第6章 分子结构和性质

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1、第第 6 章章 分子结构和性质分子结构和性质 一、教学目的一、教学目的 1、了解共价键的本质和形成过程； 2、理解杂化轨道理论； 3、掌握分子轨道的形成过程，能写出简单的分子的轨道表示式。 二、教学方法二、教学方法 讲授法、提问法 三、教学手段三、教学手段 多媒体 四、学时分配四、学时分配 5 学时 五、重点和难点五、重点和难点 1、化学键的定义及分类； 2、价键理论、分子轨道理论及杂化轨道理论的要点。 六、六、 作业布置作业布置 p195：4、8、12 七、七、 辅导安排辅导安排 课间、课后 八、教学内容八、教学内容 所谓的分子结构 ，通常包括两个方面： 分子的空间构型：分子再空间呈现一定的

2、几何形状； 化学键：化学上把分子或晶体内相邻原子（或离子）间强烈的相互吸引力作用称为化学键。 6.1 键参数 6.1 键参数 键参数：表征化学键性质的量。 一、键能：一、键能：指气体分子每短裂单位物质的量的某键时的焓变。 键能越大，键越牢固； 对于双原子分子，键能在数值上就等于键解离能。 多原子分子中，若某键键不只一个，则该键键能为同种键逐级解离能的平均值。 二、键长 二、键长 分子内成键两原子核间的平均距离称为键长。 键长越短，键能越大，键越牢固。 三、键角： 三、键角： 在分子中两个相邻化学键之间的夹角，称为键角。 6.2 价键理论 6.2 价键理论 一、共价键 一、共价键 1、共价键的形

3、成 共价键：是指原子间由于称键电子的原子轨道重叠而形成的化学键。 2、价键理论要点（电子配对法） （1）两原子接近时，自旋方向相反的未成对的价电子可以配对，形成共价键。 （2）成键电子的原子轨道如能重叠越多，所形成的共价键越牢固，即最大重叠原理。 3、共价键的特征：饱和性、方向性。 4、原子轨道的重叠 对称性原则：只有当原子轨道对称性相同的部分重叠，两原子间电子出现的概率密度才会增大，才能形成化学键。 （1）有效重叠或正重叠 （2）非有效重叠或负重叠 5、共价键的类型 （1）按极性分： 极性共价键：电负性不同的两个原子形成的共价键； 非极性共价键：电负性相同的两个的原子形成的共价键。 （2）按

4、原子轨道重叠部分所具有的对称性进行分类： 键轴：两个成键原子核间的联线。 键：原子轨道沿键轴方向“头碰头”的方式重叠成键。对键轴是圆柱形对称 键：原子轨道沿键轴方向“肩并肩”的方式重叠成键。对键轴所在的平面具有反对称的。 碳-碳双键是由一个 s 键和一个 p键组成， p键原子轨道的重叠程度小于键，键不稳定，易断裂，易发生加成反应。 碳-碳三键是由一个 s 键和两个 p键组成。 键：由一个原子的 d 轨道与另一个原子相匹配的 d 轨道，以“面对面”的方式重叠所形成的。 6、配位键 共用电子对由一个原子单方面提供而形成的共价键。 形成配位键的条件： （1）一个原子价层有孤对电子； （2）另一个原子

5、其价层有空轨道。 二、离子键 二、离子键 1、离子键的定义：阴、阳离子之间的静电引力； 2、键型过渡 非极性共价键-极性共价键-离子键 6.3 分子的几何构型6.3 分子的几何构型 一、价键理论的局限性一、价键理论的局限性 不能解释分子、原子的价键数目及分子的空间构型。如 C 原子。 二、杂化轨道理论的要点二、杂化轨道理论的要点 （1）杂化轨道：在同一个原子中，能量相近的不同类型的几个原子轨道在成键时，可以互相叠加重组，成为相同数目能量相等的新轨道。这些新轨道称为杂化轨道。 （2）同一原子中，能级相近的 n 个原子轨道，组合后只能得到 n 个杂化轨道。 （3）杂化轨道比原来未杂化的轨道成键能力

6、强，形成的化学键键能大，使生成的分子更稳定。 2、杂化轨道类型与分子几何构型 （1）sp 杂化：同一原子内由一个 ns 轨道和一个 np 轨道发生的杂化，称为 sp杂化。杂化后组成的轨道称为 sp 杂化轨道。 以 BeCl2为例，分子构型为直线型。 Be 电子构型为 1s22s2，采用 sp 杂化。 Zn、Cd、Hg 元素的某些共价化合物，其中心原子也多采用 sp 杂化。分子为直线型。 (2) sp2杂化：同一个原子内由一个 ns 轨道和 2 个 np 轨道发生的杂化。 如：BF3 采用 sp2杂化，分子构型为平面三角型。 B 的外层电子构型为:1s22s22p1 （3） sp3杂化：一个 n

7、s 和 3 个 np 杂化 如 CH4，采用等性 sp3杂化，分子的构型为四面体。 C ：1s22s22p2 不等性 sp3杂化: NH3: N 1s22s22p3 分子构型 三角锥形 H2O： O 1s22s22p4 分子构型 V 形 （4） sp3d 杂化（三角双锥形）如 PCl5 （5） sp3d2杂化（正八面体）如 SF6 第三周期以后的元素的原子，杂化一般采用 s-p-d（d-s-p）型杂化； 第六周期及其后的元素原子， 价层中有 f 轨道， 成键时还可能发生 f-d-s-p杂化。 *三、价层电子对互斥理论（略） *三、价层电子对互斥理论（略） 6.4 分子轨道理论 6.4 分子轨道

8、理论 一、分子轨道理论的基本概念 一、分子轨道理论的基本概念 （1）把组成分子的所有原子作为一个分子整体来考虑，组成分子的电子也象组成原子的电子一样，处于一系列不连续的运动状态中； （2）在原子中，这种不连续的空间运动状态称原子轨道，在分子中电子的空间运动状态称分子轨道。 （3）分子轨道与原子轨道区别在于，分子轨道是多中心的，不象原子轨道那样只有一个中心。分子轨道中用 s、p来表示分子轨道的名称。 （4）分子轨道总数等于组成分子的各原子轨道数目之和。 （5）电子填入分子轨道的原则与原子轨道电子填充原则一致。 二、分子轨道的形成二、分子轨道的形成 1、s-s 原子轨道的组合 2、p-p 原子轨道

9、的组合 三、分子轨道的能级 三、分子轨道的能级 1、O2、F2外分子轨道能级； 1s*1s2s*2s2px2py=2pz*2py=*2pz*2px F2(1s)2(*1s)2(2s)2 (*2s)2(2px)2 (2py)2(2pz)2(*2py)2(*2pz)2 2、第一、二周期同核双原子分子(除 O2、F2外)的分子轨道能级： 1s*1s2s*2s 2py=2pz 2px *2py=*2pz*2px 四、分子轨道的应用 四、分子轨道的应用 1、推测分子的存在和阐明分子的结构 2、描述分子的结构稳定性 注意：键级只能粗略估计分子稳定性的相对大小，实际上键级相同的分子稳 定性也有差别。 3、预

10、言分子的磁性 顺磁性有未成对电子的分子，在磁场中顺磁场方向排列的性质。具有此性质的物质顺磁性物质。 反磁性无未成对电子的分子，在磁场中无顺磁场方向排列的性质。具有此性质的物质反磁性物质。 6.5 分子间力和氢键 6.5 分子间力和氢键 一、分子的极性和变形性 一、分子的极性和变形性 1、分子的极性 产生：每个分子都由带正电的原子核和带负电的电子组成，由于正负电荷数量相等。所以整个分子是电中性的。 电荷中心正电荷或负电荷的集中点 如果分子的正电荷中心和负电荷中心不重合在同一点上,那么分子就具有极性。 双原子分子：两个相同原子组成的分子，正、负电荷中心重合，不具有极性，为非极性分子。 不同原子组成

11、的分子，负电荷中心比正电荷中心更偏向电负性大的原子，使正、负电荷中心不重合，为极性分子。 分子的极性取决于键的极性有极性键的分子一定是极性分子极性分子一定含有极性键 多原子分子：键的极性分子的几何构型 键的极性：取决于成键两原子共用电子对的偏离，取决于分子中正、负电荷中心是否重合。 分子类型：离子型分子、极性分子、非极性分子 偶极距() ：分子中电荷中心的电荷量(q)与正、负电荷中心距离(d)的乘积。 =q d d偶极长度; 库米(Cm) =0 非极性分子 极性分子,越大, 分子极性越强。根据可以推断某些分子的几何构型。 如 CS2 =0 则为直线形分子，SO2 =5.33 则为 V 形分子

12、2、分子的变形性 非极性分子在电场作用下，电子云与核发生相对位移，分子变形，并出现偶极，这种偶极称为诱导偶极。分子的形状发生变化，这种性质叫分子的变形性。这一变化过程叫分子极化。 (诱导) E ， E 电场强度、 极化率 E 一定时，越大，分子变形性越大。 分子的偶极=固有偶极+诱导偶极 极性分子本身是个微电场，因而，极性分子与极性分子之间，极性分子与非极性分子之间也会发生极化作用。 二、分子间力 二、分子间力 1、分子间力的种类：色散力、诱导力、取向力 2、分子间力的产生 （1）非极性分子与非极性分子之间 非极性分子正负电荷中心重合，分子没有极性。但电子在运动，原子核也在不停地振动。使原子核

13、与电子云之间发生瞬时的相对位移。正、负电荷中心暂时不重合，产生瞬时偶极。这种瞬时偶极尽管存在时间极短，但电子和原子核总在不停地运动，瞬时偶极不断的出现。 色散力分子间由于瞬时偶极所产生的作用力。 （2）非极性分子与极性分子之间 由于电子与原子核的相对运动，极性分子也会出现瞬时偶极，所以非极性分子与极性分子之间也存在色散力。 非极性分子在极性分子固有偶极作用下，发生变形，产生诱导偶极，诱导偶极与固有偶极之间的作用力称为诱导力。 （3）极性分子与极性分子之间 极性分子相互靠近时，发生定向极化，由固有偶极的取向而产生的作用力称为取向力。 极性分子定向极化后，会进一步产生诱导偶极，存在诱导力。 存在色

14、散力。 3、分子间力的特点 （1）是一种电性作用力。 （2）作用距离短,作用范围仅为几百皮米(pm)。 （3）作用能小，一般为几到几十千焦每摩尔。比键能小 12 个数量级。 （4）无饱和性和方向性。 （5） 对大多数分子来说， 以色散力为主(除极性很大且存在氢键的分子， 如 H2O外) 4、分子间力的影响因素 （1）分子间距离：分子间距离越大，分子间力越弱。 （2）取向力，温度越高，取向力越弱 （3）分子的偶极矩越大, 取向力越强。 （4）诱导力：极性分子的偶极矩越大，非极性分子的极化率越大 （5）色散力：分子的极化率越大, 色散力越强。 5、分子间力对物质性质的影响 一般来说,结构相似的同系

15、列物质，相对分子质量越大,分子变形性越大, 分子间力越强，熔、沸点越高。溶质或溶剂分子的变形性越大，分子间力越大，溶解度越大。 三、氢键三、氢键 同周期氢化物熔、沸点随相对分子质量的增大而升高，但 NH3、H2O、HF特殊。 1、氢键的形成 同种分子内的氢键： F 的电负性大， 其共用电子对强烈偏向 F， H 只有一个电子，其电子云偏向 F 后，几乎呈质子，对附近另一个 HF 分子中的 F 产生静电吸引作用，该静电吸引作用力为氢键。 同种分子间的氢键： 不同种分子间的氢键： 2、氢键的强度：可用氢键键能表示, 通式：XHY 即每拆开 1mol HY 键所需的能量。 氢键键能一般42kJmol-

16、1，远小于正常共价键键能，与分子间力差不多。 如 H2O 氢键键能为 1883 kJmol-1， OH 键能为 463 kJ mol-1 。 3、分子内的氢键 分子内氢键由于受环状结构的限制，XHY 往往不在同一直线上。 4、氢键形成对物质性质的影响 （1）熔、沸点 分子间的氢键存在使熔、沸点升高。如 HF、H2O、NH3 ； 分子内的氢键存在使熔、沸点降低。 （2）溶解度 在极性溶剂中，若溶质和溶剂间存在氢键，则会使溶质的溶解度增大。 如 HF、NH3 在 H2O 的溶解度较大。 （3）粘度增大 如 甘油、磷酸、浓硫酸均因分子间氢键的存在，为粘稠状液体。 （4）密度：液体分子间的氢键存在，使分子发生缔合现象。 小结小结