分子間力氫鍵

1、分子間力氫鍵第1頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一四、分子間力和氫鍵 1. 分子的極性 2. 分子間作用力 3. 離子的極化作用4. 氫鍵5. 凝聚態(tài)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第2頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一1. 分子的極性非極性共價鍵 非極性分子 極性共價鍵 極性分子 雙原子分子 第3頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一1. 分子的極性多原子分子 空間構(gòu)型對稱 空間構(gòu)型不對稱 相同原子，非極性共價鍵極性分子非極性分子第4頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一1. 分子的極性不同原子，極性共價鍵多原子分子 空

2、間構(gòu)型對稱 空間構(gòu)型不對稱 第5頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一1. 分子的極性不同原子，極性共價鍵多原子分子 空間構(gòu)型對稱 空間構(gòu)型不對稱 OOC第6頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一1. 分子的極性d ：偶極長，極性分子中，正電荷重心與負電荷重心之 間的距離為偶極長；q ：偶極上一端的電荷；分子極性的強弱用分子的偶極矩 來衡量，非極性分子的 等于0。偶極矩 = q d矢量單位德拜，用D表示 其方向從正電荷重心指向負電荷重心；第7頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一1. 分子的極性+分子的偶極矩等于各個化學(xué)鍵的偶極矩的矢

3、量和。偶極矩 第8頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一1. 分子的極性偶極矩 分子（D）分子（D）H20H2O1.85N20HCl1.03O30.54HBr0.79BCl30HI0.38CO20NH31.66CS20CO0.12H2S1.1HCN2.1SO21.6一些分子的偶極矩 第9頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一2. 分子間作用力分子偶極矩越大，定向力(取向力)越大；極性分子偶極矩越大，誘導(dǎo)力越大；第10頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一2. 分子間作用力分子的體積越大，其變形性越大，則色散力越大；第11頁，共51頁，

4、2022年，5月20日，19點39分，星期一2. 分子間作用力分子的極性分子間力的種類產(chǎn)生的原因非極性分子之間色散力瞬時偶極非極性分子與極性分子之間色散力誘導(dǎo)力 瞬時偶極誘導(dǎo)偶極極性分子之間色散力誘導(dǎo)力取向力瞬時偶極誘導(dǎo)偶極永久偶極分子間力及產(chǎn)生的原因 第12頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一2. 分子間作用力分子取向力誘導(dǎo)力色散力總分子間力HCl3.30515.661.0044.7316.82079.6121.155NH313.30544.651.5485.2014.93750.1529.826H2O36.25976.901.9254.088.99619.0247.2

5、80分子間力的分配（kJmol-1） 第13頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一2. 分子間作用力分子間力是決定物質(zhì)熔、沸點、溶解度等物理化學(xué)性質(zhì)的一個重要因素。范德華力特點：（1）存在于分子或離子間的一種作用力；（2）吸引力，其作用能相當小，范圍只有幾個pm ；（3）一般沒有方向性和飽和性；（4）色散力存在于任何分子之間，是主要的分子間力；第14頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一3. 離子的極化作用（1）離子的極化 （2）離子的變形性 （3）離子的相互極化作用 （4）離子極化對化合物性質(zhì)的影響 第15頁，共51頁，2022年，5月20日，19點3

6、9分，星期一3. 離子的極化作用離子的極化（1）離子的極化 陽離子帶正電荷，半徑較小，對相鄰陰離子起誘導(dǎo)作用，使陰離子產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極，這種現(xiàn)象稱為離子的極化。離子的極化主要指陽離子；第16頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一3. 離子的極化作用離子的極化離子極化作用的強弱取決于： 電荷高的陽離子極化力大； Si4+Al3+Mg2+Na+ 半徑小的極化力大； Mg2+Ca2+Sr2+Ba2+ 離子的電子層構(gòu)型： 18或18+29178 Hg2+或Pb2+Mn2+ Ba2+第17頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一3. 離子的極化作用離子的變形性陰離子半徑

7、較大，電子較多，在被陽離子誘導(dǎo)的過程中產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極，而發(fā)生自身電子云變形的性質(zhì)，稱為離子的變形性。離子的變形性主要指陰離子；（2）離子的變形性 第18頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一3. 離子的極化作用離子的變形性簡單陰離子半徑大，變形性大，復(fù)雜陰離子的變形性較??； 離子變形性的大小主要取決于：IBr ClCN OH NO3 F ClO4陰離子電荷越高，變形性越大，陽離子電荷越高，變形性越?。O化作用越大）； 同族陰離子，電子層數(shù)越多，離子半徑越大，變形性越大；Na+Mg2+ Al3+ Si4+IBr ClF第19頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星

8、期一3. 離子的極化作用離子的變形性 18電子構(gòu)型和917電子構(gòu)型的離子，其變形性比半徑相近、電荷相同的8電子構(gòu)型離子大得多； 最容易變形的是體積大的陰離子，18或18+2、 917電子構(gòu)型的少電荷陽離子的變形性也比較大；最不容易變形的是半徑小、電荷高、外層電子少的陽離子； Ag+K+ ； Hg2+Ca2+離子變形性的大小主要取決于：第20頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一3. 離子的極化作用相互極化作用 離子間的相互作用，一般是陽離子對陰離子的極化作用，但當陽離子也容易變形時，往往會引起兩種離子之間相互的附加極化效應(yīng)，稱為相互極化作用。（3）離子的相互極化作用 第21

9、頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一3. 離子的極化作用對化合物性質(zhì)影響對化學(xué)鍵鍵型的影響 相互極化的結(jié)果，使陽、陰離子的電子云發(fā)生變形，導(dǎo)致原子軌道部分重疊，化學(xué)鍵表現(xiàn)出由離子鍵向共價鍵過渡。（4）離子極化對化合物性質(zhì)的影響 第22頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一3. 離子的極化作用對化合物性質(zhì)影響對化合物溶解度的影響 隨著ClBrI離子半徑的增大，Ag+離子和鹵離子相互極化作用增大，鍵的共價程度增強，溶解度依次降低； 化合物AgF AgClAgBrAgI溶解度molL-1 1.410-1 2.010-4 2.910-5 2.710-7 （4）

10、離子極化對化合物性質(zhì)的影響 第23頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一3. 離子的極化作用對化合物性質(zhì)影響 相互極化作用越強，共價程度也越強，其化合物的顏色越深。 化合物AgF AgClAgBrAgI顏色無白淡黃亮黃化合物CuCl2CuBr2CuI2 不存在顏色淺綠色深棕色強烈極化，發(fā)生氧化還原對化合物顏色的影響 （4）離子極化對化合物性質(zhì)的影響 第24頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一3. 離子的極化作用對化合物性質(zhì)影響 離子極化作用是離子鍵理論的補充，在基礎(chǔ)化學(xué)多方面都有應(yīng)用，但因?qū)﹄x子的極化和變形能力沒有明確的標度，應(yīng)用時會有許多例外和矛盾的

11、地方，僅適用于對同系列化合物做定性的比較。 對化合物熔沸點的影響 （4）離子極化對化合物性質(zhì)的影響 極化力Al3+Mg2+Na+，使離子鍵向共價鍵過渡，共價程度增強，導(dǎo)致晶格能降低，化合物的熔沸點降低。 化合物NaCl MgCl2AlCl3熔點（ ）801714192第25頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一4. 氫鍵 Hydrogen Bond 氫鍵是一種最重要的、研究得最早和最多的次級鍵，廣泛存在于從小分子直至生物大分子包括DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)中，在化學(xué)中起著重要的作用，次級鍵 是21世紀化學(xué)鍵研究的主要課題。第26頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星

12、期一4. 氫鍵 Hydrogen Bond（1）氫鍵的形成（2）氫鍵的特點（3）氫鍵的類型（4）氫鍵對化合物性質(zhì)的影響第27頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一（1）氫鍵的形成XHYOHO分子中有與電負性很強的元素形成強極性鍵的H原子；分子中有帶孤電子對、電負性大，原子半徑小的原子如F、 O、N等。 第28頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一（1）氫鍵的形成水分子的氫鍵 第29頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一（2）氫鍵的特點氫鍵大多數(shù)是不對稱的H原子距離X較近，距離Y較遠。X和Y間的距離R為氫鍵的鍵長。也有的稱H 和Y間的距

13、離為氫鍵的鍵長。XHY第30頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一（2）氫鍵的特點氫鍵可以為直線形，也可為彎曲形，大多數(shù)氫鍵不在一條直線上；氫鍵XHY 的角度 =180，也可以 180鄰硝基苯酚 締合的氟化氫分子 第31頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一（2）氫鍵的特點 在氫鍵中， 1個H原子可以與多個Y原子配位，同樣1個Y原子也可以接受多個H原子；尿素(NH2)2CO分子中的氫鍵第32頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一（3）氫鍵的類型分子間氫鍵和分子內(nèi)氫鍵硝酸的分子內(nèi)氫鍵DNA分子的氫鍵第33頁，共51頁，2022年，5月2

14、0日，19點39分，星期一（3）氫鍵的類型對稱氫鍵和不對稱氫鍵對稱氫鍵：H原子處于XY的中心點KHF2晶體中的 FHF不對稱氫鍵：H原子不處于XY的中心點是迄今觀察到的最強的氫鍵H2O分子間的 O HO第34頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一（3）氫鍵的類型 氫鍵的強弱與X、Y的電負性和原子半徑的大小有關(guān)；氫鍵強弱的主要判據(jù)是XY鍵長和鍵能。鍵長越短，氫鍵越強，非常強的氫鍵像共價鍵，非常弱的氫鍵接近范德華作用力，大多數(shù)氫鍵處于這兩種極端狀態(tài)之間。氫鍵有強、弱之分水中：O H 共價鍵鍵能為462.8 kJmol-1； HO 氫鍵鍵能為18.8 kJmol-1； KHF2晶

15、體中：FHF氫鍵的H值212 kJmol-1，是迄今觀察到的最強的氫鍵。第35頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一（3）氫鍵的類型氫鍵有強、弱之分氫鍵 鍵能kJ mol-1 鍵長 pm 化合物 FH F 28.03 255 (HF)n OH O 18.83 276 冰 25.94 266 甲醇、乙醇 NH F 20.93 268 NH4F NH O 286 CH3CONH2 NH N 5.44 358 NH3 一些氫鍵的鍵能和鍵長乙酰胺CH3CONH2 第36頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一（4）氫鍵對化合物性質(zhì)的影響對熔點、沸點的影響分子間氫鍵

16、使分子發(fā)生締合，熔、沸點升高；周期第37頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一（4）氫鍵對化合物性質(zhì)的影響對熔點、沸點的影響分子內(nèi)氫鍵，一般會使化合物的熔、沸點降低，氣化熱、升華熱減??；鄰硝基苯酚： 分子內(nèi)氫鍵，熔點為45間位硝基苯酚： 分子間氫鍵 ， 96對位硝基苯酚：分子間氫鍵 ， 114；第38頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一（4）氫鍵對化合物性質(zhì)的影響對溶解度的影響如鄰硝基苯酚和對硝基苯酚，二者在水中的溶解度之比為0.39，而在苯中其比例為1.93。 分子間氫鍵極性溶劑中，溶質(zhì)的溶解度增大。如NH3在H2O中的溶解；分子內(nèi)氫鍵極性溶劑中，溶

17、質(zhì)的溶解度降低；非極性溶劑中，溶質(zhì)的溶解度增大；第39頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一（4）氫鍵對化合物性質(zhì)的影響對酸性的影響分子間氫鍵酸性降低；如在HF、HCl、HBr和HI中，HF的酸性最弱；分子內(nèi)氫鍵酸性增加；化合物氫鍵類型解離常數(shù)苯甲酸K苯甲酸鄰位取代物分子內(nèi)氫鍵15.9K苯甲酸間位取代物分子間氫鍵1.26K苯甲酸左右兩個鄰位均有羥基分子內(nèi)氫鍵800K苯甲酸對位羥基取代物分子間氫鍵0.44K鄰位羥基與羧基氧形成分子內(nèi)氫鍵，減弱了羧基氧對氫的吸引力，酸性增加；第40頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一（4）氫鍵對化合物性質(zhì)的影響對粘度和表面

18、張力的影響 形成分子間氫鍵，粘度會增大；例如甘油和濃硫酸都是粘度較大的液體。水的表面張力很高，根源也在于水分子間的氫鍵。 甘油第41頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一（4）氫鍵對化合物性質(zhì)的影響冰中的氫鍵在冰中每個水分子都按四面體方式形成2個O-HO氫鍵和2個OH-O氫鍵，在冰-Ih中組成六方晶系晶體。第42頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一（4）氫鍵對化合物性質(zhì)的影響冰中的氫鍵高壓下的冰，水分子彼此間通過氫鍵形成籠，可以將外來中性分子或離子(Cl2, Ar, CH4, Xe等)包于籠內(nèi)形成水合分子晶體。第43頁，共51頁，2022年，5月20日

19、，19點39分，星期一5. 凝聚態(tài)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)（1）離子型晶體（2）非極性分子型晶體（3）極性分子型晶體（4）原子型晶體（5）金屬型晶體第44頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一（1）離子型晶體 占據(jù)在晶格結(jié)點位置上的是正、負離子，離子只能在原位上振動，不能自由移動，所以離子型晶體不導(dǎo)電，導(dǎo)熱性也較差。 晶體中異號離子間有強大的靜電引力，所以離子型晶體的熔、沸點相對較高。晶體有一定硬度，受到外力易變形錯位，使晶體崩潰，這類晶體機械加工性能不好。 離子型晶體易溶解在極性溶劑中，溶液可以導(dǎo)電，難溶于非極性溶劑中。離子型晶體具有低的揮發(fā)性。第45頁，共51頁，2022年，5

20、月20日，19點39分，星期一（2）非極性分子型晶體 占據(jù)晶格結(jié)點的是非極性分子，結(jié)點間的作用力是很弱的分子間力(色散力)，所以這類晶體都很軟，熔、沸點低，易揮發(fā)(升華)。干冰（CO2） 非極性分子型晶體不導(dǎo)電，熔化時也不導(dǎo)電。機械加工性能不好。易溶于非極性溶劑中(相似者相溶)。第46頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一（3）極性分子型晶體 極性分子晶體易溶于極性溶劑中，由于發(fā)生解離而導(dǎo)電。 占據(jù)晶格結(jié)點的是極性分子，結(jié)點間的作用力有色散力、取向力和誘導(dǎo)力，極性分子偶極間的相互作用力以及氫鍵。與非極性分子型晶體相比，極性分子型晶體有較低的揮發(fā)性，較高的熔、沸點，以及較高的硬度。第47頁，共51頁，2022年，5月20日，19點39分，星期一（4）原子型晶體 占據(jù)晶格結(jié)點的是原子，“無限”數(shù)目的原子間通過共價鍵結(jié)合在一起，由于這種共價鍵在各個方向上是相同的，因此在這類晶體中，不存在獨立的小分子，晶