第六章化学键与分子结构

第

6章

化学键与分子结构返回Chapter6ChemicalBondandMolecularStructure1本章教学要求1．掌握价键理论的内容,会用价键理论解释共价键的特征;2．掌握杂化轨道理论的内容,会用杂化轨道理论解释简单分子的空间结构；3．认识分子间作用力和氢键的本质，会用其解释对物质性质的影响.2化学键共价键：两原子通过共用电子对吸引两核产生的结合力(牢)。金属键：通过自由电子吸引金属原子和离子产生的结合力(导电)。离子键：正负离子间靠静电引力产生的结合力(水中完全电离)。极性共价键非极性共价键6.1化学键的类型6.2共价键与分子结构6.2.1价键理论（共价键形成理论）p.133～134共价键的形成条件：能量最低↑↓↑↑共价键形成时电子云的分布3价键理论要点：键合原子双方各自提供自旋相反的未成对电子；键合原子双方未成对电子的原子轨道应尽可能最大程度地重叠（原子轨道相位相同）。共价键的特征：原子能够提供的未成对电子数目通常就是该原子共价键的数目（饱和性）；原子轨道按最大重叠方向形成共价键（方向性）共价键的本质：结合力的本质是两核对共用电子对的吸引例如：HCl√×××4◆σ键(单键,稳定键)：重叠轨道的电子云密度沿键轴方向的投影为圆形，表明电子云密度饶键轴（原子核之间的连线）对称.形象的表示为“头碰头”.py－py◆

π键(重键中的次稳定键)：重叠轨道的电子云密度饶键轴不完全对称.形象的表示为“肩并肩”.s－ss－ppx－px由于共价键在形成时各个原子提供的轨道类型不同，所以形成的共价键的键型也有不同.共价键的类型56.2.2杂化轨道与分子的空间构型探究一些可以解决以上问题新理论在众多科学家的探求中，Pauling

求助于“杂化概念”建立了新的化学键理论杂化轨道理论.

前面介绍的s轨道与p轨道重叠方式并不能解释大多数多原子分子中的键长和键角.例如,如果H2O和NH3

分子中的O－H键和N－H键是由H原子的1s轨道与O原子或N原子中单电子占据的2p轨道重叠形成的，HOH和HNH键角应为90°；事实上,上述两个键角各自都远大于90°.6●成键过程中，同一原子中能量相近的一组原子轨道互相混合，形成一组成键能力更强的新轨道——杂化轨道；（1）基本要点●轨道成分变了●轨道的能量变了●轨道的形状变了结果，当然是更有利于成键！总之，杂化后的轨道变了●含有未成对电子的杂化轨道总是形成σ键●杂化前后轨道数目不变7

●sp杂化2s2p2s2psp2ptwo

sphybridorbitalexcitedhybridizationConfigurationofBeingroundstateHybridorbital(2)杂化形式FormationofthecovalentbondsinBeCl2

（直线型分子）8FormationofthecovalentbondsinBF3（平面三角形分子）

●sp2杂化2s2p轨道2s2p2s2psp2threesp2hybridorbitalexcitedhybridizationHybridorbitalConfigurationofBingroundstate9FormationofthecovalentbondsinCH4(正四面体型分子)2p2s2s2psp3foursp3hybridorbital●sp3杂化(C与四个原子结合)excitedhybridizationHybridorbitalConfigurationofCingroundstate102p2s2s2pC的sp2杂化（C与三个原子结合）excitedhybridizationsp2threesp2hybridorbital↑FormationofthecovalentbondsinCH2=CH2（平面形分子）HHHHHHHH11sp2ptwo

sphybridorbital2p2s2s2pC的sp杂化（C与两个原子结合）excitedhybridization↑↑FormationofthecovalentbondsinCHCH（直线型分子）HH12“不等性杂化”:即杂化后的轨道中填充的有中心原子的孤电子对.这样我们就可以解释象水和氨这样的分子结构了.H2O中,O原子采取sp3不等性sp3杂化HybridorbitalConfigurationofOingroundstateValencebondpicturesofH2O....13NH3中N原子采取sp3不等性杂化不等性sp3杂化ValencebondpicturesofNH3ConfigurationofNingroundstateHybridorbital..14●NH3、H2O的键角为什么比CH4小？CO2的键角为何是180°？乙烯为何取120°的键角？●在BCl3

和NCl3分子中，中心原子的氧化数和配体数都相同，为什么两者的空间分子结构却不同？试用杂化轨道理论解释下面问题：Question中心原子的杂化形式不同,BCl3中，中心原子采用sp2杂化，……;

NCl3中，中心原子采用不等性sp3杂化，……。

CH4中,中心原子采用sp3杂化轨道成键,四条sp3杂化轨道产生强排斥互相远离,形成四面体键角109.5°;NH3、H2O中，中心原子采用不等性sp3杂化，四条sp3杂化轨道中有的被孤对电子对占据,而孤对电子对产生的排斥力比未成对电子的更大，对键角产生了挤压作用；……。CO2中，中心原子C采用sp杂化，两条sp杂化轨道产生强排斥互相远离，形成直线型键角180°,……。乙烯中，中心原子C采用sp2杂化，三条sp2杂化轨道产生强排斥互相远离，形成平面三角形键角120°,……。156.4分子间力和氢键

(intermolecularforcesandhydrogenbonding)●偶极矩(dipolemoment,µ)分子间作用力是分子之间存在的比化学键弱很多的相互吸引力.6.4.1分子的极性●极性分子：正、负电中心不相重合（电子云分布不对称）的分子。m=q•d偶极矩是表示分子中电荷分布状况的物理量，定义为正、负电重心间的距离与电荷量的乘积，其单位为C﹒m（库﹒米）.分子电偶极矩是个矢量.对双原子分子而言，分子偶极矩等于键的偶极矩；对多原子分子而言，分子偶极矩则等于各个键的偶极矩的矢量和.

16ThebonddipolemomentofsomecompoundsMoleculem/10-30C•mMoleculem/10-30C•mH20H2O6.16N20HCl3.43CO20HBr2.63CS20HI1.27H2S3.66CO0.40SO25.33HCN6.99

例如：●分子的极性产生的原因：共价键有极性，且键的极性不能抵消OHHNHHHOCOCClClClCl+–H2ONH3CO2CCl4+–(μ=6.17×10-30C·m)(μ=4.90×10-30C·m)(μ=0)(μ=0)17极性分子固有的偶极叫永久偶极(permanentdipole)；在极性分子诱导下产生或改变的偶极叫诱导偶极(induceddipole)；由不断运动的电子和不停振动的原子核在某一瞬间的相对位移造成分子正、负电荷重心分离引起的偶极叫瞬间偶极。(instanteneousdipole).

(1)色散力(dispersionforce)指分子的瞬间偶极与瞬间诱导偶极之间的作用力，它存在于一切分子之间.分子间力可以看成是这些偶极之间的相互作用：●分子极性对分子性质的影响：

影响溶解度（相似相溶）影响分子间力18通常情况下非极性分子的正电荷重心与负电荷重心重合，但原子核和电子的运动可导致电荷重心瞬间分离，从而产生瞬间偶极.瞬间偶极又使邻近的分子产生瞬间诱导偶极，两种偶极处于异极相邻状态.dispersionforce19

色散力的大小既依赖于分子的大小，也依赖于分子的形状

●丙烷、正丁烷和正戊烷均为直链化合物(可以忽略分子形状的影响),色散力随分子体积的增大而增大,导致沸点按同一顺序升高:

CH3CH2CH3CH3CH2CH2CH3CH3CH2CH2CH2CH3

b.p.-44.5℃b.p.-0.5℃b.p.36℃

●正戊烷、异戊烷和新戊烷三种异构体的相对分子质量相同,色散力随分子结构密实程度的增大而减小,导致沸点按同一顺序下降:

CH3∣CH3CH2CH2CH2CH3CH3CH2CHCH3CH3－C－CH3∣∣CH3CH3b.p.36℃b.p.28℃b.p.9.5℃

●色散力不但普遍存在于各类分子之间，而且除极少数强极性分子(如HF，H2O)外，大多数分子间力都以色散力为主.20(2)诱导力(inducedforce)指在极性分子诱导下产生的诱导偶极与其它偶极之间的作用力，它存在于极性分子与其它分子之间。(3)取向力（偶极-偶极作用力）极性分子是一种偶极子，两个极性分子相互靠近时，根据同性相斥、异性相吸原理使分子按一定取向排列，导致系统处于一种比较稳定的状态.取向力是指极性分子与极性分子的永久偶极间的静电引力。这种作用力的大小与分子的偶极矩直接相关。它仅存在于极性分子之间。dipole-dipoleforce

21Relativemolecularmasst(m.p.)/℃t(b.p.)/℃m/10-30C·m32.092－185.0－111.2033.998－133.81－87.781.8334.076－85.60－60.753.67PropertySiH4PH3H2STheeffectofdipole-dipoleforceonphysicalproperties

三种物质的熔点和沸点按列出的顺序依次升高，被认为是分子间作用力按同一顺序增大而引起的.

分子间力影响着物质的各种物理性质，例如：熔点和沸点22●氢键存在的证明2.9.2氢键（hydrogenband）氢键和分子间作用力一样，也是很弱的力.与同系物性质的不同就有可能是由氢键引起的.Thestructureofice