见的常见的sp杂化物质：杂化物质：CO2、HgCl2、有机化合物中参键两、有机化合物中参键两端的端的C原子（炔烃）原子（炔烃）共价键共价键SP轨道轨道共价键共价键b spb sp2 2杂化杂化 同一原子内，由同一原子内，由1 1个个nsns

30、轨道与轨道与2 2个个npnp轨道发生杂化，轨道发生杂化，杂化后形成杂化后形成3 3个个spsp2 2杂化轨道。杂化轨道。 每个每个spsp2 2杂化轨道中含有杂化轨道中含有1/3s1/3s成分和成分和2/32/3的的p p成分成分. . 两个两个spsp2 2杂化轨道间的夹角为杂化轨道间的夹角为120120，几何构型为几何构型为平面三角形。平面三角形。共价键共价键SP2杂化杂化BF3BF3: 平面型，键角平面型，键角120度度2s2p激发激发2s2pSP2杂化轨道杂化轨道SP2杂化杂化共价键共价键SPSP2 2杂化杂化共价键共价键BFBF3 3分子分子F FF FF FBFBF3 3常见的常

31、见的spsp2 2杂化物质有：杂化物质有：BBrBBr3 3、NONO3 3- -、COCO3 32-2-和有机物和有机物中的双键两端的中的双键两端的C C原子（稀烃）原子（稀烃）共价键共价键c spc sp3 3杂化杂化 同一原子内，由同一原子内，由1 1个个nsns轨道与轨道与3 3个个npnp轨道发生杂化，轨道发生杂化，杂化后形成杂化后形成4 4个个spsp3 3杂化轨道。杂化轨道。 每个每个spsp3 3杂化轨道中含有杂化轨道中含有1/4s1/4s成分和成分和3/43/4的的p p成分。成分。 每两个每两个spsp3 3杂化轨道间的夹角为杂化轨道间的夹角为1091092828，杂化，杂

32、化轨道的几何构型为轨道的几何构型为四面体。四面体。共价键共价键SP3杂化杂化CH4CH4: 正四面体型，键角正四面体型，键角109 28。2s2p激发激发2s2pSP3杂化轨道杂化轨道SP3杂化杂化共价键共价键S41P43SPSP3 3杂化杂化共价键共价键CHCH4 4的形成的形成常见的常见的spsp3 3杂化物质有：杂化物质有：NHNH3 3、H H2 2O O和有机物中的烷烃。和有机物中的烷烃。共价键共价键d d 等性杂化和不等性杂化等性杂化和不等性杂化等性杂化等性杂化：由不同类型的原子轨道重新组合成一组成：由不同类型的原子轨道重新组合成一组成分完全相同，能量相等，轨道形状及空间伸展方向完

33、分完全相同，能量相等，轨道形状及空间伸展方向完全等同的杂化轨道。全等同的杂化轨道。不等性杂化不等性杂化：杂化轨道中有不参加成键的孤电子对存：杂化轨道中有不参加成键的孤电子对存在，而形成不完全等同的杂化轨道。在，而形成不完全等同的杂化轨道。共价键共价键H H2 2O O 的不等性的不等性spsp3 3杂化过程及结构杂化过程及结构H H2 2O O2 2p p2s2sspsp3 3杂化杂化spsp3 3O-HO-H轨道夹角轨道夹角1041044545共价键共价键NHNH3 3spsp3 3杂化杂化N-HN-H轨道夹角轨道夹角10710718182 2s 2ps 2pspsp3 3NHNH3 3的不

34、等性的不等性spsp3 3杂化过程及结构杂化过程及结构 小小 结结 杂化杂化类型类型参与杂化轨道参与杂化轨道杂化轨道杂化轨道所含成分所含成分夹角夹角几何几何构型构型分子空间构型分子空间构型实例实例SPSP1 1个个S S和和1 1个个P(P(形成形成2 2个个SPSP杂化轨道杂化轨道) )1801800 0直线直线型型 直线型直线型 BAB BABBeClBeCl2 2, ,HgClHgCl2 2,C,CO O2 2SPSP2 21 1个个S S和和2 2个个P(P(形成形成3 3个个SPSP2 2杂化轨道杂化轨道) )120 120 0 0平面平面三角三角形形 等性等性SPSP2 2 孤孤=

35、0 =0 三角形三角形 不等性不等性SPSP2 2 孤孤=1 V =1 V 形形BFBF3 3, ,NONO- -3 3 SOSO2 2, ,NONO2 2 SPSP3 31 1个个S S和和3 3个个P(P(形成形成4 4个个SPSP3 3杂化轨道杂化轨道) )1091090 0 2828四面四面体体( (正正) ) 等性等性SPSP3 3 孤孤=0 =0 四面体四面体 不等性不等性SPSP3 3 孤孤=1 =1 三角锥三角锥 孤孤=2 V =2 V 形形CHCH4 4NHNH3 3H H2 2O OS21P21S31P32S41P43第三节第三节 极化、分子间作用力和氢键极化、分子间作用力

36、和氢键一、分子的极性和极化一、分子的极性和极化1 1 分子的极性分子的极性 非极性分子非极性分子：分子中的正、负电荷中心重合。：分子中的正、负电荷中心重合。 极性分子极性分子：分子中的正、负电荷中心不重合。：分子中的正、负电荷中心不重合。2 2 分子极性与键极性的关系分子极性与键极性的关系 双原子分子双原子分子 键无极性，分子无极性。键无极性，分子无极性。X X2 2 键有极性，分子有极性。键有极性，分子有极性。HXHX 多原子分子多原子分子的极性主要取决于分子的几何构型。的极性主要取决于分子的几何构型。 几何构型对称，正负电荷中心重合的为几何构型对称，正负电荷中心重合的为非极性分子非极性分子

37、 如：如：BFBF3 3 、COCO2 2、CHCH4 4 几何构型不对称，正负电荷中心不重合的为几何构型不对称，正负电荷中心不重合的为极性分子极性分子 如：如：H H2 2O O、NHNH3 3极化、分子间作用力和氢键极化、分子间作用力和氢键极化、分子间作用力和氢键极化、分子间作用力和氢键3 3 偶极矩偶极矩 分子中正负电荷中心所带电荷量分别为分子中正负电荷中心所带电荷量分别为+q+q和和-q-q，正负电荷中心距离为正负电荷中心距离为d d，两者乘积为，两者乘积为偶极矩偶极矩。 偶极矩偶极矩： = = q dq d，矢量，方向，矢量，方向: +- : +- 单位：单位： C Cm m（库仑（

38、库仑米）米） 体现分子极性强弱，体现分子极性强弱， 越大，分子极性越强。越大，分子极性越强。 =0=0，为非极性分子；，为非极性分子；00，为极性分子。，为极性分子。极化、分子间作用力和氢键极化、分子间作用力和氢键 HF HCl HBr HI HF HCl HBr HI /(10(10-30-30 C Cm m) ) 6.40 3.44 2.63 1.276.40 3.44 2.63 1.27偶极矩偶极矩常用来判断一个分子的空间结构。常用来判断一个分子的空间结构。 NH NH3 3：=4.90 =4.90 ；极性分子，三角锥形。极性分子，三角锥形。 BF BF3 3：=0=0；非极性分子，平面

39、三角形。非极性分子，平面三角形。极化、分子间作用力和氢键极化、分子间作用力和氢键+ +- -+ +- -+ +- -+ +_ _= =0 00 0无无外外电电场场有有外外电电场场+ +4 4 分子极化与极化作用分子极化与极化作用非极性分子非极性分子极性分子极性分子极化作用（极化力）极化作用（极化力）变形性变形性极化、分子间作用力和氢键极化、分子间作用力和氢键 永久偶极（固有偶极）：极性分子中固有的偶极。永久偶极（固有偶极）：极性分子中固有的偶极。 诱导偶极：在外电场诱导下所产生的偶极。诱导偶极：在外电场诱导下所产生的偶极。 瞬间偶极：某一瞬间，分子的正、负电荷重心瞬间偶极：某一瞬间，分子的正、

40、负电荷重心 发生不重合现象时所产生的偶极。发生不重合现象时所产生的偶极。5 5 三种常见偶极三种常见偶极极化、分子间作用力和氢键极化、分子间作用力和氢键+ +- -+ +- -+ +- -+ +_ _ = = 0 0 0 0无无 外外 电电 场场有有 外外 电电 场场 + + 即便没有外电场，分子中的正负电荷的空间分布即便没有外电场，分子中的正负电荷的空间分布事实上也是时时不重合的（重合的概率为零），事实上也是时时不重合的（重合的概率为零），任一瞬间都存在偶极矩任一瞬间都存在偶极矩。（1 1）色散力色散力: :极性分子与非极性分子之间瞬间偶极极性分子与非极性分子之间瞬间偶极与瞬间偶极间产生的作

41、用力。与瞬间偶极间产生的作用力。极化、分子间作用力和氢键极化、分子间作用力和氢键二、分子间作用力（二、分子间作用力（分子与分子间分子与分子间一种弱的相互作用力，为一种弱的相互作用力，为分子间距离的分子间距离的6 6次方，且随分子距离的增大而迅速减小，叫做范德华力。次方，且随分子距离的增大而迅速减小，叫做范德华力。）1 1 范德华力的类型范德华力的类型（2 2）诱导力诱导力: :非极性分子与极性分子之间诱导偶极非极性分子与极性分子之间诱导偶极与永久偶极间的相互作用力。与永久偶极间的相互作用力。+-+-+-非极性分子非极性分子 极性分子极性分子诱导偶极诱导偶极 永久偶极永久偶极极化、分子间作用力和

42、氢键极化、分子间作用力和氢键（3 3）取向力取向力: :极性分子中永久偶极间的相互作用力。极性分子中永久偶极间的相互作用力。极化、分子间作用力和氢键极化、分子间作用力和氢键 极性分子极性分子 与与 极性分子极性分子 偶极：永久偶极、诱导偶极、瞬间偶极偶极：永久偶极、诱导偶极、瞬间偶极 作用力：取向力、诱导力、色散力作用力：取向力、诱导力、色散力 极性分子极性分子 与与 非极性分子非极性分子 偶极：永久偶极、诱导偶极、瞬间偶极偶极：永久偶极、诱导偶极、瞬间偶极 作用力：诱导力、色散力作用力：诱导力、色散力 非极性分子非极性分子 与与 非极性分子非极性分子 偶极：瞬间偶极偶极：瞬间偶极 作用力：色

43、散力作用力：色散力2 2 分子间作用力的类型分子间作用力的类型极化、分子间作用力和氢键极化、分子间作用力和氢键3 3 范德华力的特点范德华力的特点 存在于分子或原子存在于分子或原子( (稀有气体稀有气体) )间的一种电性作用间的一种电性作用 力（静电作用），没有方向性和饱和性；力（静电作用），没有方向性和饱和性； 是一种弱的相互作用，作用能小；是一种弱的相互作用，作用能小； 近程力，作用范围小；近程力，作用范围小； 一般情况下色散力是分子间主要作用力（一般情况下色散力是分子间主要作用力（H H2 2O O除除外），诱导力较小，比较分子间作用力时，按照色散外），诱导力较小，比较分子间作用力时，按

44、照色散力、取向力、诱导力的顺序。力、取向力、诱导力的顺序。极化、分子间作用力和氢键极化、分子间作用力和氢键 F F2 2 CICI2 2 Br Br2 2 I I2 2聚集态聚集态 气气 气气 液液 固固熔点熔点/ /K 53.38 172.02 265.92 386.5K 53.38 172.02 265.92 386.5沸点沸点/ /K K 84.8684.86 238.95 331.76 457.35238.95 331.76 457.35稀有气体稀有气体He XeHe Xe水中溶解度水中溶解度SS。 随着分子间作用力的增加，物质的聚集状态由气随着分子间作用力的增加，物质的聚集状态由气态

45、趋于固态，物质的熔沸点逐渐升高，溶解度逐渐增态趋于固态，物质的熔沸点逐渐升高，溶解度逐渐增大。大。4 4 范德华力对物质物理性质的影响范德华力对物质物理性质的影响极化、分子间作用力和氢键极化、分子间作用力和氢键三、氢三、氢 键键极化、分子间作用力和氢键极化、分子间作用力和氢键1 1 氢键的形成氢键的形成 X-HYX-HY X X、Y-Y-代表电负性大半径小的原子，可相同，也可不同。代表电负性大半径小的原子，可相同，也可不同。形成条件：形成条件：X-X-电负性大电负性大, ,半径小半径小, ,与氢形成强极性键。与氢形成强极性键。 Y-Y-电负性大电负性大, ,半径小半径小, ,含孤电子对。含孤电

46、子对。 分子间氢键分子间氢键 分子内氢键分子内氢键H HO OO OH HH HH HH HN NO OO OO O H H2 2O O分子间氢键分子间氢键 HNOHNO3 3分子内氢键分子内氢键极化、分子间作用力和氢键极化、分子间作用力和氢键极化、分子间作用力和氢键极化、分子间作用力和氢键方向性方向性：X-HYX-HY，尽量在同一直线上（为了减少尽量在同一直线上（为了减少X X、Y Y之之间的斥力，应使间的斥力，应使X-HY X-HY 之间键角尽可能接近之间键角尽可能接近180180度）。度）。饱和性饱和性：一个：一个H H只能与一个只能与一个Y Y结合（原因：结合（原因：H H与与Y Y形

47、成氢键形成氢键时，由于时，由于H H原子小，使得原子小，使得XYXY原子彼此靠近，如此时有第原子彼此靠近，如此时有第三个电负性大的原子试图接近时，由于受到三个电负性大的原子试图接近时，由于受到X X、Y Y的斥力的斥力而最终难于接近。）。而最终难于接近。）。2 2 氢键的特点氢键的特点极化、分子间作用力和氢键极化、分子间作用力和氢键 氢键键能氢键键能42 42 kJkJmolmol-1-1，数值小于共价键，比，数值小于共价键，比分子间作用力大，但仍比较小，故不看作化学键，而分子间作用力大，但仍比较小，故不看作化学键，而看作有方向性的分子间力；又因为其具备饱和性和方看作有方向性的分子间力；又因为

48、其具备饱和性和方向性（与化学键类似），故称之为氢键。向性（与化学键类似），故称之为氢键。键长比共价键大得多。键长比共价键大得多。X X、Y Y的电负性越大，半径越小，氢键越强。的电负性越大，半径越小，氢键越强。 FHFFHFOHOOHOOHNOHNNHNNHNOOHClHCl3 3 氢键的强度氢键的强度极化、分子间作用力和氢键极化、分子间作用力和氢键（1 1）物质的熔点和沸点）物质的熔点和沸点 分子间有氢键者分子间有氢键者, ,熔、沸点高熔、沸点高, ,如如H H2 2O O、NHNH3 3、HFHF的的沸点要比邻近同族氢化物的高。形成分子内氢键相反沸点要比邻近同族氢化物的高。形成分子内氢键相

49、反（内氢键减小了分子间力）。（内氢键减小了分子间力）。 4 4 氢键对物质性质的影响氢键对物质性质的影响极化、分子间作用力和氢键极化、分子间作用力和氢键（2 2）物质的溶解性）物质的溶解性 溶质与溶剂分子间形成氢键，溶质溶解度增大溶质与溶剂分子间形成氢键，溶质溶解度增大（即（即分子间能形成氢键的物质易于互相溶解分子间能形成氢键的物质易于互相溶解相似相相似相溶原理溶原理），如），如NHNH3 3、HFHF在水中溶解度很大，乙醇和水以在水中溶解度很大，乙醇和水以任意比互溶任意比互溶; ; 溶质自身形成分子内氢键，则溶解度降低（自成溶质自身形成分子内氢键，则溶解度降低（自成一体的后果）。一体的后果）

50、。 S(NaHCO S(NaHCO3 3) ) S(Na S(Na2 2COCO3 3) )。4 4 氢键对物质性质的影响氢键对物质性质的影响极化、分子间作用力和氢键极化、分子间作用力和氢键四、离子极化四、离子极化极化作用极化作用变形性变形性主要表主要表现极化现极化力力主要表主要表现变形现变形性性1 1 离子的极化作用离子的极化作用2 2 离子的极化力离子的极化力 影响极化作用强弱的因素有：影响极化作用强弱的因素有：离子电荷、离子半离子电荷、离子半径和离子外层电子构型径和离子外层电子构型。A A 正离子电荷越高，半径越小，极化作用越强；正离子电荷越高，半径越小，极化作用越强； AIAI3+3+

51、MgMg2+ 2+ NaNa+ +B B 外层电子构型相似，电荷相等时，半径越小时极化外层电子构型相似，电荷相等时，半径越小时极化作用越强；作用越强；LiLi+ +NaNa+ + K K+ + ; Mg; Mg2+2+CaCa2+ 2+ ; AI; AI3+ 3+ GaGa3+3+C C 电荷相同，半径相近时（电荷相同，半径相近时（NaNa+ +,Cu,Cu+ +) )，极化力大小主要，极化力大小主要取决于电子构型。取决于电子构型。 (18+2),18,2 (18+2),18,2电子构型电子构型9-179-17电子构型电子构型8 8电子构型电子构型 离子的变形性主要决定于离子的变形性主要决定于

52、离子半径的大小离子半径的大小，还受，还受离子电荷和离子外层电子构型离子电荷和离子外层电子构型影响。影响。3 3 离子的变形性离子的变形性A A 构型相同时，一般阴离子比阳离子易变形；构型相同时，一般阴离子比阳离子易变形； O O2 2F F NeNeNaNa+ +MgMg2+2+AIAI3+3+SiSi4+4+B B 电子构型相同的离子电子构型相同的离子, ,半径越大半径越大, ,变形性越大；变形性越大； I I- - BrBr- - CICI- - F F- -、RbRb+ + K K+ + NaNa+ + LiLi+ + 阴离子电荷越多，变形性越大；阴离子电荷越多，变形性越大； O O2

53、2F F、 S S2 2ClCl 阳离子电荷越多，变形性越小；阳离子电荷越多，变形性越小；NaNa+ +MgMg2+2+AIAI3+ 3+ C C 阳离子半径相近电荷相同时，变形性由外层电子构型决定；阳离子半径相近电荷相同时，变形性由外层电子构型决定； (18+2),18 (18+2),18电子构型电子构型9-179-17电子构型电子构型8 8电子构型电子构型2 2电子构型电子构型 Ag Ag+ + K K+ + 、CuCu+ + NaNa+ + 、 HgHg2+ 2+ CaCa2+2+一些常见的复杂阴离子和简单阴离子的变形性顺序如下：一些常见的复杂阴离子和简单阴离子的变形性顺序如下：CIOC

54、IO4 4- -F F- -NONO3 3- -H H2 2O OOHOH- -CNCN- -CICI- -BrBr- - I I- - SOSO4 42-2-H H2 2O OCOCO3 32-2-O O2-2-S S2-2- 综上所述，综上所述，最易变形的是体积大的阴离子和最易变形的是体积大的阴离子和1818电子电子 及及9 9-17-17不饱和电子构型的少电荷阳离子；不饱和电子构型的少电荷阳离子； 最不易变形的是半径小，电荷高的稀有气体型阳离最不易变形的是半径小，电荷高的稀有气体型阳离子。子。极化作用极化作用变形性变形性附加极化作用附加极化作用4 4 附加极化作用附加极化作用5 5 离子

55、的极化对物质结构和性质的影响离子的极化对物质结构和性质的影响（1 1）极化作用对键型的影响）极化作用对键型的影响 离子极化作用越强，形成的化学键中离子性成离子极化作用越强，形成的化学键中离子性成分越少，共价键成分越多。分越少，共价键成分越多。 AgF AgCI AgBr AgIAgF AgCI AgBr AgI 键键 型型 离子键离子键 过渡键过渡键 过渡键过渡键 共价键共价键理论键长理论键长/ /pm 246 294 309 333pm 246 294 309 333实测键长实测键长/ /pmpm 246 277 28 246 277 289 2819 281 差差 值值 0 17 20 5

56、20 17 20 52离子相互极化的增强离子相互极化的增强键的极性增大键的极性增大理想离子键理想离子键（无极化）（无极化）基本上是离子键基本上是离子键（轻微极化）（轻微极化）过渡键型过渡键型（较强极化）（较强极化）基本上是共价键基本上是共价键（强烈极化）（强烈极化）（2 2）离子极化对晶体构型的影响）离子极化对晶体构型的影响 对对ABAB型离子晶体，离子极化作用越显著，型离子晶体，离子极化作用越显著，实际半径实际半径比理论值减小得越多比理论值减小得越多。 AgX: AgX:理论上为理论上为NaClNaCl型，实际型，实际AgIAgI为为ZnSZnS型。型。（3 3）离子极化对热稳定性的影响）离

57、子极化对热稳定性的影响 离子间极化作用越强，物质热稳定性越差。离子间极化作用越强，物质热稳定性越差。 BeCO BeCO3 3 MgCO MgCO3 3 CaCO CaCO3 3 分解温度分解温度K 373 813 1170K 373 813 1170（4 4）离子极化对物质熔点的影响）离子极化对物质熔点的影响 离子间极化作用越强，物质的熔点沸点越低。离子间极化作用越强，物质的熔点沸点越低。（5 5）离子极化对物质溶解度的影响）离子极化对物质溶解度的影响 BeCl BeCl2 2 MgCl MgCl2 2 CaCl CaCl2 2 HgCl HgCl2 2M M2+2+半径半径 34 78 1

58、05 112 34 78 105 112熔点熔点 410 714 782 276 410 714 782 276 离子的相互极化离子的相互极化，导致离子间距离的缩短和轨，导致离子间距离的缩短和轨道重叠，由离子键道重叠，由离子键共价键，所以共价键，所以溶解度溶解度(S)(S)降低降低。 AgFAgF AgCIAgCI AgBrAgBr AgIAgIS/molS/molL L-1 -1 易溶易溶 2.0 2.01010-4 -4 2.92.91010-5 -5 2.72.71010- -7 7（6 6）离子极化对物质颜色的影响）离子极化对物质颜色的影响 离子间极化作用越强，物质颜色越深。离子间极化

59、作用越强，物质颜色越深。 Ag+ Bi3+ Hg2+ CICI- - 白白 白白 白白 Br Br- - 浅黄浅黄 橙橙 白白 I I- - 黄黄 黄黄 黄黄第三章第三章 小结小结第一节第一节 离子键离子键电负性相差较大（电负性相差较大（x x1.71.7）的两个元素的原子的两个元素的原子1.1.离子键离子键：正、负离子间通过静电作用而形成的化学键。：正、负离子间通过静电作用而形成的化学键。2.2.离子键的特点离子键的特点 离子键的本质是离子键的本质是静电作用静电作用；离子键没有方向性；离；离子键没有方向性；离子键没有饱和性；键的离子性与元素电负性有关子键没有饱和性；键的离子性与元素电负性有关

60、3.3.正离子的电子构型正离子的电子构型 2 2电子构型：电子构型：1 1s s2 2 ；8 8电子构型：电子构型： nsns2 2npnp6 6 1818电子构型：电子构型： nsns2 2npnp6 6ndnd10 10 18+218+2电子构型电子构型:(:(n-1)sn-1)s2 2(n-1)p(n-1)p6 6(n-1)d(n-1)d1010nsns2 2 9-17 9-17电子构型：电子构型：nsns2 2npnp6 6ndnd1-91-9第二节第二节 共价键共价键一、价键理论（电子配对法）一、价键理论（电子配对法）1.1.要点：要点：共价键是通过自旋相反的单电子配对和原子共价键是