,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第七章 分子结构,第七章 分子结构,1,物质的组成：,原子（稀有气体）,分子,离子,分子结构：,分子中原子间的强相互作用,化学键,分子（晶体）的空间构型,几何形状,分子间弱相互作用,范德华力,分子结构与物质性质的关系,化学键：,分子中,直接相邻,的原子之,间,强烈,的相互作用,（离子键 共价键 配位键 金属键）,物质的组成：原子（稀有气体）分子 离子分子结构：分子中,2,71 离子键,一、离子键理论的基本要点,形成：,Na,Cl,e,Na,Cl,静电引力,静电斥力,正、负离子之间,静电引力,作用而,形成的化学键称为,离子键,静电引力：,：,介电常数,（真空）,（水中）,71 离子键一、离子键理论的基本要点形成：N,3,72 共价键,几种成键理论,经典共价学说 (1916年，Lewis提出）,Cl +,Cl Cl Cl,共价学说不能说明共价键成键本质：,（1）有些化合物的中心原子的最外层电子不是8,（2）为什么两个互斥的电子能结合在一起,价键理论 (1927年，海特勒伦敦提出）,分子轨道理论,72 共价键几种成键理论 经典共价学说 (,4,一、价键理论,（Valence Bond Theory）,E,(kJ),R,(pm),R,0,D,0.0,E,s,E,u,H,A,+H,B,H,A,和 H,B,自旋相反,（基态）,两个氢原子在,R,0,处形成稳定的化学键,R,0,：氢分子的共价键长（74pm）,D,：氢分子的键能（-456 kJ/mol）,H,A,和 H,B,自旋平行,（排斥态）,两个氢原子的能量始终高于单独存在,时的能量之和,不能形成稳定的H,2,分子,+,+,+,+,基态,排斥态,共价键成键条件：,成键原子中有单,电子且自旋相反,原子轨道要最大重叠,一、价键理论（Valence Bond Theory）ER,5,二、共价键的特性,饱和性：,一个原子含有几个未成对电子就只能,与几个自旋相反的电子配对成键,方向性：,轨道必须满足最大重叠沿着原子轨,道最大重叠的方向重叠才能成键,+,-,+,p,s,+,-,+,p,s,+,-,+,p,s,例：,p轨道与s轨道的重叠,二、共价键的特性饱和性：一个原子含有几个未成对电子就只能方向,6,共价键的类型：,和键,键：,原子轨道,沿,着核与核间,轴线,方向以,“头碰头”,的方式重叠形成的共价键。轨道重叠程度大，键较稳定。,s-s,s-p,p-p,键：,原子轨道,沿,着核间,轴线 垂直,方向,“肩碰肩”,的方式重叠,形成的共价键。轨道重叠程度小于 键，键稳定性小于 键。,p,y,-p,y,y,x,y,x,z,x,z,x,p,z,-p,z,共价键的类型：和键 键：原子轨道沿着核与核间轴线方向,7,73 杂化轨道理论,价键理论较好地解释了共价键的形成和本质，初步解释了共价键的饱和性和方向性。但不能解释键角和共价键的数目。,例：,CH,4,分子的结构：,C,H,H,H,H,1931年,Pauling,和,Slater,提出,杂化轨道理论,，补充和发展了现代价键理论。,杂化轨道概念：,原子形成分子时，,同一,原子中能量,相近的,不同类型,的原子轨在成键过,程中混合组成,新,的原子轨道,一、轨道杂化理论的基本要点,73 杂化轨道理论 价键理论较好地,8,多重键,：形成,键外，同时还可以形成,键，从而构成多重键,例：,N,2,分子的结构：,z,x,y,2p,x,-2p,x,2p,y,-2 p,y,2p,z,-2p,z,三重键,配位共价键,共用电子对由一方原子提供,C O,例：,CO,分子的结构：,C:2s,2,2p,x,1,2p,y,1,3p,z,O:2s,2,2p,x,1,2p,y,1,2p,z,2,多重键：形成 键外，同时还可以形成 键，从而构成多重,9,例：,CH,4,分子形成,C:2s,2,2p,x,1,2p,y,1,3p,z,2s,2p,1s,sp,3,2s,2p,激发,杂化,H:1s,1,sp,3,-s,键合,杂化特征：,能量相近：,ns,np,ns,np,ns (n-1)d,ns,np,成键能力变大：,轨道形状发生了变化,例：CH4分子形成C:2s22px12py13pz2s2,10,二、杂化轨道的类型,1、,sp,杂化,同一原子中,ns-np,杂化成新轨道；一个,s,轨道和一个,p,轨道杂化组合成两个新的,sp,杂化轨道。,例：,BeCl,2,分子形成,激发,2,s,2,p,Be基态,2,s,2,p,激发态,杂化,键合,直线形,sp,杂化态,直线形,化合态,Cl,Be Cl,180,二、杂化轨道的类型1、sp 杂化例：BeCl2分子形成激发2,11,2、,sp,2,杂化,同一个原子的一个,ns,轨道与两个,np,轨道进行杂化组合,为,sp,2,杂化轨道。,sp,2,杂化轨道间的夹角是120度，分子的几何,构型为平面正三角形,2,s,2,p,B的基态,2,s,2,p,激发态,正三角形,sp,2,杂化态,例：,BF,3,分子形成,B,F,F,F,B,Cl,120,0,Cl,Cl,2、sp2 杂化 同一个原子的一个 ns 轨,12,3、,sp,3,杂化,同一个原子的一个,ns,轨道与三个,np,轨道进行杂化组合,为,sp,3,杂化轨道。,sp,3,杂化轨道间的夹角是 109,28,，分子的几,何构型为正四面体形。,例：,CH,4,分子形成,2,s,2,p,C的基态,2,s,2,p,激发态,正四面体形,sp,3,杂化态,C,H,H,H,H,10928,3、sp3 杂化 同一个原子的一个 ns 轨道,13,4、,sp,3,d,sp,3,d,2,杂化,sp,3,d：同一个原子的一个,ns,轨,道与三个,np，,一个(n+1)d 轨道进行,杂化组合为,sp,3,d,杂化轨道。,sp,3,d,杂化,轨道分子的几何构型,为三角双锥。,P,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,sp,3,d,2,：同一个原子的一个,ns,轨,道与三个,np，,两个(n+1)d 轨道进行,杂化组合为,sp,3,d,2,杂化轨道。,sp,3,d,2,杂,化轨道分子的几何构型为正八面体。,S,F,F,F,F,F,F,4、sp3d,sp3d2杂化 sp3d：同,14,5、等性,杂化与不等性杂化,上述杂化类型讨论中，参加杂化的原子轨道中都含有一个未,成对的电子，每个杂化轨道中含有的,s,成份和,p,成份的比例都相,同，这类杂化称为,等性杂化,。,在杂化中如果有孤电子对的轨道或空轨道参与杂化，则生成,不完全等同的杂化轨道，这类杂化称为,不等性杂化,N,H,H,H,O,H,H,结论：,sp,3,不等性杂化,有两种：,1）、有一对孤电子对,参加杂化（如NH,3,分子）,轨道成键的键角为107,0,，,分子构型为三角锥形,2）、有两对孤电子对,参加杂化（如H,2,O分子）,轨道成键的键角为104,0,，,分子构型为角形（V形）,5、等性杂化与不等性杂化 上述杂化类型讨论中，,15,77 分子的极性和分子间力,分子间力：,分子之间弱的相互作用,一、分子的极性,分子,带正电荷的原子核,带负电荷的电子,正电荷与负电荷中心,不重合,正电荷与负电荷中心,重合,极性分子,非极性分子,键的极性与分子的极性：,同种元素原子间：,所成化学键：,电负性相同,非极性键,所形成分子：,非极性分子,（举例）,77 分子的极性和分子间力分子间力：分子之间弱的相,16,不同元素原子间：,所成化学键：,电负性不同,极性键,所形成分子：,双原子分子,极性分子,多原子分子,（举例）,正负电荷中心,不重合,正负电荷中心,重合,极性分子,非极性分子,偶极矩：,分子极性强弱的量度,正电荷中心的电量,正负电荷中心间的距离,单位：,非极性分子,极性分子,不同元素原子间：所成化学键：电负性不同极性键 所形成分子,17,二、分子间力,1、定向力,只存在于,极性分子与极性分子之间,。两个极性分子相互接,近时发生同性相斥、异性相吸的定向排列作用。这种定向排列,的吸引力就是定向力。,越大,定向力越大,2、诱导力,存在于,极性分子与非极性分子之间,。非极性分子在极性分,子的偶极电场作用下产生变形，从而产生偶极。极性分子的固,有偶极与非极性分子的诱导偶极的相互作用称为诱导作用，其,作用力就叫诱导力,。,越大,变形形越大,诱导力越大,二、分子间力1、定向力 只存在于极性分子与极性,18,3、色散力,存在于,非极性分子中,。电子运动、原子核振动在瞬间会出,现正、负电中心的不重合情况，产生,瞬时偶极,。这种瞬时偶极,导致的相邻分子间产生的吸引作用称为,色散力。色散力作用时间是瞬时的，但,它是不间断的，色散力,始终存在,。,色散力在极性分子与非极性分子、极性分子与极性分子之,间同样存在。所以，所有分子间均存在色散力。,分子体积越大,变形形越大,色散力越大,分子间力,的特征：,大小：几十，几,没有方向性，饱和性,色散力最主要,分子间力与物质性质间的关系,3、色散力 存在于非极性分子中。电子运动、原子,19,79 氢键,定义：,当氢原子与一个电负性很大，半径又很小的原,子,（F、O、N）,共价结合后，共用电子对强烈偏,向电负性大的原子,（F、O、N）,，,使氢原子几乎,成为裸露的质子，有强正电场，极易被电负性大,且有孤电子对的原子吸引。这种吸引作用叫氢键,。,代表氧原子,代表氢原子,代表H-O化学键,代表氢键,通式：,XH-Y,X,Y：电负性大，半径小的原子,F,Cl,O,N等,79 氢键定义：当氢原子与一个电负性很大,20,分类：,分子间氢键：HF,H,2,O等,分子内氢键：,特征：,键能：40,强弱：,FH-F OH-O NH-F,方向性和饱和性,氢键的存在使小分子聚合成大分子，这种由小分,子聚合成大分子的现象叫分子缔合现象。,缔合,解离,n,H,2,O (H,2,O),n,n=2、3、4,分类：分子间氢键：HF,H2O等特征：键能：40 强弱,21,同一主族元素的氢化物的沸点、熔点变化情况。,同一主族元素的氢化物的沸点、熔点变化情况。,22,