第二章 分子结构和分子间力、氢键

第二章 分子结构和分子间力、氢键

第七章 分子结构7-1 7-2 7-3 7-4 价键理论 杂化轨道理论 分子轨道理论 分子间力和氢键

第二章 分子结构和分子间力、氢键

7-1 价键理论7.1.1 共价键的本质1.量子力学处理氢分子的结果图1

2.价键理论基本要点 (1)当自旋方向相反的未成对电子互相配对可以形成共价键。图2 (2)在形成共价键时原子轨道总是尽可能地达到最大限度的重叠使 系统能量最低。

7.1.2 共价键的特征1.共价键的饱和性 2.共价键的方向性图3 、图4

7.1.3 共价键的类型1.σ键 两原子轨道沿键轴方向进行同号重叠，所形成的键叫σ键。 2.π键 两原子轨道沿键轴方向在键轴两侧平行同号重叠，所形成的键叫π键。 图5 、 表1 一般单键是一个σ键；双键是一个σ键、一个π键；叁键是一个σ键、 两个π键。

第二章 分子结构和分子间力、氢键

7.1.4 键参数1.键能E 在298.15K和100kPa下，断裂1mol键所需要的能量称为键能(E), 单位为kJ mol-1。 对于双原子分子而言，将1mol理想气态分子离解为理想气态原子所 需要的能量称离解能(D),离解能就是键能。例如： H2(g)→ 2H(g)D H-H=E H-H= 436.00 kJ mol-1 N2(g)→ 2N(g)D N≡ N =E N≡ N= 941.69 kJ mol-1 对于多原子分子，要断裂其中的键成为单个原子，需要多次离解，通 常共价键的键能指的是平均键能，一般键能愈大，分子也就愈稳定。 CH4(g) → CH3(g) + H(g) D1 = 435.34 kJ mol-1 CH3(g) → CH2(g) + H(g) D2 = 460.46kJ mol-1 CH2(g) → CH(g) + H(g) D3 = 426.97kJ mol-1 + CH(g) → C(g) + H(g) D4 = 339.07kJ mol-1 CH4(g) → C(g) + 4H(g) D总 = 1661.84 kJ mol-1 EC-H = D总 ÷ 4 = 1661.84 ÷ 4 = 415.46 kJ mol-1

第二章 分子结构和分子间力、氢键

2.键长L 分子中两原子核间的平衡距离称为键长。表2 3.键角θ 分子中键与键之间的夹角称为键角。表3

2-2 杂化轨道理论7.2.1 杂化轨道概念及其理论要点不同类型、能量相近的原子轨道经重新分配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，该过程称为原子轨道的“杂化”, 简称杂化轨道。图6 杂化轨道理论的基本要点： (1)同1个原子中能量相近的原子轨道之间可以通过叠加混杂，形 成成键能力更强的新轨道，即杂化轨道； (2)原子轨道杂化时，一般使成对电子激发到空轨道而成单个电子， 其所需的能量完全由成键释放出的能量予以补偿； (3)一定数目的原子轨道杂化后可得数目相同、能量相等的各杂化 轨道。

第二章 分子结构和分子间力、氢键

7.2.2 s和p原子轨道杂化 和 原子轨道杂化1.sp杂化轨道 图Be原子轨道 2.sp2杂化轨道 图B原子轨道 3.sp3杂化轨道 图C原子轨道、图7

7.2.3 等性杂化和不等性杂化轨道1.NH3分子结构 2.H2O分子结构图8、图9

2-3 分子轨道理论7.3.1 分子轨道的形成及基本要点n个原子轨道线形组合后可得到n个分子轨道。其中包括相同数目的 成

键分子轨道和反键分子轨道，或一定数目的非键分子轨道。 分子轨道中电子填充顺序所遵循的规则与原子轨道填充电子顺序相 同。 原子轨道有效地组成分子轨道必须符合能量近似、轨道最大重叠及 对称性匹配这三个成键原则。图10、图11

7.3.2 分子轨道的能级顺序表4 、图12

第二章 分子结构和分子间力、氢键

7.3.3 分子轨道理论的应用1.双原子分子的结构 (1)同核双原子分子的结构 F2 [ (σ1s)2 (σ1s* )2 (σ2s)2 (σ2s* )2 (σ2p)2 (π2p)4 (π2p* )4 ]KK

内层 抵消 成键 F2分子的结构为 F σ F。 N2 [ KK (σ2s)2 (σ2s* )2 (π2p)4 (σ2p)2 ] N2分子的结构式可表示为

抵消

N—— N 。

(2)异核双原子分子的结构 a. HF分子的结构 HF [ (σ1snb)2 (σ2snb)2 (σs )2 (πynb)2 (πznb)2 ] 非键 HF分子结构为 Hσ

成键

非键

F。

第二章 分子结构和分子间力、氢键

b.CO分子的结构 CO [ KK (σs)2 (σs* )2 (πy)2 (πz)2 (σp )2 ] 抵消 :C O: 成键

2.多原子分子的结构 Π 34键 CO2 [ KK (σsanb)2(σsbnb )2(σs)2(σp)2(πy)2 (πz)2 (πynb)2 (πznb)2] 成键 Π 34键

3. 分子的性质 (1)分子的磁性

:O

C

O:

三电子π键 O2 [ KK (σ2s)2 (σ2s* )2 (σ2px)2 (π2py)2 (π2pz)2 (π2py* )1 (π2pz* )1 ] 三电子π键

第二章 分子结构和分子间力、氢键

O2分子的结构式为： O—— 。 O 表示三电子 π 键((π2p)2 (π2p* )1) 。O2分子具有顺磁性的电子结构。 (2)分子的电离能 N2分子第一步电离时失去最高成键MO的电子，而O2分子第一步电离 时失去的是反键MO的电子，所以N2分子的电离能比O2分子的电离能大。 (3)分子的稳定性 键级 = 1/2(成键轨道上电子数 - 反键轨道上电子数)= 1/2(净成键 电子数) 例1 计算O2分子和O2+离子的键级 解：O2分子的分子轨道表示式为： O2 [ KK (σ2s)2 (σ2s* )2 (σ2px)2 (π2py)2 (π2pz)2 (π2py* )1 (π2pz* )1 ] 则O2分子的键级= (6-2)/2 = 2 O2+离子的分子轨道式为： O2+ [ KK (σ2s)2 (σ2s* )2 (σ2px)2 (π2py)2 (π2pz)2 (π2py* )1] 则O2+离子的键级= (6-1)/2 = 2.5 O2+离子的键级比O2分子的键级大，所以O2+离子中的键相应地要强些。 一般来说，键级愈大，键长愈短，键能愈大，分子结构愈稳定。键级 为零，分子不可能存在。表2-5

第二章 分子结构和分子间力、氢键

7-4 分子间力和氢键7.4.1 分子间力称分子间力为范德华力。 1.分子的极性和偶极矩 分子中正负电荷集中的点分别称为“正电荷中心”和“负电荷中心”。 图13 偶极矩P定义为分子中电荷中心上的电荷量δ与正负电荷中心间距离d 的乘积： P = δ d (表5) 几何构型对称的多原子分子，其偶极矩为零。分子几何构型不对称的 多原子分子，其偶极矩不等于零。 2.分子的变形性和极化率 图14 非极性分子原来重合的正负电荷中心在电场影响下互相分离，产生了 偶极，称为分子的变形极化，所形成的偶极

称为诱导偶极。电场愈强，分 子变形愈大，诱导偶极愈大。 P诱导= α E

第二章 分子结构和分子间力、氢键

比例常数α简称为极化率。分子中电子数愈多，则α愈大。 P诱导愈大， 分子的变形性也愈大。 对于极性分子，本身就存在着偶极，此偶极称为固有偶极。在外电场 的作用下，其正极转向负电极，其负极转向正电极，此过程称为取向， 同时电场也使分子正负电荷中心之间的距离拉大，发生变形，产生诱导 偶极，所以此时分子的偶极为固有偶极和诱导偶极之和。 分子的取向、极化和变形，不仅在电场中发生，而且在相邻分子间也 可以发生。表6 3.分子间力 (1)色散力 瞬时偶极之间的相互作用称为色散力。 (图15) (2)诱导力 当极性分子与非极性分子相邻时，固有偶极与诱导偶 极之间的相互作用称为诱导力。 (3)取向力 当极性分子与极性分子相邻时，固有偶极与固有偶极 间的相互作用称为取向力。(表7) 非极性分子之间只有色散力；非极性分子与极性分子之间有诱导力和 色散力；极性分子之间有取向力、诱导力和色散力。 4.分子间力对物质性质的影响 表8 液态物质分子间力愈大，气化热就愈大，沸点也就愈高；固态物质分 子间力愈大，熔化热就愈大，熔点也就愈高。结构相似的同系列物质分 子量愈大，分子变形性也就愈大，分子间力愈强，物质的沸点、熔点也 就愈高。分子间力对分子型物质的硬度也有一定的影响。

第二章 分子结构和分子间力、氢键

7.4.2 氢键1.氢键的形成 氢原子和另一个电负性大且含有孤对电子的原子产生静电吸引作用， 称为氢键。 氢键的组成可用 X—H :Y 通式表示，式中X,Y代表F,O,N等 电负性大而半径小的原子。 氢键有饱和性和方向性。 2.氢键对物质性质的影响 (1)对熔点、沸点的影响 图16 (2)对溶解度的影响 如果溶质分子与溶剂分子间能形成氢键，将有利于溶质分子的溶解。 (3)对生物体的影响 氢键的存在，使DNA的克隆得以实现，保持物种的繁衍。

第二章 分子结构和分子间力、氢键

思考题1.判断下列说法是否正确，并说明理由。 (1)多原子分子中，键的极性愈强，分子的极性愈强； (2)具有极性共价键的分子，一定是极性分子； (3)极性键组成极性分子，非极性键组成非极性分子； (4)非极性分子中的化学键，一定是非极性的共价键； (5)偶极矩大的分子，正、负电荷中心离得远； (6)非极性分子的偶极矩为零，极性分子的偶极矩大于零； (7)双原子分子中键的偶极矩等于分子的偶极矩； (8)极性分子间只存在取向力，极性分子与非极性分子间 只存在诱导力，非极性分子间只存在色散力； (9)氢键就是氢和其他元素间形成的化学键； (10)极性分子间

力最大，所以极性分子熔点、沸点比非 极性分子都来得高。

第二章 分子结构和分子间力、氢键

2.下列说法对不对？若不对试改正之。 (1)s电子与s电子间形成的键是σ键，p电子与p电子间形 成的键是π 键； (2)通常σ键的键能大于π 键的键能； (3)sp3杂化轨道指的是1s轨道和3p轨道混合后形成的4个 sp3杂化轨道；

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/vf61.html