分子结构精品课件

1、分子结构第1页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一分子是物质能独立存在并保持其化学特性的最小微粒。物质的化学性质主要决定于分子的性质，而分子的性质是由其内部结构决定的。因此讨论分子结构对了解物质的性质和化学反应规律具有重要意义 。第2页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一化学组成 构成分子的原子种类和数目 分 子 结 构化学键 分子中直接相邻原子间的主要 强相互作用(离子键、共价键、金属键)空间构型 分子中原子的连接次序、空间排布,键长、键角、几何形状等分子间力 分子与分子间的弱相互作用(定向力、诱导力、色散力)结构与理化性质的关系第3页，共75页，20

2、22年，5月20日，19点37分，星期一7.1离子键7.1.1离子键理论7.1.2离子键特征7.1.3决定离子化合物性质的因素7.1.4离子晶体7.1.5晶格能7.2共价键7.2.1价键理论7.2.2杂化轨道理论第4页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一7.3分子间力和氢键7.3.1分子间力7.3.2氢键第5页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一1916年德国化学家柯塞尔，基于稀有气体原子的电子层结构特别稳定的事实，提出了离子键理论。认为，当电负性很小的金属原子和电负性很大的非金属原子相互靠近时，前者易失去电子变成阳离子，后者易得到电子变成阴离子。而正、

3、负离子靠静电引力作用结合在一起，这种静电引力作用称为离子键。如NaCl的形成。 7.1.1离子键理论7.1离子键第6页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一 Cl e Cl- 1s22s22p63s23p5 1s22s22p63s23p6 ( =3.0 ) ArNa+Cl-Na+ Cl- Na+Cl- (离子型分子)静电引力 离子键 Na - e Na+ 1s22s22p63s1 1s22s22p6 ( = 0.9 ) Ne第7页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一 离子键可存在于气体分子中（LiF），大量的是存在于离子晶体中。 一般情况下，以离子键结合的

4、化合物都 是以离子晶体的形式存在，离子的电荷分布是球形对称的，只要空间条件许可，它可以从不同方向吸引多个带有相反电荷的离子。所以，NaCl、CsCl均为化学式。 第8页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一7.1.2离子键的特征 (1) 由正负离子形成本质是静电引力: F=q+q/r2 (2)无方向性和饱和性 离子可近似地看成一个弥漫着电子云的圆球，离子电荷分布是球形对称的，所以离子能从任何方向吸引带相反电荷的离子；而且尽可能多地吸引异号离子，只受空间大小的限制。 第9页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一(3)键的离子性大小取决于正、离子电负性差值大小

5、电负性差值越大，电子的偏向越明显，相互作用越强。实验表明，电子的转移不可能完全。因任何一个电子在核外的全部空间都有可能出现，只是几率不同而已。 例如 CsF：成键作用中，离子性：92%，共价性：8%对于AB型化合物而言： X 1.7 时，可视为离子键。X=1.7 离子性占50%，对单键而言，就可视为离子键。（但HF例外，X =1.78。） X 1.7 时，可视为共价键。 第10页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一7.1.3决定离子化合物性质的因素离子的特征：1、离子半径:一般来说,离子半径越小,离子间的吸引力越大,相应化 合物的熔点也越高.2、离子电荷: 离子电荷越高,对

6、相反电荷的离子静电引力越强, 相应化合物的熔点也越高.3、离子的电子构型:2电子构型:最外层为2个电子8电子构型:最外层为8个电子18电子构型:最外层为18个电子18+2电子构型:最外层为2个电子,次外层为18个电子917电子构型:最外层电子为917个离子的电子构型对化合物的性质有一定的影响,如, Na+,Cu+离子电荷相同半径相近,但NaCl易溶于水而CuCl却不溶于水.因为前者是离子型化合物,而后者是共价型化合物.第11页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一1. 晶体的基本概念 晶体：具有规则几何外形的固体。7.1.4离子晶体ionic crystal晶格：将组成晶体的

7、正负离子视为几何上的点，由这些点在空间呈现规则的排列的几何构型，称为晶格。点的位置称为晶格结点。第12页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一2.离子晶体的特点无确定的分子量 NaCl 晶体是个大分子，晶体中无单独的NaCl 分子存在。NaCl 是化学式，因而 58.5 可以认为是化学式量，不是分子量 。 导电性 水溶液或熔融态导电，是通过离子的定向迁移完成的，而不是通过电子流动导电 。 第13页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一 熔点沸点较高 NaCl MgO m. p. 801 C 2800 C b. p. 1413 C 3600 C第14页，共75

8、页，2022年，5月20日，19点37分，星期一由于正负离子间的静电作用力较强，所以离子晶体一般具有较高的熔点及沸点。由库仑定律可知，离子所带的电荷越高，离子半径越小，静电作用力也就越大，离子晶体的熔点及沸点也就越高。第15页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一硬度高 延展性差 因离子键强度大，所以硬度高 。但受到外力冲击时，易发生位错，导致破碎 。第16页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一+位错+ 受力时发生错位，使正正离子相切，负负离子相切，彼此排斥，离子键失去作用，故离子晶体无延展性 。如 CaCO3 可 用于雕刻，而不可用于锻造，即不具有延展性

9、 。F第17页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一 定义：在标准状态下，按下列化学反应计量式使离子晶体变为气体正离子和气态负离子时所吸收的能量称为晶格能，用U 表示。U7.1.5晶格能（晶格焓）MaXb(s) aMb+(g) + bXa-(g)(g)Cl+(g)NaNaCl(s)-+例如：第18页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一Born-Haber循环K(g)Br (g)U-+KBr(s)+升华焓电离能气化热电子亲和能键能第19页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一则：U =689.1kJmol-1=89.2kJmol-1=418

10、.8kJmol-1=15.5kJmol-1=96.5kJmol-1=-324.7kJmol-1=-689.1kJmol-1=295.3kJmol-1上述数据代入上式求得：+=第20页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一 离子电荷数大,离子半径小的离子晶体晶格能大,相应表现为熔点高、硬度大等性能。晶格能对离子晶体物理性质的影响：NaCl型离子晶体Z1Z2r+/pmr-/pmU/kJmol-1熔点/oC硬度NaFNaClNaBrNaIMgOCaOSrOBaO1111222211112222959595956599113135136181195216140140140140920

11、770733683414735573360309199280174766228002576243019233.22.52.5HClHBrHI 第52页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一CO2：C-O 键有极性，但分子无极性， CO2为线性分子。BF3 :B-F键有极性，分子无极性，为平面结构，NH3:N-H键有极性，分子有极性，为三角锥结构对于多原子分子：键有极性,分子不一定有极性分子，还与分子的空间构型有关系如：第53页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一分子极性的量度 偶极矩q：正（负）电荷重心(电荷集中点)的电量d：正、负电荷重心的距离 偶极矩是

12、一个矢量，其方向是从正极到负极。= q d第54页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一分子的偶极矩(1030 Cm)分子式偶极矩分子式偶极矩H2N2CO2CS2CH4COCHCl3H2S000000.403.503.67SO2H2ONH3HCNHFHClHBrHI5.336.174.909.856.373.572.671.40第55页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一 2.分子间力的本质和类型 （1） 色散力 非极性分子在某一瞬间总会有一个偶极存在，这种偶极叫做瞬时偶极。靠近的两分子间由于同极相斥异极相吸，瞬时偶极间总是处于异极相邻的状态。我们把瞬时偶

13、极间产生的分子间力叫做色散力. 定义: 分子间的相互作用称为分子间力， 又叫范德华力。第56页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一非极性分子的瞬时偶极之间的相互作用由于瞬时偶极而产生的分子间相互作用。绝大部份时间内的大体情况一瞬间第57页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一 虽然瞬时偶极存在的时间极短，但偶极异极相邻的状态总是不断地重复着，所以任何分子(不论极性与否)相互靠近时，都存在着色散力。 同族元素单质及其化合物，随分子量的增加，分子体积越大，瞬时偶极矩也越大，色散力越大。第58页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一 （2）诱导

14、力非极性分子受极性分子电场的作用，原来重合的正、负电荷重心分离开来产生诱导偶极。诱导偶极与极性分子固有偶极间的作用力叫诱导力。另一方面，诱导偶极又反作用于极性分子，使其偶极长度增加，进一步加强了相互吸引力。说明：当极性分子和非极性分子靠近时，首先两个分子都有各自的瞬时偶极，显然是存在着色散力的。第59页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一决定诱导作用强弱的因素： 极性分子的偶极矩： 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。诱导偶极而产生的分子间相互作用。分子离得较远分子靠近时第60页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一 （3） 取

15、向力 当极性分子相互靠近时，它们的固有偶极间相互作用，两个分子在空间按照异极相邻的状态取向。由于固有偶极的取向而引起的分子间的力叫做取向力。分子离得较远取向诱导第61页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一分子极性色散作用 诱导作用 取向作用 非-非 非-极 极-极 分子间力是三种吸引力的总称，其大小一般为几 kJmol1，比化学键小 12 个数量级。第62页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一分子间的吸引作用(1022 J)分子取向能诱导能色散能总和HeArXeCOCCl4HClHBrHIH2ONH30000.0002101.20.390.02111.9

16、5.20000.003700.360.280.100.650.630.052.9184.61167.815332.65.60.052.9184.61169.416331511第63页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一分子间力的特点：不同情况下，分子间力的组成不同。例如，非极性分子之间只有色散力；极性分子之间有三种力，并以色散力为主，仅仅极性很大的分子例外。分子间力作用的范围很小(一般是300500pm)。 分子间作用力较弱，既无方向性又无饱和性。第64页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一分子量色散作用分子间力沸点熔点水中溶解度HeNeArKrXe小大

17、小大小大小大低高小大 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。分子间力的意义：第65页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一 HF HCl HBr HI沸点/ 85.0 66.7 35.419.9色散作用 弱 强沸点 低 高HF沸点为何反常的高？原因存在氢键。 HF 分子中，共用电子对强烈偏向电负性大的 F 原子一侧,几乎成为裸露的 H 原子核与另一个 HF 分子中 F 原子的孤对电子之间产生的吸引作用称为氢键。7.3.2氢键第66页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一第67页，共75页，2022年，5月20日，1

18、9点37分，星期一1.氢键的形成条件：分子中有H和电负性大、半径小且有孤对电子的元素(F ，O，N)存在才能形成氢键。2.氢键的特点：键能小 E(FH F) 28kJmol1氢键的强度顺序:FHFOHOOHNNHN具有饱和性和方向性第68页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一 氢键的方向性是指Y原子与XH形成氢键时，将尽可能使氢键与XH键轴在同一方向，即XHY三个原子在同一直线。 FF（O、N）HFHdl 氢键的饱和性是指每一个XH只能与一个Y原子形成氢键。第69页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一 除了HF、H2O、NH3 有分子间氢键外，在有机羧酸、醇、酚、胺、氨基酸和蛋白质中也有氢键的存在。例如：甲酸靠氢键形成二聚体。HCOOHHOOHC第70页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一 除了分子间氢键外，还有分子内氢键。例如，硝酸的分子内氢键使其熔、沸点较低。第71页，共75页，2022年，5月20日，19点37分，星期一 3. 氢键对物质性质的影响 氢键通常是物质在液态时形成的，但形成后有时也能继续存在于某些晶态甚至气态物质中。氢键的存在影响到物质的某些性质。如分子间氢键使物质熔、沸点升高；在极性溶剂中，如果溶质分子与溶剂分子之间形成氢键，则溶质的溶解度增大；液体分子间如果形成氢键，有可能发生缔合现象,分