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1、山西医科大学药学院 毕小平,分子结构课件,分子结构课件,包括两个方面的问题,分子结构的研究通常,分子或晶体的空间构型 化学键,分子结构(Molecular structure),原子间的相对位置,原子间的结合方式,空间构型问题是讨论分子或晶体内原子与原子之间的相对位置。影响分子或晶体内原子与原子之间相对位置的主要参数是键长和键角。,NaCl,NH3,C6H6,N,H,H,H,H2O,化学键(chemical bond)的定义,由于各元素原子的电子层结构不同，在形成分子或晶体时原子之间相互作用也不同。因此，化学键的类型也不同。,我们把分子或晶体中直接相邻的原子或离子之间存在的主要的强烈的相互吸引
2、作用称为化学键。,第一节 离子键 (ionic bond),分子结构（Molecular structure ）,第二节 共价键(covalent bond),第三节 分子间作用力,第四节 离子极化,第五节 晶体（简介）,第一节 离子键 (ionic bond),一、离子键的形成和特点 二、离子的电荷、电子构型和半径,Na,Cl,Na+,Cl,Na+Cl,第一节,一、离子键的形成和特点,相互化合的原子，有通过电子得失而达到稳定电子排布的倾向，得失电子后得到的阴阳离子间靠静电引力相互靠近，同时，电子与电子、核与核有斥力存在，当阴阳离子接近到一定程度时，吸引力与斥力达到暂时的平衡，整个体系的能量降
3、低到最低点，阴阳离子在平衡位置上振动，构成稳定的离子键。,Na:1s22s22p63s1,Cl:1s22s22p63s23p5,第一节,一、离子键的形成和特点,Na:1s22s22p63s1,Cl:1s22s22p63s23p5,+,+,+,+,离子键的特点是没有方向性和饱和性。,离子键的性质、强弱与离子自身的性质有关，决定离子性质的重要因素有： (1)离子电荷 (2)电子构型 ( 3)离子半径 这三个因素是影响离子键的性质、强弱及离子型化合物各种性质的重要因素。,二、离子的电荷、电子构型和半径,第一节,1 离子电荷对化合物性质的影响,结论： 一般说来，电荷高，引力大，离子键强，离子化合物越稳
4、定。,二、离子的电荷、电子构型和半径,第一节,2 离子的电子组态（构型） 2电子型组态（s2）：如Li+、Be2+等 8电子型组态（s2p6）：如Na+等 1 8电子型组态（s2p6d10）：如Zn2+、Ag+等 1 8+2电子型组态（s2p6d10s2）：如Pb2+、Bi3+ 不规则型：如Fe2+（3s23p63d6）,二、离子的电荷、电子构型和半径,第一节,2.电子构型对化合物性质的影响,二、离子的电荷、电子构型和半径,第一节,3 离子半径,二、离子的电荷、电子构型和半径,rA+,rB-,d,rA+、 rB-叫做离子的有效半径,第一节,3 离子半径在离子电荷数相同的情况下，半径越小，吸引力
5、越大，离子键越强，形成的化合物熔沸点越高。,二、离子的电荷、电子构型和半径,第一节,小结： （1）离子键没有方向性，没有饱和性； （2）影响离子键的因素有： 离子电荷、半径、离子的电子构型,第一节 离子键,1916年,路易斯（G.N.Lewis）提出了共价学说，建立了经典的共价键理论。他认为，构成分子的同种或不同种原子以共用电子对吸引两个原子核，并使每个原子都达到希有气体的稳定结构。如Cl2分子中的原子通过共用电子对所形成的化学键叫做共价键。 路易斯的共价键理论初步揭示了共价键与离子键的本质区别。对于分子结构的认识前进了一步。目前，共价键理论大体上可以分为两大类： 一、价键理论(valence
6、 bond theory ) 二、分子轨道理论(molecular orbital theory),第二节 共价键(covalent bond),Ro,D,能量,0,核间距,(一)氢分子的共价键理论,基态,排斥态,一、价键 (valence bond)理论,（1）如果A原子和B原子各有一个未成对电子而且自旋方向相反，就可以在这两个原子之间互相配对形成一个共价单键。如果A原子和B原子各有两个或三个未成对电子，则可以两两配对形成共价双键或三键。,(二)基本假说,一、价键 (valence bond)理论,举例,Cl,Cl,ClCl,N,N,NN,(二)基本假说,一、价键 (valence bond
7、)理论,（2）如果A原子有两个单电子，B原子只有一个单电子， 则一个A可以和两个B形成AB2型分子。如H2O。,O,H,H,*,*,HOH,(二)基本假说,一、价键 (valence bond)理论,（3）共价键具有饱和性。 （4）共价键具有方向性。,(二)基本假说,一、价键 (valence bond)理论,一、价键 (valence bond)理论,(二)基本假说,(三)共价键的类型,s-s,p-p,s-p,一、价键 (valence bond)理论,(三)共价键的类型,p-p,p-d,一、价键 (valence bond)理论,1931年鲍林（L.Pauling）和斯莱脱（Slater）
8、在电子配对理论的基础上，提出了杂化轨道理论，进一步发展了价键理论。,二、杂化轨道理论,(一)理论假说,（1）同一原子中能量相近的不同类型原子轨道，在成键过程中，重新组合成为一组能量相等的新轨道，以增强成键能力。这种轨道重新组合的过程叫轨道杂化。简称杂化。通过杂化所组成的新的轨道叫杂化轨道。,（2）有几个原子轨道参加杂化，就组成几个杂化轨道。并分为等性杂化和不等性杂化。 （3）杂化轨道的成键能力比原来轨道加强。原因有二。其一，杂化轨道的电子云形状改变；其二，杂化轨道方向改变。,二、杂化轨道理论,(一)理论假说,s p sp sp2 sp3,相对成键能力 1.0 1.73 1.93 1.99 2.
9、00,+,二、杂化轨道理论,(一)理论假说,二、杂化轨道理论,(一)理论假说,BeCl2分子的形成,Be：1s22s22p0,sp杂化,二、杂化轨道理论,(二)举例说明杂化轨道的类型 1、s-p杂化,激发,180,Cl：1s22s22p63s23p5,BCl3分子的形成,B：1s22s22p1,sp2杂化,二、杂化轨道理论,(二)举例说明杂化轨道的类型 2、sp2杂化,激发,BCl3分子的形成,B：1s22s22p1,Cl：1s22s22p63s23p5,CH4分子的形成,C：1s22s22p2,sp3杂化,二、杂化轨道理论,(二)举例说明杂化轨道的类型 3、sp3杂化,激发,NH3和H2O不
10、等性杂化,H,H,H,H,H,三、分子轨道理论(molecular orbital theory),(一)分子轨道理论假说,（1）原子组成分子后，电子不再属于原子轨道，而是在一定的分子轨道中运动。电子的的空间运动状态叫分子轨道。和原子轨道相仿，分子轨道也可以用相应的波函数来描述。但分子轨道和原子轨道主要有两点区别。,三、分子轨道理论(molecular orbital theory),(一)分子轨道理论假说,区别一，在原子中电子的运动只受一个原子核的作用，是单核体系，而在分子中，电子则在所有原子核势场作用下运动，是多核体系。 区别二，原子轨道用s、p、d等符号表示，而分子轨道则用、*、*等符号
11、表示。,三、分子轨道理论(molecular orbital theory),(一)分子轨道理论假说,（2）分子轨道可以通过相应的原子轨道线性组合而成，并称为原子轨道线性组合法。 （3）每个分子轨道都具有相应的能量。表示这个轨道上的电子在所有原子核和所有电子所构成的电势场中运动的动能和势能之和。分子的总能量等于各个电子能量之和。,三、分子轨道理论(molecular orbital theory),(一)分子轨道理论假说,1s 原子轨道,1s 原子轨道,分子轨道,1s,1s*,（4）有几个原子轨道参加成键，就组成几个分子轨道。或者说，分子轨道数等于所结合的原子轨道数。如果参加线性组合的两个原子
12、轨道的能量相同，则形成的分子轨道中，能量降低的轨道叫成键轨道，能量升高的轨道叫反键轨道。1s 1s*能量差相同，符号相反。,三、分子轨道理论(molecular orbital theory),(一)分子轨道理论假说,分子轨道,原子轨道,原子轨道,如果参加线性组合的原子轨道的能量不相等，在它们组成的分子轨道中，能量低的成键轨道比原来能量低的原子轨道能量还要低，能量高的反键轨道比原来能量高的原子轨道的能量还要高。,三、分子轨道理论(molecular orbital theory),(一)分子轨道理论假说,分子轨道,原子轨道,原子轨道,如果组成分子轨道的原子轨道是偶数时，则得到一半的成键轨道，一
13、半的反键轨道；如果是奇数时，将出现非键轨道，非键轨道的能量与原来的原子轨道能量差不多，进入这种轨道的电子对分子的形成没有贡献。,三、分子轨道理论(molecular orbital theory),(一)分子轨道理论假说,（5）分子轨道中电子的填充规则 保里不相容原理 能量最低原理 洪特规则,三、分子轨道理论(molecular orbital theory),(一)分子轨道理论假说,（6）成键三原则，又叫三个补充原则 A.能量近似原则 B.最大重叠原则 C.对称性原则,三、分子轨道理论(molecular orbital theory),(二)分子轨道的类型,三、分子轨道理论(molecul
14、ar orbital theory),(二)分子轨道的类型,如果两个原子核的联线是键轴，则凡是沿键轴成圆柱形对称的叫做 “轨道 ” 。特点：头碰头重叠,三、分子轨道理论(molecular orbital theory),(二)分子轨道的类型,原子轨道沿着肩并肩重叠所形成的键叫 “轨道 ”。特点：肩并肩重叠。,三、分子轨道理论(molecular orbital theory),(二)分子轨道的类型,无论是轨道还是轨道，在成键轨道中，电子云都是在两个核之间比较密集，由于它们对核有吸引作用，又对两核有屏蔽作用，降低斥力，从而把两核联系在一起；在反键轨道中，电子云远离两核的中间区域。而集中在两核的
15、外侧，把两个原子核向外吸引，而本身也产生斥力，促使两个原子趋于分离。,三、分子轨道理论(molecular orbital theory),(二)分子轨道的类型,1s、 1s* 、 2s、 2s*、 2px、2px*、2py、2py*、 2pz、2pz*、pd、dd,(三)同核双原子分子的分子轨道,(2px)2 (2py)2 (*2py)1 ( 2pz) 2( 2pz)1,(1s)2( *1s)2 ( 2s)2( *2s)2 (2py)2 ( 2pz) 2 (2px) 2,(2px)2 (2p)4 (*2p)4,三、分子轨道理论(molecular orbital theory),(四)键级,定义： 成键电子数-反健电子数 2,键级的大小表示键的强弱，键级越大，键越牢固、稳定。,三、分子轨道理论(molecular orbital
