分子结构课件

价键理论可解释H2,Cl2,HCl,H2O…..的分子结构，但不能解释O2分子的性质液氧在磁场中被磁极吸引的实验chapt.8.3

水分子的极性chapt.9.1，9.18，

物质的磁性Paramagneticdiamagneticferromagnetic

顺磁抗磁铁磁第2章分子结构

物质由分子（如CO2，H2O）、离子（NaCl,CaCO3

）或原子（金属，SiO2）组成。化学键（chemicalbonding）即原子或离子间的结合力。化学键通常分为离子键、共价键、金属键。分子间的作用力主要有范德华引力、氢键、超分子作用力等。O2H2SO4SO42-研究分子结构的主要理论：1.价键理论（valencebondtheory)2.分子轨道理论MO（molecularorbitaltheory)多原子分子:价层电子对互斥VSEPR(valenceshellelectronpairrepulsion)

H2分子形成的价键理论分子轨道即分子中某个电子运动的波函数，用

表示，分子轨道可由原子轨道线性组合而成。分子轨道的要点：1、原子轨道组成分子轨道时，轨道数不变。分子轨道的能量可以高于、低于和等于原子轨道，分别称为反键轨道、成键轨道和非键轨道。（一）分子轨道理论（molecularorbital,MO）成键轨道反键轨道原子轨道原子轨道分子轨道不同原子形成的分子轨道

成键轨道(bonding)反键轨道(antibonding)Chapt.10.9,more2、原子轨道组成分子轨道时，必须满足原子轨道的能量相近、轨道最大重叠和对称性匹配。3、分子轨道中的电子排布和原子轨道中电子排布的规则相似，即遵循Pauli原理，能量最低原理及Hund规则。对称性匹配不匹配不匹配

轨道和

轨道，由

轨道和

轨道形成的化学键即

键和

键1、

轨道和

键，以键轴（两个原子核的连线）呈圆柱形对称，由s,或p轨道形成，电子云头碰头成键轨道

1

＝ca

a+cb

b反键轨道

2=ca

a-cb

b例如H2分子和“He2”：

（二）主要分子轨道的分类

键(成键轨道）头碰头原子核连线为对称轴2、

轨道和

键由p,d轨道形成，电子云肩并肩，通过键轴有一个节面（

为零）

键，肩并肩穿过原子核连线有一节面

1s

*1s

2s

*2s

2p

2py

2pz

*2py

*2pz

*2px

例：O2的分子轨道（氧气为顺磁性分子）（三）简单双原子分子的分子轨道能级

F2：N2：He2(?)键级(order)：1/2(成键电子数－反键电子数）O2的键级＝2，F2的键级＝1He2的键级=0稀有气体均为单原子分子（键级＝0）Chapt.10.11和PR氮气为什么稳定？生物固氮N2的分子轨道能级图N2的键级＝？HF的分子轨道能级图非键反键成键CO的分子轨道能级图

无限多的原子轨道组成分子轨道—能带Chapt.10.14,161、价层电子对互斥(valanceshellelectronpairrepulsion)VSEPRCH4NH3H2OPF3ClF3分子构型和电子构型的区别原则：尽可能使电子对之间的排斥作用最小高键级>低键级孤对－孤对>孤对－键对>键对－键对（四）多原子分子的结构sp,sp2,sp3

杂化分子轨道2、杂化轨道(hybridorbitals)理论同一原子中，不同原子轨道的线性组合，改变原子轨道的分布方向，有利于成键，但原子轨道的数目不变剩余p轨道

杂化轨道的主要类型sp直线型，键角180

CO2,C2H2sp2

平面三角形，键角120

BF3,NO3-,C6H6,C2H4sp3

正四面体形，键角109

28’’CH4,H2O,NH3dsp2

平面四方形键角90

Ni(CN)42-dsp3(sp3d)

三角双锥

120

和90

PCl5d2sp3(sp3d2)正八面体

90

SF6(chapt.10.6hybridorbital)VSEPR分析咖啡因的分子结构Chapt.9.3LinusPauling,Chapt.9.14computermodelingChapt.10.13用价层电子对互斥(VSEPR)写出下列分子和离子的结构：CCl4NH3H2OPCl3PCl5

SF6CO2SO3O3SO2NO2SO32-SO42-NO3-CO32-

1、定域(localized)和离域(delocalized)，C6H6，CH3CH＝CH2（五）离域

键（大

键）和共轭分子

电子的离域O3NO3-2、共轭(conjugation)效应：原子趋于共平面；键长均匀化；特征的化学性质，特征的光学和电学性质C6H6

的芳香性稳定性（和环己烯的化学性质比较）化学性质稳定性离域

键能级间隔小，

－

*跃迁激发能量低，吸收和发射在可见光区，染料及荧光材料（指示剂，荧光素等）142pm335pm石墨层中的离域

键石墨的结构及导电性非金属导体：聚乙炔，掺杂后可得到n型或p型半导体分子导线共轭

键越多，

－

*跃迁的能量越低，颜色越深，-CH2-基团插入共轭体系则相当于插入一个绝缘体，导电能力下降。70年代初，发现发现聚硫化氮(NS)n有超导性2000年诺贝尔化学奖授予在导电高分子领域作出突出贡献的3位科学家美国的AlanJ.Heeger,AlanG.MacDiamid，日本的HidekiShirakawa

，1977年发表在英国的Chem.Comm.杂志上，题目是：有机导电高分子的合成：聚乙炔(CH)n的卤化衍生物，聚乙炔薄膜用碘蒸汽氧化后，导电性增加了千万倍，

为105S/m(Teflon的导电率10－16S/m，Ag,Cu的导电率为108S/m)举例：偶氮染料，以萘环代替苯环，则颜色加深联苯胺在氧化剂存在时，形成

－

共轭体系，出现蓝色或紫色偶氮化合物靛蓝染料（indigoblue）酚酞（酸性溶液）非共轭体系酚酞（硷性溶液）共轭体系1、氢键的重要性：没有氢键，就没有说明。水为液体（氢键），生物大分子（蛋白质，DNA）的二级结构形成氢键的条件：电负性高的元素和H，X…H—Y，X，Y为N，O，F特点：键能在共价键和范德华引力之间，无饱和性和方向性，键参数可变种类：分子间氢键和分子内氢键（水，对、邻硝基苯酚）（六）氢键（分子间作用力）DNA的双螺旋结构，氢键连接两个螺旋DNA的双螺旋的局部放大1.氢键对物质性质的影响熔沸点*H2O氢键对16族H2X沸点的影响邻硝