分子结构和分子间力

关于分子结构和分子间力第1页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三2.1.1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，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三离子键理论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，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三1.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74pm。共价键的本质——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，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三2.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HClHOHNN第5页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三1.σ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，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三2.π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，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三3.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，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三§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，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三在双原子分子中，于100kPa下将气态分子断裂成气态原子所需要的能量。D(H—Cl)=432kJ·mol-1,

D(Cl—Cl)=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，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三H2O(g)=2H(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－Ｈ)=D(H－Ｈ)多原子分子：原子化能=全部键能之和

Ｅatm(H2O)=2Ｅ(O－H)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，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三键能与标准摩尔反应焓变4H(g)+2O(g)

2H2(g)+O2(g)2H2O(g)4E(O—H)E(OO)............第12页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三分子中两原子核间的平衡距离称为键长。例如，H2分子，l=74pm。－－－－－－－－2键长第13页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三由表数据可见，H－F，H－Cl，H－Br，H－I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，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三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，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三键矩是表示键的极性的物理量记作μ。μ=q·l式中q为电量，l为核间距。μ为矢量，例如，实验测得H－Cl4键矩与部分电荷第16页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三键参数小结：键的极性——键矩(μ)键的强度键级(B·O)键能(E)分子的空间构型键角()键长(l)第17页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三基本要点：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，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三CH4的空间构型为正四面体C：2s22p21.sp3杂化第19页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三sp3第20页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三四个sp3杂化轨道第21页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三B：2s22p12.sp2杂化BF3的空间构型为平面三角形第22页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三sp2sp2杂化第23页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三三个sp2杂化轨道第24页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三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，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三两个sp杂化轨道第26页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三4.不等性sp3杂化第27页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三

第28页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三sp3d杂化第29页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三sp3d2杂化第30页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三小结：杂化轨道的类型与分子的空间构型中心原子Be(ⅡA)B(ⅢA)C,Si(ⅣA)N,P(ⅤA)O,S(ⅥA)Hg(ⅡB)直线形三角形四面体三角锥V型杂化轨道类型sp sp2sp2 不等性sp3s+ps+(3)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，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三思考题：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，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三中心原子的价层电子对数的计算方法可用公式：（V/2－３ｎ）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，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三2对第34页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三3对第35页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三4对第36页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三5对第37页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三6对第38页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三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，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三孤对电子对分子空间构型的影响

AB3EAB2E2AB4第40页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三孤对电子对分子空间构型的影响AB4EAB3E2AB2E3AB5第41页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三孤对电子对分子空间构型的影响AB6AB5EAB4E2第42页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三2.4.1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，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三分子轨道：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+B→ABⅡⅡⅠ2.4.1分子轨道第44页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三成键三原则：①能量相近②对称性匹配③最大重叠第45页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三反键分子轨道成键分子轨道原子轨道原子轨道1s1sσ*1sσ1s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，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三原子轨道与分子轨道的形状。2pZ,A2pZ,A2pZ,B2pZ,B原子轨道分子轨道反键成键第47页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三2pZ,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，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三键级B.O=1/2(8-4)=2B.O=1/2(10-4)=3键级第49页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三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，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三N2（B,C,N)第二周期同核双原子分子第51页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三分子轨道电子排布式：或或有两个三电子π键，具有顺磁性。:OO:键级B.O=1/2(8-4)=2B.O=1/2(10-4)=3第52页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三HF分子的电子构型：2.4.3异核双原子分子第53页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三*2.4.4关于原子轨道和

分子轨道的对称性第54页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三第55页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三

π对称：绕x轴旋转180°，形状不变，符号改变。例如：原子轨道pz，py，dxy，dxz，dyz为π对称。第56页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三2.5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，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三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。α大,色散力大。每一瞬间第58页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三2.诱导作用(诱导力)：决定诱导作用强弱的因素：极性分子的偶极矩：μ愈大，诱导作用愈强。非极性分子的极化率：α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，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三两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，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三思考：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，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三分子间力是三种吸引力的总称，其大小一般为几kJ·mol－1，比化学键小1－2个数量级。分子间的吸引作用(×10－22

J)第62页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三分子间力的特点：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300－500pm)。分子间作用力较弱，既无方向性又无饱和性。第63页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三分子量色散作用分子间力沸点熔点水中溶解度HeNeArKrXe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，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三2.5.2氢键第65页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三

HFHClHBrHI沸点/0C－85.0－66.7－35.419.9极化率小