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1、第二章第二章 分子结构和分子间力、氢键分子结构和分子间力、氢键2.2 价键理论价键理论2.1 化学键理论的发展概况化学键理论的发展概况2.3 杂化轨道理论杂化轨道理论2.4 分子轨道理论分子轨道理论2.5 分子间力和氢键分子间力和氢键一、德国科学家一、德国科学家 科塞尔科塞尔 ( Kossel )2.1 化学键理论的发展概况化学键理论的发展概况 20 20世纪初，德国科学家世纪初，德国科学家世纪初，德国科学家世纪初，德国科学家科塞尔科塞尔科塞尔科塞尔提出了人们乐意接受提出了人们乐意接受提出了人们乐意接受提出了人们乐意接受的的的的离子键理论离子键理论离子键理论离子键理论，即分子中各，即分子中各，
2、即分子中各，即分子中各原子趋向获得稳定的如同稀原子趋向获得稳定的如同稀原子趋向获得稳定的如同稀原子趋向获得稳定的如同稀有气体的核外电子构型。而有气体的核外电子构型。而有气体的核外电子构型。而有气体的核外电子构型。而要达到这一构型，必须通过要达到这一构型，必须通过要达到这一构型，必须通过要达到这一构型，必须通过电子的得失来完成。电子的得失来完成。电子的得失来完成。电子的得失来完成。科塞尔科塞尔二、美国化学家二、美国化学家 路易斯路易斯 ( Lewis )2.1 化学键理论的发展概况化学键理论的发展概况 路易斯路易斯路易斯路易斯18751875年生于美国年生于美国年生于美国年生于美国马萨诸塞州。马
3、萨诸塞州。马萨诸塞州。马萨诸塞州。18961896、18991899年年年年先后在哈佛大学获得学士、先后在哈佛大学获得学士、先后在哈佛大学获得学士、先后在哈佛大学获得学士、博士学位。博士学位。博士学位。博士学位。19161916年提出年提出年提出年提出共享共享共享共享电子对的共价键理论电子对的共价键理论电子对的共价键理论电子对的共价键理论 ( (八隅八隅八隅八隅体规则体规则体规则体规则) )。19231923年提出酸碱电年提出酸碱电年提出酸碱电年提出酸碱电子理论。子理论。子理论。子理论。路易斯路易斯共价键理论共价键理论 (八隅体规则八隅体规则)HH2 2，NHNH3 3，HCNHCN 等分子都
4、符合八隅体规则。等分子都符合八隅体规则。等分子都符合八隅体规则。等分子都符合八隅体规则。但有不少的共价分子结构不符合八隅体规则，如：但有不少的共价分子结构不符合八隅体规则，如：三、三、1927年海特勒和伦敦用量子力学的薛定谔年海特勒和伦敦用量子力学的薛定谔方程研究氢分子，建立了方程研究氢分子，建立了现代价键理论现代价键理论。2.1 化学键理论的发展概况化学键理论的发展概况四、四、1931年鲍林提出了年鲍林提出了杂化轨道理论杂化轨道理论，发展了，发展了价键理论。价键理论。五、五、1931年莫立根和洪特提出年莫立根和洪特提出分子轨道理论分子轨道理论。E Es sE EA A2.2 价键理论价键理论
5、解氢分子体系的薛定谔方程，可得解氢分子体系的薛定谔方程，可得解氢分子体系的薛定谔方程，可得解氢分子体系的薛定谔方程，可得E Es s和和和和E EA A以及对应的以及对应的以及对应的以及对应的波函数：波函数：波函数：波函数：自旋方向相同自旋方向相同自旋方向相同自旋方向相同自旋方向相反自旋方向相反自旋方向相反自旋方向相反两个波函数同号重叠两个波函数同号重叠两个波函数异号重叠两个波函数异号重叠2.2 价键理论价键理论结论：结论：相同符号的原子轨道（或者说自旋方向相反相同符号的原子轨道（或者说自旋方向相反的成单电子）可以重叠形成稳定的共价键。的成单电子）可以重叠形成稳定的共价键。+- -+ +激发态
6、激发态激发态激发态基基基基 态态态态 1 22.2.1 价键理论的基本内容价键理论的基本内容1 1 1 1）自旋方向相反的成单电子可以配对形成共价键。）自旋方向相反的成单电子可以配对形成共价键。）自旋方向相反的成单电子可以配对形成共价键。）自旋方向相反的成单电子可以配对形成共价键。2 2 2 2）两成键电子所在的原子轨道重叠越多，形成的共）两成键电子所在的原子轨道重叠越多，形成的共）两成键电子所在的原子轨道重叠越多，形成的共）两成键电子所在的原子轨道重叠越多，形成的共价键越稳定（价键越稳定（价键越稳定（价键越稳定（最大重叠原理最大重叠原理最大重叠原理最大重叠原理）。）。）。）。2.2.2 共价
7、键的特征共价键的特征1 1）共价键有饱和性）共价键有饱和性例：例：例：例：7 7 N N：1s22s22p3 ，有有有有三个成单电子，一般可形三个成单电子，一般可形三个成单电子，一般可形三个成单电子，一般可形成三个共价键。成三个共价键。成三个共价键。成三个共价键。（N N2 2，NHNH3 3，NFNF3 3）2 2）共价键有方向性）共价键有方向性+ +- -+ + +- -+ + +- -+ + 除除除除 s s 轨道和轨道和轨道和轨道和 s s 轨道重叠无方向性限制外，其他原子轨道重叠无方向性限制外，其他原子轨道重叠无方向性限制外，其他原子轨道重叠无方向性限制外，其他原子轨道的重叠必须沿一
8、定的方向进行，才能满足最大重叠轨道的重叠必须沿一定的方向进行，才能满足最大重叠轨道的重叠必须沿一定的方向进行，才能满足最大重叠轨道的重叠必须沿一定的方向进行，才能满足最大重叠原理。考虑原理。考虑原理。考虑原理。考虑 HFHF 分子：分子：分子：分子：acb2.2.3 共价键的类型共价键的类型1 1 1 1） 键：原子轨道键：原子轨道键：原子轨道键：原子轨道以以以以“头碰头头碰头头碰头头碰头”方式方式方式方式沿键轴方向同号重沿键轴方向同号重沿键轴方向同号重沿键轴方向同号重叠，重叠部分对键叠，重叠部分对键叠，重叠部分对键叠，重叠部分对键轴呈圆柱状对称。轴呈圆柱状对称。轴呈圆柱状对称。轴呈圆柱状对称
9、。2 2 2 2） 键：原子轨键：原子轨键：原子轨键：原子轨道以道以道以道以“肩并肩肩并肩肩并肩肩并肩”方方方方式沿键轴方向同号式沿键轴方向同号式沿键轴方向同号式沿键轴方向同号重叠，重叠部分对重叠，重叠部分对重叠，重叠部分对重叠，重叠部分对键轴呈镜面反对称。键轴呈镜面反对称。键轴呈镜面反对称。键轴呈镜面反对称。轨道重叠轨道重叠轨道重叠轨道重叠电子云分布电子云分布电子云分布电子云分布2.2.3 共价键的类型共价键的类型 键和键和 键的特征比较：键的特征比较：特征特征 键键键键 键键键键原子轨道重叠方式原子轨道重叠方式 沿键轴方向相对重叠沿键轴方向相对重叠沿键轴方向平行重叠沿键轴方向平行重叠原子轨
10、道重叠部位原子轨道重叠部位 两原子核之间，在键两原子核之间，在键轴处轴处键轴上方和下方，键键轴上方和下方，键轴处为零轴处为零原子轨道重叠程度原子轨道重叠程度大大小小键的强度键的强度较大较大较小较小化学活泼性化学活泼性不活泼不活泼活泼活泼 一般共价单键都是一般共价单键都是一般共价单键都是一般共价单键都是 键；键；键；键；共价双键中含共价双键中含共价双键中含共价双键中含一一一一个个个个 键，键，键，键，一一一一个个个个 键；键；键；键；共价叁键中含共价叁键中含共价叁键中含共价叁键中含一一一一个个个个 键，两个键，两个键，两个键，两个 键。如：键。如：键。如：键。如：N N2 2 分子。分子。分子。
11、分子。2.2.4 键参数键参数1. 1. 1. 1. 键能键能键能键能E E: :在在在在 100kPa 100kPa 和和和和 298K 298K 下，将下，将下，将下，将1 1 1 1molmol 气态分子气态分子气态分子气态分子AB AB 拆开成气态拆开成气态拆开成气态拆开成气态A A和和和和B B原子时所需的能量。原子时所需的能量。原子时所需的能量。原子时所需的能量。 离解能离解能D D: :在在在在 100kPa100kPa 和和和和 298K298K 下，离解下，离解下，离解下，离解1 1 1 1molmol 气态气态气态气态分子分子分子分子中某一个键中某一个键中某一个键中某一个键
12、所需的能量。所需的能量。所需的能量。所需的能量。i）对双原子分子而言，离解能就是键能。）对双原子分子而言，离解能就是键能。 HClHCl (g) (g) ClCl (g) + (g) + HH (g) (g) D DH-Cl H-Cl = = E EH-Cl H-Cl = 431.2 = 431.2 kJ/molkJ/mol 注意键能与离解能的区别：注意键能与离解能的区别：如：如：如：如：D DH-H H-H = = E EH-H H-H = 436 = 436 kJ/molkJ/mol ； D DN N N N = = E EN N N N = 941.69 = 941.69 kJ/molk
13、J/mol 2.2.4 键参数键参数ii) 对多原子分子而言，多次离解能的平均值才是键能。对多原子分子而言，多次离解能的平均值才是键能。D D1 1= =435.34435.34kJ/molkJ/molCHCH4 4 (g) (g) CHCH3 3 (g) +(g) +H H (g) (g) CHCH3 3 (g) (g) CHCH2 2 (g) +(g) +H H (g) (g) CHCH2 2 (g) (g) CH CH (g) + (g) + H H (g) (g) CH CH (g) (g) C C (g) + (g) + H H (g) (g) D D2 2= =460.46460.
14、46kJ/molkJ/molD D3 3= =426.97426.97kJ/molkJ/molD D4 4= =339.07339.07kJ/molkJ/mol2.2.4 键参数键参数2.2.2.2.键长键长键长键长L L：分子中两原子核间的平衡距离：分子中两原子核间的平衡距离：分子中两原子核间的平衡距离：分子中两原子核间的平衡距离（pmpm）1)1)1)1)键长键长键长键长 ，核间距，核间距，核间距，核间距 ，分子不稳定性，分子不稳定性，分子不稳定性，分子不稳定性 。2)2)2)2)单键键长单键键长单键键长单键键长 双键键长双键键长双键键长双键键长 叁键键长。叁键键长。叁键键长。叁键键长。2
15、.2.4 键参数键参数3.3.3.3.键角键角键角键角 ：分子中键的夹角，反映了分子的空间几何构：分子中键的夹角，反映了分子的空间几何构：分子中键的夹角，反映了分子的空间几何构：分子中键的夹角，反映了分子的空间几何构型。键角一般通过光谱和型。键角一般通过光谱和型。键角一般通过光谱和型。键角一般通过光谱和X X射线衍射等实验测定。射线衍射等实验测定。射线衍射等实验测定。射线衍射等实验测定。水分子结构示意图水分子结构示意图 应用价键理论可以解释一些简单分子如应用价键理论可以解释一些简单分子如H2O，N2的结构，但不能解释诸如的结构，但不能解释诸如CH4等分子的空间构型。等分子的空间构型。N N结构
16、示意图结构示意图104.5104.5 2.3 杂化轨道理论杂化轨道理论基本内容：基本内容：在形成分子时，中心原子的若干不同类在形成分子时，中心原子的若干不同类型、能量接近的原子轨道会混杂平均化，重新分配型、能量接近的原子轨道会混杂平均化，重新分配能量和调整空间方向，组成数目相同，能量相等的能量和调整空间方向，组成数目相同，能量相等的新的原子轨道（新的原子轨道（杂化轨道杂化轨道）。）。杂化过程杂化过程杂化过程杂化过程杂化轨道杂化轨道杂化轨道杂化轨道2.3 杂化轨道理论杂化轨道理论杂化过程：杂化过程：a)a)激发激发 b) b)杂化杂化 c) c)成键成键激发激发成键成键杂化杂化nsnsnpnpn
17、pnpnsnsspsp3 3spsp3 3-x-x杂化轨道特征：杂化轨道特征：杂化轨道特征：杂化轨道特征：1. 1. 1. 1. 经杂化后轨道能量和成分均发生了变化。经杂化后轨道能量和成分均发生了变化。经杂化后轨道能量和成分均发生了变化。经杂化后轨道能量和成分均发生了变化。2. 2. 2. 2. 轨道形状改变。轨道形状改变。轨道形状改变。轨道形状改变。3. 3. 3. 3. 杂化后轨道与其它原子的成键能力增强。杂化后轨道与其它原子的成键能力增强。杂化后轨道与其它原子的成键能力增强。杂化后轨道与其它原子的成键能力增强。2.3.1 sp 杂化杂化1个个s 轨道和轨道和1个个p 轨道的杂化。如轨道的
18、杂化。如BeCl2 的形成：的形成：1717Cl: Cl: 1s1s2 2 2s2s2 2 2p2p6 6 3s3s2 2 3p3p5 53s3s2 23p3p5 51717Cl: Cl: 1s1s2 2 2s2s2 2 2p2p6 6 3s3s2 2 3p3p5 53s3s2 23p3p5 52s2s2p2p激发激发激发激发2s2s2p2p杂化杂化杂化杂化spsp杂化轨道杂化轨道杂化轨道杂化轨道2p2pBe Be 原子轨道原子轨道BeClCl2.3.1 sp 杂化杂化1. BeCl2 分子含两个分子含两个 键，键，空间构型为直线形，因为空间构型为直线形，因为sp 杂化轨道为直线形。杂化轨道为
19、直线形。因此：因此：因此：因此：2. 键角键角 = 1803. 每个每个sp 杂化轨道均含有杂化轨道均含有1/2的的s 成分和成分和1/2的的p 成分。成分。sp sp 杂化轨道杂化轨道杂化轨道杂化轨道2.3.2 sp2 杂化杂化1个个s 轨道和轨道和2个个p 轨道的杂化。如轨道的杂化。如BF3 的形成：的形成：9 9F: F: 1s1s2 2 2s2s2 2 2p2p5 52s2s2 22p2p5 59 9F: F: 1s1s2 2 2s2s2 2 2p2p5 52s2s2 22p2p5 59 9F: F: 1s1s2 2 2s2s2 2 2p2p5 52s2s2 22p2p5 52s2s2
20、p2p激发激发激发激发2s2s2p2p杂化杂化杂化杂化spsp2 2杂化轨道杂化轨道杂化轨道杂化轨道2p2pB B 原子轨道原子轨道2.3.2 sp2 杂化杂化4. BF3分子分子含含 3 个个 键。键。2. 杂化轨道之间的键角杂化轨道之间的键角 = 120。1. 每个每个sp2 杂化轨道均含有杂化轨道均含有1/3的的s 成分和成分和2/3的的p 成分。成分。3. BF3分子为平面正三角分子为平面正三角形。形。因此：因此：因此：因此：sp2 杂化轨道杂化轨道2.3.3 sp3 杂化杂化1个个s 轨道和轨道和3个个p 轨道的杂化。如轨道的杂化。如CH4 的形成：的形成：C C 原子轨道原子轨道2
21、s2s2p2p激发激发激发激发2s2s2p2p杂化杂化杂化杂化spsp3 3杂化轨道杂化轨道杂化轨道杂化轨道2.3.3 sp3 杂化杂化因此：因此：因此：因此：4. CH4分子分子含含 4 个个 键。键。2. 杂化轨道之间的键角杂化轨道之间的键角 = 10928 1. 每个每个sp3 杂化轨道均含有杂化轨道均含有1/4的的s 成分和成分和3/4的的p 成分。成分。3. CH4分子的空间构型为分子的空间构型为正四面体。正四面体。CHCH4 4 分子空间构型分子空间构型分子空间构型分子空间构型等性杂化小结等性杂化小结1）有）有n 个原子轨道参与杂化，就能形成个原子轨道参与杂化，就能形成n 个杂化个
22、杂化轨道。轨道。2）所有）所有s 轨道和轨道和p 轨道杂化所形成的杂化轨道形轨道杂化所形成的杂化轨道形状都是一头大，一头小。状都是一头大，一头小。3）所有）所有由由杂化轨道形成的共价键都是杂化轨道形成的共价键都是 键键。4）分子的空间构型都是由杂化轨道在空间的伸展）分子的空间构型都是由杂化轨道在空间的伸展方向所决定的。方向所决定的。5）只有能量相近的原子轨道才能有效杂化。这时）只有能量相近的原子轨道才能有效杂化。这时电子激发所需要的能量由成键时所释放的能量予以电子激发所需要的能量由成键时所释放的能量予以补偿。补偿。2.3.4 CO2分子的结构分子的结构2s2s2p2p激发激发激发激发2s2s2
23、p2p杂化杂化杂化杂化spsp杂化轨道杂化轨道杂化轨道杂化轨道C C 原子轨道原子轨道2p2p 经实验测得经实验测得CO2分子为直线形，试用杂化轨道理分子为直线形，试用杂化轨道理论解释之。论解释之。 根据直线形结构，根据直线形结构，C 原子杂化方式为原子杂化方式为 sp 杂化：杂化：8 8O: O: 1s1s2 2 2s2s2 2 2p2p4 48 8O: O: 1s1s2 2 2s2s2 2 2p2p4 42s2s2 22p2p4 42s2s2 22p2p4 4所以所以所以所以COCO2 2分子的分子的分子的分子的结构为：结构为：结构为：结构为：OO C C OO 大大键键大大大大 键：包含
24、三个或三个以上原子的键：包含三个或三个以上原子的键：包含三个或三个以上原子的键：包含三个或三个以上原子的 键键键键形成条件：形成条件：形成条件：形成条件：1. 1.原子在同一平面上原子在同一平面上原子在同一平面上原子在同一平面上2. 2.每个原子的每个原子的每个原子的每个原子的p p轨道相互平行轨道相互平行轨道相互平行轨道相互平行3. 3.p p电子总数电子总数电子总数电子总数 2 2 p p原子轨道数原子轨道数原子轨道数原子轨道数表示方式：表示方式：SOOSOO含有大含有大含有大含有大 键的分子有很多，如：键的分子有很多，如：键的分子有很多，如：键的分子有很多，如：SOSO2 2， SO S
25、O3 3，COClCOCl2 2，OO3 3，HNOHNO3 3，C C6 6HH6 6等等等等2.3.5 有机化合物分子的结构有机化合物分子的结构1）苯分子）苯分子 (C6H6) 的结构：的结构：2s2s2p2pC C原子原子激发激发激发激发2s2s2p2p杂化杂化杂化杂化spsp2 2杂化轨道杂化轨道杂化轨道杂化轨道2p2pz z在苯分子中和每个在苯分子中和每个在苯分子中和每个在苯分子中和每个C C原子相原子相原子相原子相邻的有另邻的有另邻的有另邻的有另2 2个个个个C C原子和原子和原子和原子和1 1个个个个HH原子。原子。原子。原子。大大大大 键键键键2.3.5 有机化合物分子的结构有
26、机化合物分子的结构2 2）乙烷分子）乙烷分子）乙烷分子）乙烷分子( (C C2 2HH6 6) )的结构：的结构：的结构：的结构：3 3）乙烯分子）乙烯分子）乙烯分子）乙烯分子( (C C2 2HH4 4) )的结构：的结构：的结构：的结构：spsp3 3-sp-sp3 3 键键键键spsp3 3-s -s 键键键键spsp2 2-sp-sp2 2 键键键键spsp2 2-s -s 键键键键 z z 键键键键120120 因为乙烯分子中因为乙烯分子中因为乙烯分子中因为乙烯分子中C C原子原子原子原子采取采取采取采取spsp2 2的杂化方式，所的杂化方式，所的杂化方式，所的杂化方式，所以为平面型
27、分子，键角以为平面型分子，键角以为平面型分子，键角以为平面型分子，键角=120=120 乙烷分子的结构乙烷分子的结构乙烷分子的结构乙烷分子的结构2.3.5 有机化合物分子的结构有机化合物分子的结构4 4）乙炔分子）乙炔分子）乙炔分子）乙炔分子( (C C2 2HH2 2 ) )的结构：的结构：的结构：的结构：乙烯分子的平面结构乙烯分子的平面结构乙烯分子的平面结构乙烯分子的平面结构乙炔分子为直线形分子乙炔分子为直线形分子乙炔分子为直线形分子乙炔分子为直线形分子乙烯分子的立体结构乙烯分子的立体结构乙烯分子的立体结构乙烯分子的立体结构sp-sp sp-sp 键键键键 z z 键键键键 y y 键键键
28、键sp-s sp-s 键键键键乙炔分子的立体结构乙炔分子的立体结构乙炔分子的立体结构乙炔分子的立体结构2.3.6 不等性杂化不等性杂化 由于参与杂化的轨道中存在有孤对电子，使杂化由于参与杂化的轨道中存在有孤对电子，使杂化由于参与杂化的轨道中存在有孤对电子，使杂化由于参与杂化的轨道中存在有孤对电子，使杂化后的各轨道所含后的各轨道所含后的各轨道所含后的各轨道所含s s s s和和和和p p p p成分不完全相等，这样的杂化轨成分不完全相等，这样的杂化轨成分不完全相等，这样的杂化轨成分不完全相等，这样的杂化轨道称为道称为道称为道称为不等性杂化轨道不等性杂化轨道不等性杂化轨道不等性杂化轨道。1）氨分子
29、）氨分子 (NH3) 的结构：的结构：不等性不等性不等性不等性 sp sp3 3 杂化轨道杂化轨道杂化轨道杂化轨道2s2s2p2pN N 原子轨道原子轨道1-3a a a a1-3a a a a孤对电子孤对电子孤对电子孤对电子2.3.6 不等性杂化不等性杂化HHHN氨分子的空间结构示意图氨分子的空间结构示意图氨分子的空间结构示意图氨分子的空间结构示意图氨分子氨分子氨分子氨分子NHNH3 3的结构特点：的结构特点：的结构特点：的结构特点：1. 1. 氨分子中键角氨分子中键角氨分子中键角氨分子中键角 10928 。2. 2. 氨分子的空间构型为三角锥形。氨分子的空间构型为三角锥形。氨分子的空间构型
30、为三角锥形。氨分子的空间构型为三角锥形。3. 3. 氨分子有一对孤对电子。氨分子有一对孤对电子。氨分子有一对孤对电子。氨分子有一对孤对电子。107N NHHHHHH2.3.6 不等性杂化不等性杂化2）水分子）水分子 (H2O) 的结构：的结构：水分子的空间结构示意图水分子的空间结构示意图水分子的空间结构示意图水分子的空间结构示意图2s2s2p2p2 2对孤对电子对孤对电子对孤对电子对孤对电子4 4个不等性个不等性个不等性个不等性spsp3 3杂化轨道杂化轨道杂化轨道杂化轨道OO原子轨道原子轨道原子轨道原子轨道2.3.6 不等性杂化不等性杂化水分子水分子水分子水分子HH2 2OO的结构特点：的结
31、构特点：的结构特点：的结构特点：1. 1. 水分子有水分子有水分子有水分子有 2 2 对孤对电子。对孤对电子。对孤对电子。对孤对电子。2. 2. 水分子中键角水分子中键角水分子中键角水分子中键角 NO NO键能：键能：键能：键能：NONO+ + NO NO2.4.4.2 异核双原子分子或离子异核双原子分子或离子c)c) HFHF 分子，含分子，含分子，含分子，含10101010个电子。个电子。个电子。个电子。 1 1nbnb 2 2nbnb1s1s 3 3 4 4* * y ynbnb2p2p2s2sH H 的的的的AOAOF F 的的的的AOAOHFHF 的的的的MOMO z znbnb1s
32、1sHF HF 分子轨道表示式如下：分子轨道表示式如下：分子轨道表示式如下：分子轨道表示式如下：HFHF： ( ( 1 1nbnb) )2 2 ( ( 2 2nbnb) )2 2 ( ( 3 3) )2 2 ( ( y ynbnb) )2 2( ( z znbnb) )2 2 HF HF 分子键级分子键级分子键级分子键级 = = 1 1 ，有，有，有，有1 1个个个个 键。键。2.5 分子间力和氢键分子间力和氢键OO2 2 (g) (g) OO2 2 (l) (l) COCO2 2 (g) (g) COCO2 2 (s) (s) 这种分子间的相互作用力就是分子间力，称为这种分子间的相互作用力就
33、是分子间力，称为这种分子间的相互作用力就是分子间力，称为这种分子间的相互作用力就是分子间力，称为范德华力范德华力范德华力范德华力。1. 1. 分子的偶极矩和极性分子的偶极矩和极性2. 2. 分子的变形性和极化率分子的变形性和极化率3. 3. 分子间力分子间力4. 4. 分子间力对物质性质的影响分子间力对物质性质的影响分子的偶极矩和极性分子的偶极矩和极性HHClCl + - - 分子内的正电荷中心称为分子内的正电荷中心称为分子内的正电荷中心称为分子内的正电荷中心称为正极正极正极正极；分子内的负电荷中心称为分子内的负电荷中心称为分子内的负电荷中心称为分子内的负电荷中心称为负极负极负极负极；分子；分
34、子；分子；分子的正极和负极称为的正极和负极称为的正极和负极称为的正极和负极称为偶极偶极偶极偶极。偶极矩偶极矩偶极矩偶极矩正负电荷中心距离正负电荷中心距离正负电荷中心距离正负电荷中心距离偶极一端电荷偶极一端电荷偶极一端电荷偶极一端电荷1 1）P P为矢量，方向由正极到负极。为矢量，方向由正极到负极。为矢量，方向由正极到负极。为矢量，方向由正极到负极。2 2）P P 越大，分子极性越大；越大，分子极性越大；越大，分子极性越大；越大，分子极性越大； P P = 0= 0，为非极性分子。，为非极性分子。，为非极性分子。，为非极性分子。3 3）P P 一般一般一般一般由实验得到。由实验得到。由实验得到。
35、由实验得到。非极性分子：非极性分子：正、负极重合，正、负极重合，正、负极重合，正、负极重合，P P = 0= 0。 同核双原子分子和一些结构对称同核双原子分子和一些结构对称同核双原子分子和一些结构对称同核双原子分子和一些结构对称的多原子分子均为非极性分子。如：的多原子分子均为非极性分子。如：的多原子分子均为非极性分子。如：的多原子分子均为非极性分子。如：HH2 2, , ClCl2 2, , COCO2 2, , CHCH4 4, , BFBF3 3等。等。等。等。极性分子：极性分子：正、负极不重合，正、负极不重合，正、负极不重合，正、负极不重合，P P 0 0。 异核双原子分子和大部分多原子
36、异核双原子分子和大部分多原子异核双原子分子和大部分多原子异核双原子分子和大部分多原子分子均为极性分子。如：分子均为极性分子。如：分子均为极性分子。如：分子均为极性分子。如：HClHCl, , HFHF, , NHNH3 3, , HH2 2OO等。等。等。等。N NHHHHHH分子的偶极矩和极性分子的偶极矩和极性分子的变形性和极化率分子的变形性和极化率+ + + + +- - - - - - - - - - - - - -+ +1. 1. 非极性分子在外电场作用下：非极性分子在外电场作用下：非极性分子在外电场作用下：非极性分子在外电场作用下：a) a) 无外电场作用无外电场作用无外电场作用无外
37、电场作用b) b) 在电场中变形极化在电场中变形极化在电场中变形极化在电场中变形极化在外电场作用下产生的偶极称为在外电场作用下产生的偶极称为在外电场作用下产生的偶极称为在外电场作用下产生的偶极称为诱导偶极，诱导偶极，诱导偶极，诱导偶极， 称为称为称为称为分子的极化率分子的极化率分子的极化率分子的极化率，是衡量分子变形性大小的量，是衡量分子变形性大小的量，是衡量分子变形性大小的量，是衡量分子变形性大小的量度。通常分子中电子数越多，电子云越弥散，度。通常分子中电子数越多，电子云越弥散，度。通常分子中电子数越多，电子云越弥散，度。通常分子中电子数越多，电子云越弥散， 越大。越大。越大。越大。2. 2
38、. 极性分子在外电场作用下：极性分子在外电场作用下：极性分子在外电场作用下：极性分子在外电场作用下：- - - -+ + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - -+ +取向取向取向取向极化极化极化极化分子的变形性和极化率分子的变形性和极化率P P P P瞬时瞬时瞬时瞬时 ：分子内部原子核和电子的相对位置不时地发：分子内部原子核和电子的相对位置不时地发：分子内部原子核和电子的相对位置不时地发：分子内部原子核和电子的相对位置不时地发生变化，分子发生瞬间极化变形。生变化，分子发生瞬
39、间极化变形。生变化，分子发生瞬间极化变形。生变化，分子发生瞬间极化变形。瞬时偶极示意动画瞬时偶极示意动画分子的变形性和极化率分子的变形性和极化率瞬时偶极示意动画瞬时偶极示意动画2.5.1 分子间力分子间力+ +- - - -+ +- - - -+ +- - - -+ +- - - -+ + - - - -+ +- - - -+ +- - - -+ +- - - -+ +- - - - 一般分子间一般分子间一般分子间一般分子间( ( ( (强极性分子除外强极性分子除外强极性分子除外强极性分子除外) ) ) )，三类力中以色散力，三类力中以色散力，三类力中以色散力，三类力中以色散力最大！分子的极化
40、率最大！分子的极化率最大！分子的极化率最大！分子的极化率 越大，色散力越大。越大，色散力越大。越大，色散力越大。越大，色散力越大。2.5.1 分子间力分子间力总结：范德华力的特征总结：范德华力的特征 1.1.范德华力范德华力 = F = F取向取向+F+F诱导诱导+F+F色散色散分子极性分子极性 F F取向取向 ；分子极化率；分子极化率 F F色散色散 2. 2.力的大小比化学键小力的大小比化学键小1 12 2个数量级个数量级 3. 3.力无方向性和饱和性力无方向性和饱和性 4. 4.力的作用范围：力的作用范围：300300pmpm 500500pmpm2.5.1 分子间力分子间力温温温温 度
41、度度度F F2 2 ClCl2 2 BrBr2 2 I I2 2HCl HBr HIHCl HBr HI分子间力增大，分子间力增大，分子间力增大，分子间力增大，熔、沸点升高。熔、沸点升高。熔、沸点升高。熔、沸点升高。2.5.2 氢键氢键1. 1. 1. 1. 氢键的形成氢键的形成氢键的形成氢键的形成(1)(1)(1)(1) H H 原子必须与分子中一个电负性很大的原子以共原子必须与分子中一个电负性很大的原子以共原子必须与分子中一个电负性很大的原子以共原子必须与分子中一个电负性很大的原子以共价键相结合。价键相结合。价键相结合。价键相结合。(2) (2) (2) (2) 另一分子中必须存在含有孤对
42、电子、电负性大且另一分子中必须存在含有孤对电子、电负性大且另一分子中必须存在含有孤对电子、电负性大且另一分子中必须存在含有孤对电子、电负性大且半径小的原子。半径小的原子。半径小的原子。半径小的原子。2. 2. 2. 2. 氢键的特征氢键的特征氢键的特征氢键的特征(1)(1)(1)(1) 氢键的大小介于分子间力和化学键之间。氢键的大小介于分子间力和化学键之间。氢键的大小介于分子间力和化学键之间。氢键的大小介于分子间力和化学键之间。(2)(2)(2)(2) 氢键有饱和性和方向性。氢键有饱和性和方向性。氢键有饱和性和方向性。氢键有饱和性和方向性。2.5.2 氢键氢键(1) (1) (1) (1) 分
43、子间氢键形成示意图：分子间氢键形成示意图：分子间氢键形成示意图：分子间氢键形成示意图：(2) (2) (2) (2) 分子内氢键形成示意图：分子内氢键形成示意图：分子内氢键形成示意图：分子内氢键形成示意图：邻邻邻邻位位位位形形形形成成成成氢氢氢氢键键键键间间间间位位位位不不不不形形形形成成成成氢氢氢氢键键键键动动 画画氢键氢键氢键氢键冰中的氢键冰中的氢键温温温温 度度度度2.5.2 氢键氢键存在氢键的物质熔、沸点高存在氢键的物质熔、沸点高存在氢键的物质熔、沸点高存在氢键的物质熔、沸点高氢键影响物质的溶解度氢键影响物质的溶解度氢键影响物质的溶解度氢键影响物质的溶解度2.5.2 氢键氢键DNADNA结构示意图结构示意图结构示意图结构示意图
