分子结构和分子间力.ppt

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1、第 1 页关于分子结构和分子间力现在学习的是第1页，共70页第 2 页2.1.1 共价键的本质与特点共价键的本质与特点2.1 价键理论价键理论2.1.2 共价键的键型共价键的键型2.1.3 键参数键参数现在学习的是第2页，共70页第 3 页离子键理论分子轨道理论价键理论2.1.1 共价键的本质与特点共价键的本质与特点化学键： 分子或晶体中相邻原子(或离子)之间强烈的吸引作用。化学键理论：金属键理论共价键理论现在学习的是第3页，共70页第 4 页1.量子力学处理H2分子的结果 两个氢原子电子自旋方式相反，靠近、重叠，核间形成一个电子概率密度较大的区域。系统能量降低，形成氢分子。 核间距 R0为7

2、4 pm。 共价键的本质原子轨道重叠，核间电子概率密度大吸引原子核而成健。现在学习的是第4页，共70页第 5 页2.价键理论基本要点与共价键的特点价键理论基本要点：未成对价电子自旋方式相反；原子轨道最大程度地重叠。共价键的特点：方向性饱和性H ClH O HN N现在学习的是第5页，共70页第 6 页1.键： 原子轨道沿核间联线方向进行同号重叠(头碰头)。2.1.2 共价键的类型共价键的类型现在学习的是第6页，共70页第 7 页2.键： 两原子轨道垂直核间联线并相互平行进行同号重叠(肩并肩)。现在学习的是第7页，共70页第 8 页3.配位键形成条件：成键原子一方有孤对电子， 另一方有空轨道。4

3、NH4BFCO22p2s242p2s2HNHHHFBFFF例：OC现在学习的是第8页，共70页第 9 页2.1.3 键参数键参数4 键矩与部分电荷键矩与部分电荷3 键角键角2 键长键长1 键能键能现在学习的是第9页，共70页第 10 页 在双原子分子中，于100kPa下将气态分子断裂成气态原子所需要的能量。D(HCl)=432kJmol-1, D(ClCl)=243kJ mol-1 在多原子分子中，断裂气态分子中的某一个键，形成两个“碎片”时所需要的能量叫做此键的解离能。112molkJ429)HO( O(g)H(g)HO(g)molkJ499)OHH( OH(g)H(g)O(g)HDD1 键

4、能键能键解离能（D）现在学习的是第10页，共70页第 11 页H2O(g) = 2H(g) + O(g) -12atmmolkJ928)HO()OHH()OH(DDE 原子化能 Eatm：气态的多原子分子的键全部断裂形成各组成元素的气态原子时所需要的能量。例如： 键能、键解离能与原子化能的关系：双原子分子：键能 = 键解离能 E(H) =D(H)多原子分子：原子化能 = 全部键能之和atm(H2O) = 2(OH) 键焓与键能近似相等，实验测定中，常常得到的是键焓数据。现在学习的是第11页，共70页第 12 页键能与标准摩尔反应焓变)HH(2E4H(g) + 2O(g) 2H2 (g) + O

5、2(g) 2H2O(g)4E(OH)E(O O).mrH)HO(4)O O()HH(2mrEEEH.)()(mr生成物反应物EEH现在学习的是第12页，共70页第 13 页 分子中两原子核间的平衡距离称为键长。例如，H2分子，l = 74pm。共价键键 长l/pm键能E/(kJmol-1)共价键键 长l/pm键能E/(kJmol-1)HF92570HH74436HCl127432CC154346HBr141366C C134602HI161298C C120835FF141159NN145159ClCl199243N N110946BrBr228193CH109414II267151OH964

6、642 键长键长现在学习的是第13页，共70页第 14 页 由表数据可见，HF， HCl， HBr， HI 键长依次递增，而键能依次递减；单键、双键及叁键的键长依次缩短，键能依次增大，但与单键并非两倍、叁倍的关系。现在学习的是第14页，共70页第 15 页 键角和键长是反映分子空间构型的重要参数，它们均可通过实验测知。3 键角键角N:FFFo102C = OClCl21124o18111oC = CHHHHo121o118N:HH18107oHP:HHH1893oH现在学习的是第15页，共70页第 16 页 键矩是表示键的极性的物理量记作 。 = q l 式中 q 为电量，l 为核间距。为矢量

7、，例如，实验测得HClClH mC1057.3304 键矩与部分电荷键矩与部分电荷现在学习的是第16页，共70页第 17 页键参数小结：键的极性键矩()键的强度键级(BO)键能(E)分子的空间构型键角( )键长(l)现在学习的是第17页，共70页第 18 页基本要点：成键时能级相近的价电子轨道混合杂 化，形成新的价电子轨道杂化轨道。杂化前后轨道数目不变。杂化后轨道伸展方向，形状发生改变。2.2 杂化轨道杂化轨道现在学习的是第18页，共70页第 19 页CH4的空间构型为正四面体p2s2C：2s22p21.sp3杂化现在学习的是第19页，共70页第 20 页激发s2p2的形成4CHp2s2杂化3

8、spsp3现在学习的是第20页，共70页第 21 页四个sp3杂化轨道现在学习的是第21页，共70页第 22 页s2p2B： 2s22p12.sp2杂化BFFFBF3的空间构型为平面三角形现在学习的是第22页，共70页第 23 页的形成3BF激发s2p2p2s2sp2sp2杂化现在学习的是第23页，共70页第 24 页三个sp2杂化轨道现在学习的是第24页，共70页第 25 页s2p2Be：2s23.sp杂化BH2的空间构型为直线形HHBe激发s2p2p2s2spsp杂化Be采用sp杂化生成BeH2现在学习的是第25页，共70页第 26 页两个sp杂化轨道现在学习的是第26页，共70页第 27

9、 页3NH18107HNH杂化3sp4.不等性sp3杂化2ps2现在学习的是第27页，共70页第 28 页30104HOH OH2杂化3sp2ps23sp现在学习的是第28页，共70页第 29 页sp3d杂化现在学习的是第29页，共70页第 30 页sp3d2杂化现在学习的是第30页，共70页第 31 页小结：杂化轨道的类型与分子的空间构型中心原子Be(A)B(A)C,Si(A)N,P(A)O,S(A)Hg(B)2BeCl2HgCl3PH4CH3BF4SiCl3BCl3NHSH2OH2直线形 三角形 四面体 三角锥 V型杂化轨道类型 sp sp2 sp2不等性sp3s+ps+(3)ps+(2)

10、ps+(3)p参加杂化的轨道2443杂化轨道数 18028 109 9028 109 120成键轨道夹角分子空间构型实例现在学习的是第31页，共70页第 32 页思考题：解释CH4，C2H2，CO2的分子构型。42HC已知： C2H2，CO2均为直线型；的构型为：C = CHHHHo121o118现在学习的是第32页，共70页第 33 页中心原子的价层电子对数的计算方法可用公式 ： （V/2）计算 式中：V为中心原子与配位原子价电子数之和 （若有电荷，必须计入） n 为分子中非氢配位原子之和ABx分子的空间构型决定于中心原子的价层电子对数： 现在学习的是第33页，共70页第 34 页2对现在学

11、习的是第34页，共70页第 35 页3对现在学习的是第35页，共70页第 36 页4对现在学习的是第36页，共70页第 37 页5对现在学习的是第37页，共70页第 38 页6对现在学习的是第38页，共70页第 39 页孤对电子对分子空间构型的影响 A、 孤对电子对：原子中未参与共价键的价电子对 B、 孤对电子对的计算：按下式： Lp = Vp N 式中：Lp孤对电子对数； Vp 价电子对数； N 配位原子数现在学习的是第39页，共70页第 40 页孤对电子对分子空间构型的影响 AB3EAB2E2AB4现在学习的是第40页，共70页第 41 页孤对电子对分子空间构型的影响 AB4EAB3E2A

12、B2E3AB5现在学习的是第41页，共70页第 42 页孤对电子对分子空间构型的影响 AB6AB5EAB4E2现在学习的是第42页，共70页第 43 页 2.4.1 分子轨道分子轨道2.4 分子轨道理论分子轨道理论*2.4.4 关于原子轨道和关于原子轨道和 分子轨道的对称性分子轨道的对称性 2.4.3 异核双原子分子异核双原子分子 2.4.2 同核双原子分子同核双原子分子现在学习的是第43页，共70页第 44 页 分子轨道：是以多个原子核为中心构成的多中心轨道，分子轨道波函数也是 Schrodinger 方程的解。可以采取原子轨道线性组合的方法求得分子轨道的波函数。例如： A+BABbbaaI

13、CCbbaa CC贡献程度。分子轨道的系数，表示原子轨道对，反键分子轨道。成键分子轨道；原子轨道，式中： CC2.4.1 分子轨道分子轨道现在学习的是第44页，共70页第 45 页成键三原则：能量相近能量相近对称性匹配对称性匹配最大重叠最大重叠现在学习的是第45页，共70页第 46 页反键分子轨道成键分子轨道 原子轨道 原子轨道 1s 1s*1s1s节面原子轨道与分子轨道的形状。原子轨道与分子轨道的能量。现在学习的是第46页，共70页第 47 页原子轨道与分子轨道的形状。2pZ,A2pZ,A2pZ,B2pZ,B原子轨道分子轨道zp2反键zp2成键现在学习的是第47页，共70页第 48 页2pZ

14、,A2pZ,B原子轨道分子轨道xp2反键xp2成键原子轨道与分子轨道的形状。现在学习的是第48页，共70页第 49 页反键电子数）成键电子数 (21B.O键级2*p24p22p22*2222) () ()()()(OssKK2p24p22*2222*1212)() ()()()()(NssssB.O =1/2 ( 8 - 4 ) = 2B.O = 1/2( 10 - 4 ) = 3键级键级现在学习的是第49页，共70页第 50 页O2 (O,F)2.4.2 同核双原子分子同核双原子分子第二周期同核双原子分子现在学习的是第50页，共70页第 51 页N2 （B,C,N)第二周期同核双原子分子现在

15、学习的是第51页，共70页第 52 页分子轨道电子排布式：2p22p22p22*s22s2)() () ()()(yxKK2*p24p22p22*s22s22) () ()()()(OKK1*2p1*2p2p22p22p22*s22s2) () () () ()()()(yxyxKK或或反键电子数）成键电子数 (21B.O2p24p22*s22s22*s12s12)() ()()()()(N有两个三电子键，具有顺磁性。:O O:键级B.O =1/2 ( 8 - 4 ) = 2B.O = 1/2( 10 - 4 ) = 3现在学习的是第52页，共70页第 53 页HF分子的电子构型：4222 1

16、321 2.4.3 异核双原子分子异核双原子分子现在学习的是第53页，共70页第 54 页x)(2c旋转180 x变。的数值恢复，且符号不，为旋转轴，每旋转对称：若以 180 ox*2.4.4 关于原子轨道和关于原子轨道和 分子轨道的对称性分子轨道的对称性对称。轨道为例如， px现在学习的是第54页，共70页第 55 页现在学习的是第55页，共70页第 56 页 x)(2co180 x旋转 对称：绕 x 轴旋转180，形状不变，符号改变。例如：原子轨道pz，py，dxy，dxz，dyz为对称。现在学习的是第56页，共70页第 57 页2.5 分子间作用力2.5.1 分子间的吸引作用2.5.2

17、氢键现在学习的是第57页，共70页第 58 页非极性分子的瞬时偶极之间的相互作用 分子间具有吸引作用的根本原因：任何分子都有正、负电中心；任何分子都有变形的性能。由于瞬时偶极而产生的分子间相互作用。2.5.1 分子间的吸引作用分子间的吸引作用1.色散作用(色散力)：+_+_+_一大段时间内的大体情况色散力与分子极化率有关。大,色散力大。每一瞬间+_+_现在学习的是第58页，共70页第 59 页2.诱导作用(诱导力)：决定诱导作用强弱的因素： 极性分子的偶极矩： 愈大，诱导作用愈强。 非极性分子的极化率： 愈大，诱导作用愈强。由于诱导偶极而产生的分子间相互作用。+_分子离得较远分子靠近时+_+_

18、现在学习的是第59页，共70页第 60 页 两个极性分子相互靠近时，由于同极相斥、异极相吸，分子发生转动，并按异极相邻状态取向，分子进一步相互靠近。3.取向作用(趋向力)： 两个固有偶极间存在的同极相斥、异极相吸的定向作用称为取向作用。+_+_+_+_+_+_分子离得较远趋向诱导现在学习的是第60页，共70页第 61 页思考：1.取向作用的大小取决于什么因素？2.极性分子之间除了有取向作用以外，还有什么作用？分子极性 色散作用 诱导作用 取向作用 非-非 非-极 极-极 现在学习的是第61页，共70页第 62 页 分子间力是三种吸引力的总称，其大小一般为几 kJmol1，比化学键小 12 个数

19、量级。分子取向能诱导能色散能总和HeArXeCOCCl4HClHBrHIH2ONH30000.0002101.20.390.02111.95.20000.003700.360.280.100.650.630.052.9184.61167.815332.65.60.052.9184.61169.416331511分子间的吸引作用(1022 J)现在学习的是第62页，共70页第 63 页分子间力的特点： 不同情况下，分子间力的组成不同。例如，非极性分子之间只有色散力；极性分子之间有三种力，并以色散力为主，仅仅极性很大的H2O 分子例外。 分子间力作用的范围很小(一般是300500pm)。 分子间作

20、用力较弱，既无方向性又无饱和性。现在学习的是第63页，共70页第 64 页分子量色散作用分子间力沸点熔点水中溶解度HeNeAr Kr Xe小大小大小大小大低高小大 决定物质的熔、沸点、气化热、熔化热、蒸气压、溶解度及表面张力等物理性质的重要因素。分子间力的意义：现在学习的是第64页，共70页第 65 页2.5.2 氢键氢键现在学习的是第65页，共70页第 66 页 HF HCl HBr HI沸点/0C 85.0 66.7 35.419.9极化率 小 大色散作用 弱 强沸点 低 高HF为何反常的高？原因存在氢键。 HF 分子中，共用电子对强烈偏向电负性大的 F 原子一侧。在几乎裸露的 H 原子核

21、与另一个 HF 分子中 F 原子的某一孤对电子之间产生的吸引作用称为氢键。现在学习的是第66页，共70页第 67 页氢键的形成条件：分子中有H和电负性大、半径小且有孤对电子的元素(F ，O，N)形成氢键。 键长特殊：FH F 270pm 键能小 E(FH F) 28kJmol1 具有饱和性和方向性氢键的特点：现在学习的是第67页，共70页第 68 页 除了HF、H2O、NH3 有分子间氢键外，在有机羧酸、醇、酚、胺、氨基酸和蛋白质中也有氢键的存在。例如：甲酸靠氢键形成二聚体。HCOOHHOOHC 除了分子间氢键外，还有分子内氢键。例如，硝酸的分子内氢键使其熔、沸点较低。现在学习的是第68页，共70页第 69 页作业： P84： 1,3,5,8, 10,11,12,13现在学习的是第69页，共70页第 70 页感谢大家观看8/21/2022现在学习的是第70页，共70页