《分子结构》PPT课件

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1、 第一节第一节 离子键离子键 一、一、离子键的形成 二、离子键的特点 三、影响离子键强度的因素 四、离子晶体 五、离子的极化 第二节第二节 共价键共价键 一、价键理论 二、杂化轨道理论 三、共价键参数 四、分子晶体和原子晶体 第三节第三节 分子间的作用力和氢键分子间的作用力和氢键 一、分子的极性 二、分子间的作用力 三、氢键内容提要教学基本要求 1.掌握离子键、共价键、氢键的概念及特点。2.掌握现代价键理论和杂化轨道理论的基本要点、键及健的特征、了解杂化杂化轨道理论的应用。3.了解分子极性，熟悉分子间力类型、特点、产生原因;知道氢键的应用。4.了解离子晶体、分子晶体和原子晶体的特点。第一节 离

2、子键 化学键(chemical bond)：分子或晶体中相邻两原子或离子间的强烈作用力，成键能量约为几十到几百千焦每摩。化学键 共价键(配位键)离子键金属键1916 年德国科学家 Kossel(科塞尔)提出离子键理论(以以 NaCl 为例为例)NaNae Nae Na+，Cl +e ClCl +e Cl相应的电子构型变化：相应的电子构型变化：Na：2s2s2 2 2p2p6 6 3s3s1 1 2s 2s2 22p2p6 6，Cl：3s3s2 23p 3p 5 5 3s 3s2 23p 3p 6 6形成形成Ne Ne 和和 ArAr的稀有气体原子的结构，形成了稳定的离子。的稀有气体原子的结构，

3、形成了稳定的离子。NaCl离子键的形成表示如下：离子键：离子键：由阴、阳离子之间通过静电作用所形成的化学键 第一节 离子键成键原子电负性差值在成键原子电负性差值在1.71.7以上以上,一般形成的是离子键。一般形成的是离子键。1.离子键没有方向性 离子的电荷分布是球形对称的，每个离子在任何方向与带相反电荷离子的静电作用都相同，所以离子键没有方向性。2.离子键没有饱和性 在离子晶体中，每个离子尽可能多地吸引带相反电荷的离子，并不受离子本身的电荷数的限制，因此离子键没有饱和性。（二）离子键的特点离子键的作用力实质是静电引力。第一节 离子键（三）影响离子键强度的因素第一节 离子键1.离子的电荷离子的电

4、荷 离子键的实质是阴、阳离子的静电作用，离子所带电荷越多，与带相反电荷的离子之间的静电作用越强，形成的离子键强度就越大，离子化合物亦越稳定。2.离子的半径离子的半径例如，熔点例如，熔点CaOCaO（25672567）NaNa2 2O O（920920）离子可以近似视为球体，离子的核间距离就等于阴阳离子的半径之和。离子的离子半径越小，作用力就越大，键也越牢固。（四）离子晶体第一节 离子键 离子键形成的化合物称为离子化合物。通常以晶体形式存在，称为离子晶体，此类晶体熔点和沸点较高。离子晶体特点：离子晶体特点：在常温下以固态存在；熔点和沸点较高；常温下蒸气压极低；晶体本身不导电，但在水溶液中或熔融状

5、态时能够导电；易溶于水，但在有机溶剂中难溶。氯化钠晶体图氯化钠晶体图NaCl（五）离子的极化第一节 离子键离子在电场中产生诱导偶极的现象称为离子的极化现象。离子作为带电微粒，自身可以产生电场，使其它离子变形，离子的这种能力称为极化能力。阳离子的极化作用占主要地位，而阴离子的变形性是主要的。一般来说，阳离子半径越小，电荷越多，极化能力越强；阴离子半径越大，电荷越多，越容易被极化。离子极化会使无机化合物的溶解度、熔点、颜色等物理性离子极化会使无机化合物的溶解度、熔点、颜色等物理性质发生变化。质发生变化。为什么下列各物质溶解度依次减小、为什么下列各物质溶解度依次减小、颜色逐渐加深？颜色逐渐加深？Ag

6、F（白色）AgCl（白色）AgBr（淡黄色）AgI（黄色）为什么为什么Na2S易溶于水，易溶于水，ZnSZnS难溶于水？难溶于水？用离子极化观点解释用离子极化观点解释.第一节 离子键第二节 共价键 一、价键理论（一）共价键的形成（以H2分子形成为例）两氢原子靠近，原子轨道重叠，核间电子云密度增大，系统能量降低，形成稳定共价键。H2的形成表示为：HH +HH原子间通过原子轨道重叠所形成的化学键，称为共价键共价键。共价键的本质是电性的，是两核间的电子云密集区对两核的吸引力。（二）价键理论 价键理论又称电子配对法，简称VB法，其基本要点如下：1.具有自旋相反的成单电子的原子相互接近时，原子轨道叠，核

7、间电子云密度增大，形成稳定的化学键。一个原子有几个未成对的电子，就能与几个自旋相反的电子配对成键（电子配对原理）。2.形成共价键的原子轨道重叠越多，核间电子云的密度越大，形成的共价键越牢固。因此，原子轨道尽可能采取最大重叠的方向形成共价键（最大重叠原理）。第二节 共价键第二节 共价键 （三）共价键的类型 键按成键重叠方式：键 正常共价键按电子对来源：配位共价键 第二节 共价键 1.键：原子轨道沿键轴（成键核间连线，设为x轴）以“头碰头”方式进行重叠，重叠部分沿键轴呈圆柱形对称分布。如s-s、s-px 和px-px 轨道重叠。键的特点：键的特点：沿着对称轴分布，可以任意旋转；重叠程度大，较稳定，

8、不易断裂，化学活性小，可以独立存在于两原子之间。第二节 共价键 2.键 两个原子的原子轨道沿着键轴方向以“肩并肩”的方式发生重叠。键特点：键特点：不能绕着键轴任意旋转，重叠程度较小，不稳定，化学反应中易断裂。第二节 共价键 例如，N2分子中的共价叁键，两个N原子以一个键和两个键结合，N2分子的结构可表示为NN。结论：结论：原子轨道重叠形成共价键时，首先以“头碰头”最大程度重叠产生键，其次以“肩并肩”侧面重叠形成键。键可以单独存在，而键不能单独存在，只能与键共存于双键或叁键中。稳定性是键键 键键第二节 共价键（四）配位键 共价键形成时，共用电子对仅由一个原子单独提供，这样形成的共价键称为配位共价

9、键，简称配位键。例如，配位键的形成条件：配位键的形成条件：提供共用电子对的原子价电子层有孤对电子；接受共用电子对的原子价电子层有空轨道。配位键用“”表示，从孤对电子的提供者指向接受者。第二节 共价键（五）共价键的特点 1.共价键的饱和性共价键的饱和性 一个电子与另一个电子配对后，就不能再与其它原子的电子配对。例如，氢原子只有一个未成对电子，只能形成一个共价键。稀有气体原子没有未成对电子，原子间不能成键，常以单原子的形式存在。第二节 共价键 2.共价键的方向性 共价键形成时，成键电子的原子轨道重叠程度越大，共价键越稳定。s轨道球形对称，p、d、f轨道在空间都有一定的伸展方向。原子轨道的伸展方向和

10、最大重叠原理决定了共价键具有方向性。原子轨道有正值、负值之分，只有同号重叠（正号与正号部分、负号与负号部分），原子轨道才能有效重叠。第二节 共价键HCl分子的形成，以（a）的方式重叠为有效成键：第二节 共价键二、杂化轨道理论 价键理论说明了共价键的形成，解释了共价键的方向性和饱和性，但阐明多原子分子的空间构型却遇到困难。鲍林和斯莱脱在价键理论的基础上提出了杂化轨道理论。Linus Pauling 杂化轨道理论实质上仍属于现代价键理论，但在成键能力、分子的空间构型等方面丰富和发展了价键理论。第二节 共价键 （一）杂化轨道理论要点 1.原子在形成分子时，同一原子中能量相近的不同原子轨道相互混合，组

11、合成一组新的原子轨道，称为杂化轨道。轨道重新组合的过程称为杂化。2.杂化轨道的数目等于参加杂化的原子轨道的总数。3.杂化轨道的成键能力增强。杂化后的轨道形状发生改变，一端突出肥大，因此，形成共价键时重叠程度增大，共价键更稳定。第二节 共价键（二）杂化轨道的类型 1.sp杂化 第二节 共价键以BeCl2分子的形成为例：（Be:2s2）第二节 共价键2.sp2杂化：第二节 共价键以BF3分子的形成为例。（B:2s22p1）第二节 共价键3.sp3杂化 第二节 共价键以CH4分子的形成为例：（C:2s22p2）spsp3 3等性杂化等性杂化 CHCH4 4分子的空间构型分子的空间构型以上所讨论的每种

12、杂化形成的杂化轨道都是完全相同的，称等性杂化。以上所讨论的每种杂化形成的杂化轨道都是完全相同的，称等性杂化。第二节 共价键4.sp3不等性杂化 H2O和NH3分子中的O原子、N原子都属于sp3不等性杂化。O O原子的原子的spsp3 3不等性杂化不等性杂化 H H2 2O O分子的空间构型分子的空间构型第二节 共价键sp3不等性杂化:sp3不等性杂化不等性杂化NH3NH3分子的空间构型分子的空间构型 第二节 共价键三、共价键参数 （一）键长 键长是成键原子核间的平均距离，单位常用pm（皮米）。共价键的键长越小，共价键越强，形成的共价键就越牢固。相同原子间的键长顺序是：单键双键叁键。能够表征共价

13、键性质的物理量称为共价键参数。共价键参数主要有键能、键长、键角。例：CC键长为154 pm；CC键长为134pm；CC键长为120 pm 第二节 共价键 （二）键能 键能是衡量化学键强弱的物理量，常用单位是kJ/mol。在298K、101.3kPa下，将1mol气态分子AB解离成气态基态原子A和B所需要的能量称为键解离能。键能越大，化学键越牢固，含有该键的分子就越稳定。键能大小顺序为叁键双键单键。第二节 共价键一些双原子分子的键能和某些键的平均键能 第二节 共价键 （三）键角 键角是分子中共价键之间的夹角，是决定分子几何构型的主要参数。根据分子中的键角和键长可确定分子的空间构型。键角是反映分子

14、空间构型的一个重要参数。如H2O分子中的键角为10445，分子为V形结构；CO2分子中的键角为180，分子为直线形结构。NH3分子中，HNH键角为107.18，可以推断NH3分子是三角锥形的极性分子。第二节 共价键四、分子晶体和原子晶体 晶体按其结构微粒和作用力的不同可以分金属晶体、离子晶体、分子晶体和原子晶体四种基本类型。（一）分子晶体 晶格点是分子。非金属单质和某些化合物在降温凝聚时都能形成分子晶体。特点：特点：此类晶体的熔点低、硬度小、挥发性较大，常温常压下呈气态或液态。固态或熔融状态下均不导电，其溶解遵守“相似相溶”原理。例如：O2、CO2是气体，乙醇、醋酸是液体。第二节 共价键 （二

15、）原子晶体 晶格点是原子，原子间以共价键相结合，形成空间立体网状结构，破坏这类化学键需要消耗较多的能量。特点：特点：熔点和沸点很高，硬度很大。一般不导电、不导热、溶解性差。多数原子晶体为绝缘体，有些如硅、锗等是优良的半导体材料。例如金刚石、硅晶体、SiO2、SiC等。在原子晶体中不存在单个的小分子，整个晶体看作是一个巨型分子。第三节 分子间作用力和氢键一、分子的极性 根据共价分子中正、负电荷重心是否重合，将分子分为极性分子和非极性分子。正、负电荷重心不重合的分子称为极性分子；正、负电荷重心重合的分子称为非极性分子。第三节 分子间作用力和氢键分子的极性键的极性分类1.极性分子2.非极性分子 1.

16、极性共价键2.非极性共价键联系双原子分子两者统一多原子分子两者不一定统一（与电负性和分子空间构型有关）分子的极性与键的极性例如，CO2、BeCl2、CH4等分子，结构对称，键的极性可以抵消是非极性分子；H2O、H2S分子，空间构型是角形，NH3分子空间构型为三角锥，分子结构不对称，正、负电荷重心不重合，都是极性分子。第三节 分子间作用力和氢键 一、分子的极性 1873年荷兰物理学家范德华提出了分子间存在着作用力，由此分子间作用力也称为范德华力。分子间作用力根据产生的原因和特点，可以分为取向力、诱导力和色散力。分子间作用之于力的特点：分子间作用之于力的特点：1.是静电引力，作用能比化学键小 12

17、个数量级；2.作用范围只有几十到几百pm；3.不具有方向性和饱和性；4.大多数分子以色散力为主。荷兰物理学家范德华荷兰物理学家范德华第三节 分子间作用力和氢键（一）取向力 极性分子相互接近时，两极因电性的同性相斥、异性相吸，使分子发生相对转动，称之为取向。极性分子的固有偶极而产生的相 互作用力，称为取向力。第三节 分子间作用力和氢键 （二）诱导力 极性分子和非极性分子相互作用力。第三节 分子间作用力和氢键 （三）色散力 非极性分子瞬间偶极而产生的相互作用力。色散力存在于所有分子之间，并且是一种主要的作用力。结论：结论：非极性分子之间，只有色散力；极性分子与非极性分子之间，既有诱导力也有色散力；

18、而极性分子与极性分子之间，存在着取向力、诱导力和色散力。第三节 分子间作用力和氢键 结论：结论：结构相似的同系列物质，相对分子量越大，分子间作用力越强。例如卤族元素单质，例如卤族元素单质，常温下：状态：状态：F2(气体)Cl2(气体)Br2(液体)I2（固体）颜色：颜色：无色黄绿色红棕色紫黑色第三节 分子间作用力和氢键 三、氢键三、氢键 同族元素的氢化物的沸点和熔点一般随相对分子质量的增大而增高，HF、NH3、H2O的沸点比同族氢化物反常的高，表明它们分子间存在着另一种特殊的作用力，这种作用力就是氢键。第三节 分子间作用力和氢键 氢键的特点氢键的特点:1.氢键的键能化学键弱得多，一般在42 k

19、Jmol-1 下，它比但比分子间作用力强。2.氢键具有饱和性和方向性。饱和性是共价键H原子通常只能形成1个氢键；方向性是以H原子为中心的3个原子XHY尽可能在一条直线上。因此，氢键看作是较强的、有方向性和饱和性的因此，氢键看作是较强的、有方向性和饱和性的分子间作用力。分子间作用力。第三节 分子间作用力和氢键 （一）氢键的形成 X-电负性大、半径小，与氢原子形成共价键 Y-电负性大、半径小，外层有孤对电子，与氢形成氢键 氢键的表示：XHY X，Y=F、O、N（虚线所示为氢键）H H2 2O O分子间氢键分子间氢键 第三节 分子间作用力和氢键 （二）氢键的类型 氢键可分为分子间氢键和分子内氢键两种

20、。水分子间、HF分子间或HF与水分子间形成的都是分子间氢键。邻硝基苯酚可以形成分子内氢键。邻硝基苯酚中的分子内氢键NOOOHHFHFHFHFHFHF第三节 分子间作用力和氢键（三）氢键对物质物理性质的影响 1.对物质的熔点和沸点的影响：化合物分子内形成氢键，一般沸点和熔点低。2.对物质溶解度的影响：溶质和溶剂间形成氢键，可使溶解度增大；若溶质分子内形成氢键，则在极性溶剂中溶解度小，而在非极性溶剂中溶解度增大。学学 习习 小小 结结 （一）化学键（一）化学键 1.离子键 2.共价键 3.晶体：离子晶体、分子晶体和原子晶体 （二）共价键理论（二）共价键理论 1.现代价键理论 2.杂化轨道理论 （三）分子间作用力（三）分子间作用力 1.取向力、诱导力和色散力。2.氢键50