分子結(jié)構(gòu)以及分子間力

1、關(guān)于分子結(jié)構(gòu)和分子間力第1頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四2.1.1 共價(jià)鍵的本質(zhì)與特點(diǎn)2.1 價(jià)鍵理論2.1.2 共價(jià)鍵的鍵型2.1.3 鍵參數(shù)第2頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四離子鍵理論2.1.1 共價(jià)鍵的本質(zhì)與特點(diǎn)化學(xué)鍵： 分子或晶體中相鄰原子(或離子)之間強(qiáng)烈的吸引作用。化學(xué)鍵理論：金屬鍵理論共價(jià)鍵理論第3頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四1.量子力學(xué)處理H2分子的結(jié)果 兩個(gè)氫原子電子自旋方式相反，靠近、重疊，核間形成一個(gè)電子概率密度較大的區(qū)域。系統(tǒng)能量降低，形成氫分子。 核間距 R0為74 pm。 共價(jià)鍵的

2、本質(zhì)原子軌道重疊，核間電子概率密度大吸引原子核而成健。第4頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四2.價(jià)鍵理論基本要點(diǎn)與共價(jià)鍵的特點(diǎn)價(jià)鍵理論基本要點(diǎn)：未成對(duì)價(jià)電子自旋方式相反；原子軌道最大程度地重疊。共價(jià)鍵的特點(diǎn)：方向性飽和性H ClH O HN N第5頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四1.鍵： 原子軌道沿核間聯(lián)線方向進(jìn)行同號(hào)重疊(頭碰頭)。2.1.2 共價(jià)鍵的類型第6頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四2.鍵： 兩原子軌道垂直核間聯(lián)線并相互平行進(jìn)行同號(hào)重疊(肩并肩)。第7頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四

3、3.配位鍵形成條件：成鍵原子一方有孤對(duì)電子， 另一方有空軌道。例：OC第8頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四2.1.3 鍵參數(shù)4 鍵矩與部分電荷3 鍵角2 鍵長(zhǎng)1 鍵能第9頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四 在雙原子分子中，于100kPa下將氣態(tài)分子斷裂成氣態(tài)原子所需要的能量。D(HCl)=432kJmol-1, D(ClCl)=243kJ mol-1 在多原子分子中，斷裂氣態(tài)分子中的某一個(gè)鍵，形成兩個(gè)“碎片”時(shí)所需要的能量叫做此鍵的解離能。1 鍵能鍵解離能（D）第10頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四H2O(g) = 2

4、H(g) + O(g) 原子化能 Eatm：氣態(tài)的多原子分子的鍵全部斷裂形成各組成元素的氣態(tài)原子時(shí)所需要的能量。例如： 鍵能、鍵解離能與原子化能的關(guān)系：雙原子分子：鍵能 = 鍵解離能 E(H) =D(H)多原子分子：原子化能 = 全部鍵能之和atm(H2O) = 2(OH) 鍵焓與鍵能近似相等，實(shí)驗(yàn)測(cè)定中，常常得到的是鍵焓數(shù)據(jù)。第11頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四鍵能與標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變4H(g) + 2O(g) 2H2 (g) + O2(g) 2H2O(g)4E(OH)E(O O).第12頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四 分子中兩原子核間的

5、平衡距離稱為鍵長(zhǎng)。例如，H2分子，l = 74pm。2 鍵長(zhǎng)第13頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四 由表數(shù)據(jù)可見，HF， HCl， HBr， HI 鍵長(zhǎng)依次遞增，而鍵能依次遞減；單鍵、雙鍵及叁鍵的鍵長(zhǎng)依次縮短，鍵能依次增大，但與單鍵并非兩倍、叁倍的關(guān)系。第14頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四 鍵角和鍵長(zhǎng)是反映分子空間構(gòu)型的重要參數(shù)，它們均可通過實(shí)驗(yàn)測(cè)知。3 鍵角N:FFFC = CHHHHN:HHHP:HHHH第15頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四 鍵矩是表示鍵的極性的物理量記作 。 = q l 式中 q 為電量，l

6、 為核間距。為矢量，例如，實(shí)驗(yàn)測(cè)得HCl4 鍵矩與部分電荷第16頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四鍵參數(shù)小結(jié)：鍵的極性鍵矩()鍵的強(qiáng)度鍵級(jí)(BO)鍵能(E)分子的空間構(gòu)型鍵角( )鍵長(zhǎng)(l)第17頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四基本要點(diǎn)：成鍵時(shí)能級(jí)相近的價(jià)電子軌道混合雜 化，形成新的價(jià)電子軌道雜化軌道。雜化前后軌道數(shù)目不變。雜化后軌道伸展方向，形狀發(fā)生改變。2.2 雜化軌道第18頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四CH4的空間構(gòu)型為正四面體C：2s22p21.sp3雜化第19頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15

7、分，星期四sp3第20頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四四個(gè)sp3雜化軌道第21頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四B： 2s22p12.sp2雜化BF3的空間構(gòu)型為平面三角形第22頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四sp2sp2雜化第23頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四三個(gè)sp2雜化軌道第24頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四Be：2s23.sp雜化BH2的空間構(gòu)型為直線形HHBespsp雜化Be采用sp雜化生成BeH2第25頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分

8、，星期四兩個(gè)sp雜化軌道第26頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四4.不等性sp3雜化第27頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四 第28頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四sp3d雜化第29頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四sp3d2雜化第30頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四小結(jié)：雜化軌道的類型與分子的空間構(gòu)型中心原子Be(A)B(A)C,Si(A)N,P(A)O,S(A)Hg(B)直線形 三角形 四面體 三角錐 V型雜化軌道類型 sp sp2 sp2不等性sp3s+ps+(3)

9、ps+(2)ps+(3)p參加雜化的軌道2443雜化軌道數(shù)成鍵軌道夾角分子空間構(gòu)型實(shí)例第31頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四思考題：解釋CH4，C2H2，CO2的分子構(gòu)型。已知： C2H2，CO2均為直線型；的構(gòu)型為：C = CHHHH第32頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)的計(jì)算方法可用公式 ： （V/2）計(jì)算 式中：V為中心原子與配位原子價(jià)電子數(shù)之和 （若有電荷，必須計(jì)入） n 為分子中非氫配位原子之和2.3 價(jià)電子對(duì)互斥理論ABx分子的空間構(gòu)型決定于中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)： 第33頁，共70頁，2022年，5月20日

10、，11點(diǎn)15分，星期四2對(duì)第34頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四3對(duì)第35頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四4對(duì)第36頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四5對(duì)第37頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四6對(duì)第38頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四孤對(duì)電子對(duì)分子空間構(gòu)型的影響 A、 孤對(duì)電子對(duì)：原子中未參與共價(jià)鍵的價(jià)電子對(duì) B、 孤對(duì)電子對(duì)的計(jì)算：按下式： Lp = Vp N 式中：Lp孤對(duì)電子對(duì)數(shù)； Vp 價(jià)電子對(duì)數(shù)； N 配位原子數(shù)第39頁，共70頁，2022年，5月20日，1

11、1點(diǎn)15分，星期四孤對(duì)電子對(duì)分子空間構(gòu)型的影響 AB3EAB2E2AB4第40頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四孤對(duì)電子對(duì)分子空間構(gòu)型的影響 AB4EAB3E2AB2E3AB5第41頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四孤對(duì)電子對(duì)分子空間構(gòu)型的影響 AB6AB5EAB4E2第42頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四 2.4.1 分子軌道2.4 分子軌道理論*2.4.4 關(guān)于原子軌道和 分子軌道的對(duì)稱性 2.4.3 異核雙原子分子 2.4.2 同核雙原子分子第43頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四 分子軌道

12、：是以多個(gè)原子核為中心構(gòu)成的多中心軌道，分子軌道波函數(shù)也是 Schrodinger 方程的解?？梢圆扇≡榆壍谰€性組合的方法求得分子軌道的波函數(shù)。例如： A+BAB2.4.1 分子軌道第44頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四成鍵三原則：能量相近對(duì)稱性匹配最大重疊第45頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四反鍵分子軌道成鍵分子軌道 原子軌道 原子軌道 1s 1s*1s1s節(jié)面原子軌道與分子軌道的形狀。原子軌道與分子軌道的能量。第46頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四原子軌道與分子軌道的形狀。2pZ,A2pZ,A2pZ,B2pZ,

13、B原子軌道分子軌道反鍵成鍵第47頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四2pZ,A2pZ,B原子軌道分子軌道反鍵成鍵原子軌道與分子軌道的形狀。第48頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四鍵級(jí)B.O =1/2 ( 8 - 4 ) = 2B.O = 1/2( 10 - 4 ) = 3鍵級(jí)第49頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四O2 (O,F)2.4.2 同核雙原子分子第二周期同核雙原子分子第50頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四N2 （B,C,N)第二周期同核雙原子分子第51頁，共70頁，2022年，5月20日，

14、11點(diǎn)15分，星期四分子軌道電子排布式：或或有兩個(gè)三電子鍵，具有順磁性。:O O:鍵級(jí)B.O =1/2 ( 8 - 4 ) = 2B.O = 1/2( 10 - 4 ) = 3第52頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四HF分子的電子構(gòu)型： 2.4.3 異核雙原子分子第53頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四*2.4.4 關(guān)于原子軌道和 分子軌道的對(duì)稱性第54頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四第55頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四 對(duì)稱：繞 x 軸旋轉(zhuǎn)180，形狀不變，符號(hào)改變。例如：原子軌道pz，py

15、，dxy，dxz，dyz為對(duì)稱。第56頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四2.5 分子間作用力2.5.1 分子間的吸引作用2.5.2 氫鍵第57頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四非極性分子的瞬時(shí)偶極之間的相互作用 分子間具有吸引作用的根本原因：任何分子都有正、負(fù)電中心；任何分子都有變形的性能。由于瞬時(shí)偶極而產(chǎn)生的分子間相互作用。2.5.1 分子間的吸引作用1.色散作用(色散力)：一大段時(shí)間內(nèi)的大體情況色散力與分子極化率有關(guān)。大,色散力大。每一瞬間第58頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四2.誘導(dǎo)作用(誘導(dǎo)力)：決定誘導(dǎo)作用強(qiáng)弱

16、的因素： 極性分子的偶極矩： 愈大，誘導(dǎo)作用愈強(qiáng)。 非極性分子的極化率： 愈大，誘導(dǎo)作用愈強(qiáng)。由于誘導(dǎo)偶極而產(chǎn)生的分子間相互作用。分子離得較遠(yuǎn)分子靠近時(shí)第59頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四 兩個(gè)極性分子相互靠近時(shí)，由于同極相斥、異極相吸，分子發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，并按異極相鄰狀態(tài)取向，分子進(jìn)一步相互靠近。3.取向作用(趨向力)： 兩個(gè)固有偶極間存在的同極相斥、異極相吸的定向作用稱為取向作用。分子離得較遠(yuǎn)趨向誘導(dǎo)第60頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四思考：1.取向作用的大小取決于什么因素？2.極性分子之間除了有取向作用以外，還有什么作用？第61頁，共70

17、頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四 分子間力是三種吸引力的總稱，其大小一般為幾 kJmol1，比化學(xué)鍵小 12 個(gè)數(shù)量級(jí)。分子間的吸引作用(1022 J)第62頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四分子間力的特點(diǎn)： 不同情況下，分子間力的組成不同。例如，非極性分子之間只有色散力；極性分子之間有三種力，并以色散力為主，僅僅極性很大的H2O 分子例外。 分子間力作用的范圍很小(一般是300500pm)。 分子間作用力較弱，既無方向性又無飽和性。第63頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四分子量色散作用分子間力沸點(diǎn)熔點(diǎn)水中溶解度HeNeArKrX

18、e小大小大小大小大低高小大 決定物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)、氣化熱、熔化熱、蒸氣壓、溶解度及表面張力等物理性質(zhì)的重要因素。分子間力的意義：第64頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四2.5.2 氫鍵第65頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四 HF HCl HBr HI沸點(diǎn)/0C 85.0 66.7 35.419.9極化率 小 大色散作用 弱 強(qiáng)沸點(diǎn) 低 高HF為何反常的高？原因存在氫鍵。 HF 分子中，共用電子對(duì)強(qiáng)烈偏向電負(fù)性大的 F 原子一側(cè)。在幾乎裸露的 H 原子核與另一個(gè) HF 分子中 F 原子的某一孤對(duì)電子之間產(chǎn)生的吸引作用稱為氫鍵。第66頁，共70頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)15分，星期四氫鍵的形成條件：分子中有H和電負(fù)性大、半徑小且有孤對(duì)電子的元素(F ，O，N)形成氫鍵。 鍵長(zhǎng)特殊：FH F 270pm 鍵能小 E(FH F) 28kJmol1 具有飽和性和方向