分子结构以及分子间力

1、关于分子结构和分子间力第1页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四2.1.1 共价键的本质与特点2.1 价键理论2.1.2 共价键的键型2.1.3 键参数第2页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四离子键理论2.1.1 共价键的本质与特点化学键： 分子或晶体中相邻原子(或离子)之间强烈的吸引作用。化学键理论：金属键理论共价键理论第3页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四1.量子力学处理H2分子的结果 两个氢原子电子自旋方式相反，靠近、重叠，核间形成一个电子概率密度较大的区域。系统能量降低，形成氢分子。 核间距 R0为74 pm。 共价键的

2、本质原子轨道重叠，核间电子概率密度大吸引原子核而成健。第4页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四2.价键理论基本要点与共价键的特点价键理论基本要点：未成对价电子自旋方式相反；原子轨道最大程度地重叠。共价键的特点：方向性饱和性H ClH O HN N第5页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四1.键： 原子轨道沿核间联线方向进行同号重叠(头碰头)。2.1.2 共价键的类型第6页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四2.键： 两原子轨道垂直核间联线并相互平行进行同号重叠(肩并肩)。第7页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四

3、3.配位键形成条件：成键原子一方有孤对电子， 另一方有空轨道。例：OC第8页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四2.1.3 键参数4 键矩与部分电荷3 键角2 键长1 键能第9页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四 在双原子分子中，于100kPa下将气态分子断裂成气态原子所需要的能量。D(HCl)=432kJmol-1, D(ClCl)=243kJ mol-1 在多原子分子中，断裂气态分子中的某一个键，形成两个“碎片”时所需要的能量叫做此键的解离能。1 键能键解离能（D）第10页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四H2O(g) = 2

4、H(g) + O(g) 原子化能 Eatm：气态的多原子分子的键全部断裂形成各组成元素的气态原子时所需要的能量。例如： 键能、键解离能与原子化能的关系：双原子分子：键能 = 键解离能 E(H) =D(H)多原子分子：原子化能 = 全部键能之和atm(H2O) = 2(OH) 键焓与键能近似相等，实验测定中，常常得到的是键焓数据。第11页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四键能与标准摩尔反应焓变4H(g) + 2O(g) 2H2 (g) + O2(g) 2H2O(g)4E(OH)E(O O).第12页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四 分子中两原子核间的

5、平衡距离称为键长。例如，H2分子，l = 74pm。2 键长第13页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四 由表数据可见，HF， HCl， HBr， HI 键长依次递增，而键能依次递减；单键、双键及叁键的键长依次缩短，键能依次增大，但与单键并非两倍、叁倍的关系。第14页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四 键角和键长是反映分子空间构型的重要参数，它们均可通过实验测知。3 键角N:FFFC = CHHHHN:HHHP:HHHH第15页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四 键矩是表示键的极性的物理量记作 。 = q l 式中 q 为电量，l

6、 为核间距。为矢量，例如，实验测得HCl4 键矩与部分电荷第16页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四键参数小结：键的极性键矩()键的强度键级(BO)键能(E)分子的空间构型键角( )键长(l)第17页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四基本要点：成键时能级相近的价电子轨道混合杂 化，形成新的价电子轨道杂化轨道。杂化前后轨道数目不变。杂化后轨道伸展方向，形状发生改变。2.2 杂化轨道第18页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四CH4的空间构型为正四面体C：2s22p21.sp3杂化第19页，共70页，2022年，5月20日，11点15

7、分，星期四sp3第20页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四四个sp3杂化轨道第21页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四B： 2s22p12.sp2杂化BF3的空间构型为平面三角形第22页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四sp2sp2杂化第23页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四三个sp2杂化轨道第24页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四Be：2s23.sp杂化BH2的空间构型为直线形HHBespsp杂化Be采用sp杂化生成BeH2第25页，共70页，2022年，5月20日，11点15分

8、，星期四两个sp杂化轨道第26页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四4.不等性sp3杂化第27页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四 第28页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四sp3d杂化第29页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四sp3d2杂化第30页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四小结：杂化轨道的类型与分子的空间构型中心原子Be(A)B(A)C,Si(A)N,P(A)O,S(A)Hg(B)直线形 三角形 四面体 三角锥 V型杂化轨道类型 sp sp2 sp2不等性sp3s+ps+(3)

9、ps+(2)ps+(3)p参加杂化的轨道2443杂化轨道数成键轨道夹角分子空间构型实例第31页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四思考题：解释CH4，C2H2，CO2的分子构型。已知： C2H2，CO2均为直线型；的构型为：C = CHHHH第32页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四中心原子的价层电子对数的计算方法可用公式 ： （V/2）计算 式中：V为中心原子与配位原子价电子数之和 （若有电荷，必须计入） n 为分子中非氢配位原子之和2.3 价电子对互斥理论ABx分子的空间构型决定于中心原子的价层电子对数： 第33页，共70页，2022年，5月20日

10、，11点15分，星期四2对第34页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四3对第35页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四4对第36页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四5对第37页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四6对第38页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四孤对电子对分子空间构型的影响 A、 孤对电子对：原子中未参与共价键的价电子对 B、 孤对电子对的计算：按下式： Lp = Vp N 式中：Lp孤对电子对数； Vp 价电子对数； N 配位原子数第39页，共70页，2022年，5月20日，1

11、1点15分，星期四孤对电子对分子空间构型的影响 AB3EAB2E2AB4第40页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四孤对电子对分子空间构型的影响 AB4EAB3E2AB2E3AB5第41页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四孤对电子对分子空间构型的影响 AB6AB5EAB4E2第42页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四 2.4.1 分子轨道2.4 分子轨道理论*2.4.4 关于原子轨道和 分子轨道的对称性 2.4.3 异核双原子分子 2.4.2 同核双原子分子第43页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四 分子轨道

12、：是以多个原子核为中心构成的多中心轨道，分子轨道波函数也是 Schrodinger 方程的解。可以采取原子轨道线性组合的方法求得分子轨道的波函数。例如： A+BAB2.4.1 分子轨道第44页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四成键三原则：能量相近对称性匹配最大重叠第45页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四反键分子轨道成键分子轨道 原子轨道 原子轨道 1s 1s*1s1s节面原子轨道与分子轨道的形状。原子轨道与分子轨道的能量。第46页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四原子轨道与分子轨道的形状。2pZ,A2pZ,A2pZ,B2pZ,

13、B原子轨道分子轨道反键成键第47页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四2pZ,A2pZ,B原子轨道分子轨道反键成键原子轨道与分子轨道的形状。第48页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四键级B.O =1/2 ( 8 - 4 ) = 2B.O = 1/2( 10 - 4 ) = 3键级第49页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四O2 (O,F)2.4.2 同核双原子分子第二周期同核双原子分子第50页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四N2 （B,C,N)第二周期同核双原子分子第51页，共70页，2022年，5月20日，

14、11点15分，星期四分子轨道电子排布式：或或有两个三电子键，具有顺磁性。:O O:键级B.O =1/2 ( 8 - 4 ) = 2B.O = 1/2( 10 - 4 ) = 3第52页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四HF分子的电子构型： 2.4.3 异核双原子分子第53页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四*2.4.4 关于原子轨道和 分子轨道的对称性第54页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四第55页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四 对称：绕 x 轴旋转180，形状不变，符号改变。例如：原子轨道pz，py

15、，dxy，dxz，dyz为对称。第56页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四2.5 分子间作用力2.5.1 分子间的吸引作用2.5.2 氢键第57页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四非极性分子的瞬时偶极之间的相互作用 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。由于瞬时偶极而产生的分子间相互作用。2.5.1 分子间的吸引作用1.色散作用(色散力)：一大段时间内的大体情况色散力与分子极化率有关。大,色散力大。每一瞬间第58页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四2.诱导作用(诱导力)：决定诱导作用强弱

16、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。由于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59页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四 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。3.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。分子离得较远趋向诱导第60页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四思考：1.取向作用的大小取决于什么因素？2.极性分子之间除了有取向作用以外，还有什么作用？第61页，共70

17、页，2022年，5月20日，11点15分，星期四 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。分子间的吸引作用(1022 J)第62页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四分子间力的特点： 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H2O 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63页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四分子量色散作用分子间力沸点熔点水中溶解度HeNeArKrX

18、e小大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64页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四2.5.2 氢键第65页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四 HF HCl HBr HI沸点/0C 85.0 66.7 35.419.9极化率 小 大色散作用 弱 强沸点 低 高HF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。在几乎裸露的 H 原子核与另一个 HF 分子中 F 原子的某一孤对电子之间产生的吸引作用称为氢键。第66页，共70页，2022年，5月20日，11点15分，星期四氢键的形成条件：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)形成氢键。 键长特殊：FH F 270pm 键能小 E(FH F) 28kJmol1 具有饱和性和方向