分子间力氢键

分子间力氢键第1页，共51页，2023年，2月20日，星期一四、分子间力和氢键

1.

分子的极性2.

分子间作用力

3.

离子的极化作用4.

氢键5.

凝聚态物质的结构与性质第2页，共51页，2023年，2月20日，星期一1.分子的极性非极性共价键

非极性分子

极性共价键

极性分子

双原子分子第3页，共51页，2023年，2月20日，星期一1.分子的极性多原子分子空间构型对称空间构型不对称相同原子，非极性共价键极性分子非极性分子第4页，共51页，2023年，2月20日，星期一1.分子的极性不同原子，极性共价键多原子分子空间构型对称空间构型不对称第5页，共51页，2023年，2月20日，星期一1.分子的极性不同原子，极性共价键多原子分子空间构型对称空间构型不对称OOC第6页，共51页，2023年，2月20日，星期一1.分子的极性d：偶极长，极性分子中，正电荷重心与负电荷重心之间的距离为偶极长；q：偶极上一端的电荷；分子极性的强弱用分子的偶极矩来衡量，非极性分子的

等于0。偶极矩

=q

·

d矢量单位德拜，用D表示

其方向从正电荷重心指向负电荷重心；第7页，共51页，2023年，2月20日，星期一1.分子的极性+–分子的偶极矩等于各个化学键的偶极矩的矢量和。偶极矩第8页，共51页，2023年，2月20日，星期一1.分子的极性偶极矩分子（D）分子（D）H20H2O1.85N20HCl1.03O30.54HBr0.79BCl30HI0.38CO20NH31.66CS20CO0.12H2S1.1HCN2.1SO21.6一些分子的偶极矩第9页，共51页，2023年，2月20日，星期一2.分子间作用力分子偶极矩越大，定向力(取向力)越大；极性分子偶极矩越大，诱导力越大；第10页，共51页，2023年，2月20日，星期一2.分子间作用力分子的体积越大，其变形性越大，则色散力越大；第11页，共51页，2023年，2月20日，星期一2.分子间作用力分子的极性分子间力的种类产生的原因非极性分子之间色散力瞬时偶极非极性分子与极性分子之间色散力诱导力

瞬时偶极诱导偶极极性分子之间色散力诱导力取向力瞬时偶极诱导偶极永久偶极分子间力及产生的原因

第12页，共51页，2023年，2月20日，星期一2.分子间作用力分子取向力诱导力色散力总分子间力HCl3.30515.66％1.0044.73％16.82079.61％21.155NH313.30544.65％1.5485.20％14.93750.15％29.826H2O36.25976.90％1.9254.08％8.99619.02％47.280分子间力的分配（kJ·mol-1）第13页，共51页，2023年，2月20日，星期一2.分子间作用力分子间力是决定物质熔、沸点、溶解度等物理化学性质的一个重要因素。范德华力特点：（1）存在于分子或离子间的一种作用力；（2）吸引力，其作用能相当小，范围只有几个pm；（3）一般没有方向性和饱和性；（4）色散力存在于任何分子之间，是主要的分子间力；第14页，共51页，2023年，2月20日，星期一3.离子的极化作用（1）离子的极化

（2）离子的变形性

（3）离子的相互极化作用

（4）离子极化对化合物性质的影响

第15页，共51页，2023年，2月20日，星期一3.离子的极化作用－离子的极化（1）离子的极化

阳离子带正电荷，半径较小，对相邻阴离子起诱导作用，使阴离子产生诱导偶极，这种现象称为离子的极化。离子的极化主要指阳离子；第16页，共51页，2023年，2月20日，星期一3.离子的极化作用－离子的极化离子极化作用的强弱取决于：①电荷高的阳离子极化力大；

Si4+＞Al3+＞Mg2+＞Na+②半径小的极化力大；

Mg2+＞Ca2+＞Sr2+＞Ba2+③离子的电子层构型：

18或18+2＞9~17＞8

Hg2+或Pb2+＞Mn2+＞Ba2+第17页，共51页，2023年，2月20日，星期一3.离子的极化作用－离子的变形性阴离子半径较大，电子较多，在被阳离子诱导的过程中产生诱导偶极，而发生自身电子云变形的性质，称为离子的变形性。离子的变形性主要指阴离子；（2）离子的变形性

第18页，共51页，2023年，2月20日，星期一3.离子的极化作用－离子的变形性①简单阴离子半径大，变形性大，复杂阴离子的变形性较小；离子变形性的大小主要取决于：I¯＞Br¯

＞Cl¯＞CN¯＞OH¯

＞NO3¯

＞F¯

＞ClO4¯②阴离子电荷越高，变形性越大，阳离子电荷越高，变形性越小（极化作用越大）；

③同族阴离子，电子层数越多，离子半径越大，变形性越大；Na+＞Mg2+

＞Al3+

＞Si4+I¯＞Br¯

＞Cl¯＞F¯第19页，共51页，2023年，2月20日，星期一3.离子的极化作用－离子的变形性④18电子构型和9~17电子构型的离子，其变形性比半径相近、电荷相同的8电子构型离子大得多；最容易变形的是体积大的阴离子，18或18+2、9~17电子构型的少电荷阳离子的变形性也比较大；最不容易变形的是半径小、电荷高、外层电子少的阳离子；Ag+＞K+

；

Hg2+＞Ca2+离子变形性的大小主要取决于：第20页，共51页，2023年，2月20日，星期一3.离子的极化作用－相互极化作用离子间的相互作用，一般是阳离子对阴离子的极化作用，但当阳离子也容易变形时，往往会引起两种离子之间相互的附加极化效应，称为相互极化作用。（3）离子的相互极化作用

第21页，共51页，2023年，2月20日，星期一3.离子的极化作用－对化合物性质影响★对化学键键型的影响

相互极化的结果，使阳、阴离子的电子云发生变形，导致原子轨道部分重叠，化学键表现出由离子键向共价键过渡。（4）离子极化对化合物性质的影响

第22页，共51页，2023年，2月20日，星期一3.离子的极化作用－对化合物性质影响★对化合物溶解度的影响

随着Cl¯—Br¯—I¯离子半径的增大，Ag+离子和卤离子相互极化作用增大，键的共价程度增强，溶解度依次降低；化合物AgF

AgClAgBrAgI溶解度mol·L-1

1.4×10-1

2.0×10-4

2.9×10-5

2.7×10-7

（4）离子极化对化合物性质的影响

第23页，共51页，2023年，2月20日，星期一3.离子的极化作用－对化合物性质影响相互极化作用越强，共价程度也越强，其化合物的颜色越深。化合物AgFAgClAgBrAgI颜色无白淡黄亮黄化合物CuCl2CuBr2CuI2不存在颜色浅绿色深棕色强烈极化，发生氧化还原★对化合物颜色的影响

（4）离子极化对化合物性质的影响

第24页，共51页，2023年，2月20日，星期一3.离子的极化作用－对化合物性质影响离子极化作用是离子键理论的补充，在基础化学多方面都有应用，但因对离子的极化和变形能力没有明确的标度，应用时会有许多例外和矛盾的地方，仅适用于对同系列化合物做定性的比较。

★对化合物熔沸点的影响

（4）离子极化对化合物性质的影响

极化力Al3+＞Mg2+＞Na+，使离子键向共价键过渡，共价程度增强，导致晶格能降低，化合物的熔沸点降低。

化合物NaClMgCl2AlCl3熔点（℃）801714192第25页，共51页，2023年，2月20日，星期一4.氢键HydrogenBond

氢键是一种最重要的、研究得最早和最多的次级键，广泛存在于从小分子直至生物大分子包括DNA的双螺旋结构中，在化学中起着重要的作用，次级键

是21世纪化学键研究的主要课题。第26页，共51页，2023年，2月20日，星期一4.氢键HydrogenBond（1）氢键的形成（2）氢键的特点（3）氢键的类型（4）氢键对化合物性质的影响第27页，共51页，2023年，2月20日，星期一（1）氢键的形成X—H……YO……H—O◆分子中有与电负性很强的元素形成强极性键的H原子；◆分子中有带孤电子对、电负性大，原子半径小的原子如F、

O、N等。第28页，共51页，2023年，2月20日，星期一（1）氢键的形成水分子的氢键第29页，共51页，2023年，2月20日，星期一（2）氢键的特点①氢键大多数是不对称的H原子距离X较近，距离Y较远。X和Y间的距离R为氢键的键长。也有的称H和Y间的距离为氢键的键长。X—H……Y第30页，共51页，2023年，2月20日，星期一（2）氢键的特点氢键可以为直线形，也可为弯曲形，大多数氢键不在一条直线上；氢键X—H……Y的角度

=180°，也可以

＜180°邻硝基苯酚缔合的氟化氢分子第31页，共51页，2023年，2月20日，星期一（2）氢键的特点②在氢键中，1个H原子可以与多个Y原子配位，同样1个Y原子也可以接受多个H原子；尿素(NH2)2CO分子中的氢键第32页，共51页，2023年，2月20日，星期一（3）氢键的类型①分子间氢键和分子内氢键硝酸的分子内氢键DNA分子的氢键第33页，共51页，2023年，2月20日，星期一（3）氢键的类型②对称氢键和不对称氢键对称氢键：H原子处于X…Y的中心点K[HF2]晶体中的

F……H……F不对称氢键：H原子不处于X…Y的中心点是迄今观察到的最强的氢键H2O分子间的

O

H……O第34页，共51页，2023年，2月20日，星期一（3）氢键的类型氢键的强弱与X、Y的电负性和原子半径的大小有关；氢键强弱的主要判据是X…Y键长和键能。键长越短，氢键越强，非常强的氢键像共价键，非常弱的氢键接近范德华作用力，大多数氢键处于这两种极端状态之间。③氢键有强、弱之分水中：O

—H共价键键能为462.8kJ·mol-1；

H……O

氢键键能为18.8kJ·mol-1；

K[HF2]晶体中：F……H……F氢键的∆H值212kJ·mol-1，是迄今观察到的最强的氢键。第35页，共51页，2023年，2月20日，星期一（3）氢键的类型③氢键有强、弱之分氢键

键能kJ·mol-1

键长pm化合物

F—H…F28.03255(HF)n

O—H…O18.83276冰25.94266甲醇、乙醇N—H…F20.93268NH4FN—H…O——286CH3CONH2

N—H…

N5.44358NH3

一些氢键的键能和键长乙酰胺CH3CONH2

第36页，共51页，2023年，2月20日，星期一（4）氢键对化合物性质的影响①对熔点、沸点的影响分子间氢键使分子发生缔合，熔、沸点升高；周期第37页，共51页，2023年，2月20日，星期一（4）氢键对化合物性质的影响①对熔点、沸点的影响分子内氢键，一般会使化合物的熔、沸点降低，气化热、升华热减小；邻硝基苯酚：分子内氢键，熔点为45℃间位硝基苯酚：分子间氢键，96℃对位硝基苯酚：分子间氢键，114℃；第38页，共51页，2023年，2月20日，星期一（4）氢键对化合物性质的影响②对溶解度的影响如邻硝基苯酚和对硝基苯酚，二者在水中的溶解度之比为0.39，而在苯中其比例为1.93。分子间氢键极性溶剂中，溶质的溶解度增大。如NH3在H2O中的溶解；分子内氢键极性溶剂中，溶质的溶解度降低；非极性溶剂中，溶质的溶解度增大；第39页，共51页，2023年，2月20日，星期一（4）氢键对化合物性质的影响③对酸性的影响分子间氢键酸性降低；如在HF、HCl、HBr和HI中，HF的酸性最弱；分子内氢键酸性增加；化合物氢键类型解离常数苯甲酸K苯甲酸邻位取代物分子内氢键15.9K苯甲酸间位取代物分子间氢键1.26K苯甲酸左右两个邻位均有羟基分子内氢键800K苯甲酸对位羟基取代物分子间氢键0.44K邻位羟基与羧基氧形成分子内氢键，减弱了羧基氧对氢的吸引力，酸性增加；第40页，共51页，2023年，2月20日，星期一（4）氢键对化合物性质的影响④对粘度和表面张力的影响

形成分子间氢键，粘度会增大；例如甘油和浓硫酸都是粘度较大的液体。水的表面张力很高，根源也在于水分子间的氢键。甘油第41页，共51页，2023年，2月20日，星期一（4）氢键对化合物性质的影响⑤冰中的氢键在冰中每个水分子都按四面体方式形成2个O-H……O氢键和2个O……H-O氢键，在冰-Ih中组成六方晶系晶体。第42页，共51页，2023年，2月20日，星期一（4）氢键对化合物性质的影响⑤冰中的氢键高压下的冰，水分子彼此间通过氢键形成笼，可以将外来中性分子或离子(Cl2,Ar,CH4,Xe等)包于笼内形成水合分子晶体。第43页，共51页，2023年，2月20日，星期一5.凝聚态物质的结构与性质（1）离子型晶体（2）非极性分子型晶体（3）极性分子型晶体（4）原子型晶体（5）金属型晶体第44页，共51页，2023年，2月20日，星期一（1）离子型晶体占据在晶格结点位置上的是正、负离子，离子只能在原位上振动，不能自由移动，所以离子型晶体不导电，导热性也较差。晶体中异号离子间有强大的静电引力，所以离子型晶体的熔、沸点相对较高。晶体有一定硬度，受到外力易变形错位，使晶体崩溃，这类晶体机械加工性能不好。离子型晶体易溶解在极性溶剂中，溶液可以导电，难溶于非极性溶剂中。离子型晶体具有低的挥发性。第45页，共51页，2023年，2月20日，星期一（2）非极性分子型晶体占据晶格结点的是非极性分子，结点间的作用力是很弱的分子间力(色散力)，所以这类晶体都很软，熔、沸点低，易挥发(升华)。干冰（CO2）非极性分子型晶体不导电，熔化时也不导电。机械加工性能不好。易溶于非极性溶剂中(相似者相溶)。第46页，共51页，2023年，2月20日，星期一（3）极性分子型晶体极性分子晶体易溶于极性溶剂中，由于发生解离而导电。占据晶格结点的是极性分子，结点间的作用力有色散力、取向力和诱导力，极性分子偶极间的相互作用力以及氢键。与非极性分子型晶体相比，极性分子型晶体有较低的挥发性，较高的熔、沸点，以及较高的硬度。第47页，共51页，2023年，2月20日，星期一（4）原子型晶体占据晶