8分子结构 81共价键 1916年,路易斯提出共价键理论。 H: H .N::N: H,CI 靠共用电子对,形成化学键,得到稳定电子层结构 定义:原子间借用共用电子对结合的化学键叫作共价键 对共价键的形成的认识,发展提出了现代价键理论和分子轨道理论。 、价键理论(电子配对法)(p129) 1、氢分子共价键的形成和本质(应用量子力学) 当两个氢原子(各有一个自旋方向相反的电子)相互靠近,到一定距离时,会发生相互作用 每个H原子核不仅吸引自己本身的1s电子还吸引另一个H原子的ls电子,平衡之前,引力>排 斥力,到平衡距离d,能量最低:Eo<2E,形成稳定的共价键。 H原子的玻尔半径:53pm(重叠后d=74pm),说明H2分子中两个H原子的1S轨道必然发 生重叠,核间形成一个电子出现的几率密度较大的区域。这样,增强了核间电子云对两核的吸引, 削弱了两核间斥力,体系能量降低,更稳定。 (核间电子在核间同时受两个核的吸引比单独时受核的吸引要小,即位能低,∴能量低) 2、价键理论要点 ①要有自旋相反的未配对的电子 H↑+H-→H↑H表示:HH或HH ②电子配对后不能再配对,即一个原子有几个未成对电子,只能和同数目的自旋方向相反的 未成对电子成键。如:N:2s2p,NN或NH3。这就是共价键的饱和性 ③原子轨道的最大程度重叠 (重叠得越多,形成的共价键越牢固) 3、共价键的类型 σ键和π键(根据原子轨道重叠方式不同而分类) ss:σ键,如:H-H;sp:σ键,如:H-Cl;p-p:σ键,如:Cl-Clπ键 单键:σ键:双键:一个σ键,一个π键;叁键:一个σ键,两个π键。σ键的重叠程度比 键大,∴π键不如σ键牢固 键 键 原子轨道重叠方式 头碰头 肩并肩 能单独存在不能单独存在 沿轴转180° 符号不变 符号变 牢固程度 牢固 含共价双键和叁键的化合物重键容易打开,参与反应
1 8 分子结构 8.1 共价键 1916 年，路易斯提出共价键理论。 靠共用电子对，形成化学键，得到稳定电子层结构。 定义：原子间借用共用电子对结合的化学键叫作共价键。 对共价键的形成的认识，发展提出了现代价键理论和分子轨道理论。 一、价键理论（电子配对法）（p129） 1、氢分子共价键的形成和本质（应用量子力学） 当两个氢原子（各有一个自旋方向相反的电子）相互靠近，到一定距离时，会发生相互作用。 每个 H 原子核不仅吸引自己本身的 1s 电子还吸引另一个 H 原子的 1s 电子，平衡之前，引力＞排 斥力，到平衡距离 d，能量最低：E0﹤2E，形成稳定的共价键。 H 原子的玻尔半径：53pm（重叠后 d=74pm），说明 H2 分子中两个 H 原子的 1S 轨道必然发 生重叠，核间形成一个电子出现的几率密度较大的区域。这样，增强了核间电子云对两核的吸引， 削弱了两核间斥力，体系能量降低，更稳定。 （核间电子在核间同时受两个核的吸引比单独时受核的吸引要小，即位能低，∴能量低） 2、价键理论要点 ①要有自旋相反的未配对的电子 H↑+ H↓ -→ H↑↓H 表示：H:H 或 H-H ②电子配对后不能再配对，即一个原子有几个未成对电子，只能和同数目的自旋方向相反的 未成对电子成键。如：N：2s22p3，N≡N 或 NH3。这就是共价键的饱和性。 ③原子轨道的最大程度重叠 （重叠得越多，形成的共价键越牢固） 3、共价键的类型 σ 键和 π 键（根据原子轨道重叠方式不同而分类） s-s：σ 键，如：H-H；s-p：σ 键，如：H-Cl；p-p：σ 键，如：Cl-Cl π 键。 单键：σ 键；双键：一个 σ 键，一个 π 键；叁键：一个 σ 键，两个 π 键。σ 键的重叠程度比 π 键大，∴π 键不如 σ 键牢固。 σ 键 π 键 原子轨道重叠方式 头碰头 肩并肩 能单独存在 不能单独存在 沿轴转 180O 符号不变 符号变 牢固程度 牢固 差 含共价双键和叁键的化合物重键容易打开，参与反应
键参数(p134) 表征共价键的物理量叫键参数。键能:共价键的强度;键长、键角:以共价键形成的分子的 空间构型(几何构型) 1、键长(1)(用X射线法) 成键的两个原子核之间的(平均)距离。两个原子共价半径之和=键长。键长越短,键能越 大,共价键越牢固 2、键能(EB) 衡量共价键强弱的物理量。指298.15K,101.3KPa条件下,AB(g)→A(g)+B(g)所需 的E(KJ/mol)。双原子分子,其键能=离解能D,如Cl2,HCl。多原子分子,指的是平均键能: B]: CH4 D1=435. 1KJ/mol: D2=4435KJ/mol D3=4435KJ/mol: D4=3389KJ/mol: E(C-H)=(Dl+D2+D3+D4)/4=415.25KJ/mol 3、键角(0) 13折H10451Hg2直绑形-H24 BF3三角形1m、FNH2三角锥形 正四面体型 10718H 键角指分子中键与键之间的夹角。键长和键角确定,分子构型就确定了。 价键理论比较简明地阐述了共价键的形成过程和本质,并成功地解释了共价键的饱和性和方 向性,但在解释分子的空间构型(结构)方面发生一定困难 82杂化轨道理论和分子的几何构型 杂化轨道的概念印136) 1、什么叫杂化轨道? 能量相近的原子轨道混合起来,重新组成一组能量相同的轨道,这一过程,称原子轨道杂化, 组成的新轨道叫杂化轨道 2、原子轨道杂化后,使一头肥大,电子云分布更集中,成键能力更强。(p137图8-7) 成键能力:S<P<SP<SP2<SP3 二、杂化轨道的类型和分子的几何构型(p137) 1、SP杂化和分子的几何构型 例:BeCl2,Bels22s2。BeCl2,ⅢB族形成的AB2型分子都为直线形。 2、SP2杂化和分子的几何构型 例:BF,F1s2s2p5 SP3杂化和分子的几何构型
2 二、键参数(p134) 表征共价键的物理量叫键参数。键能：共价键的强度；键长、键角：以共价键形成的分子的 空间构型（几何构型）。 1、键长（l）（用 X 射线法） 成键的两个原子核之间的（平均）距离。两个原子共价半径之和=键长。键长越短，键能越 大，共价键越牢固。 2、键能（EB） 衡量共价键强弱的物理量。指 298.15K，101.3KPa 条件下，AB（g）→ A（g）+ B（g）所需 的 E（KJ/mol）。双原子分子，其键能=离解能 D，如 Cl2，HCl。多原子分子，指的是平均键能： 例：CH4 D1 = 435.1KJ/mol；D2 = 443.5KJ/mol；D3 = 443.5KJ/mol；D4 = 338.9KJ/mol； E（C-H）=（D1 + D2 + D3 + D4）/4= 415.25 KJ/mol 3、键角（θ） 键角指分子中键与键之间的夹角。键长和键角确定，分子构型就确定了。 价键理论比较简明地阐述了共价键的形成过程和本质，并成功地解释了共价键的饱和性和方 向性，但在解释分子的空间构型（结构）方面发生一定困难。 8.2 杂化轨道理论和分子的几何构型 一、杂化轨道的概念(p136) 1、什么叫杂化轨道？ 能量相近的原子轨道混合起来，重新组成一组能量相同的轨道，这一过程，称原子轨道杂化， 组成的新轨道叫杂化轨道。 2、原子轨道杂化后，使一头肥大，电子云分布更集中，成键能力更强。（p137 图 8-7） 成键能力：S﹤P﹤ SP﹤SP2﹤SP3 二、杂化轨道的类型和分子的几何构型(p137) 1、SP 杂化和分子的几何构型 例：BeCl2，Be 1s 22s 2。BeCl2，ⅡB 族形成的 AB2 型分子都为直线形。 2、SP2 杂化和分子的几何构型 例：BF3，F 1s 22s 22p5 3、SP3 杂化和分子的几何构型
例:CCl4。如CH4,SiH4,SiCl4,CCl4等 ④、激发 ④①OO张化 ①O 两个杂化轨道 均匀排布在一直线上,180 C1392yp3 ④⑩①成键 得到直线形分子 B 2522pI 激发 oOo ①O杂化 (XiaO Y三个杂化轨道 平面正三角形 C 2522p2 ④①OO_激发 ①①f 杂化 四个杂化轨道等同,正四面体型 4、不等性杂化 (1)有孤对电子参加的不等性杂化 ①H2O分子的几何构型 02s24 ①①个杂化 能量稍低,不等性SP杂化 孤对电子不成键,能量较低,对成键电子云排斥更大,使两个OH键角压缩成1045°,(而 正四面体型为109.5°)(两孤对电子之间夹角>109.50) 斥力:孤对电子孤对电子>孤对电子成键电子>成键电子-成键电子 ②NH3的几何构型 N22p3 ③f,④Xx
3 例：CCl4。如 CH4，SiH4，SiCl4，CCl4 等 4、不等性杂化 （1）有孤对电子参加的不等性杂化 ①H2O 分子的几何构型 孤对电子不成键，能量较低，对成键电子云排斥更大，使两个 O-H 键角压缩成 104.5O，（而 正四面体型为 109.5O）（两孤对电子之间夹角＞109.5O） 斥力：孤对电子-孤对电子＞孤对电子-成键电子＞成键电子-成键电子 ②NH3 的几何构型
8.3分子间力 、分子的极性(p142) 任何以共价键结合的分子中,存在带正电荷的原子核、带负电荷的电子 ∴分子中存在正电荷中心("+"极)、负电荷中心(""极)。两中心重合,整个分子无极性, 称为非极性分子;两中心不重合,整个分子有极性,称为极性分子。 ①由共价键结合的双原子分子,键的极性和分子极性一致:例:O2、N2、H2、Cl2非极性键,非 极性分子。Ⅲ、HBr极性键,极性分子。 ②由共价键结合的多原子分子,键的极性与分子极性不完全一致,而与几何构型有关 对称结构 非对称结构 H4、siH4、cc4 Sich sC4、cO2等 非极性分子 极性分子 ③分子极性的大小通常用偶极矩来度量。 μ=qxd。μ:偶极矩,由实验测得;是矢量,方向从正极到负极;q:原子的正或负中心, 端的电荷量,单位:库仑(C),1个电子的电量=1.602×101C;d:正负电荷中心间距离,单 位:米(m),其数量级相当于原子距离,≈101m;p≈1030Cm(库仑·米) 测定μ,①可判断分子极性大小;②可判断多原子分子是否具有对称结构 、分子的变形性(pl45) ①什么叫分子的变形性? 在外电场作用下,分子中的正负电荷中心的位置发生改变,产生"诱导偶极",这种现象称为 分子的极化或变形极化。分子受极化后,分子外形发生改变,称为分子的变形 影响分子变形性的内在因素 分子中的原子数越多,原子半径越大(分子越大),分子中电子数越多,变形性越大。 ③分子在外电场作用下的变形程度,用极化率a来度量 三、分子间力(范德华力)(p144) C1(g) (1) -101℃Cb2(1) 说明分子间距离很近时,存在作用力 、取向力(极性分子与极性分子之间) 变形 极性分子存在充分靠近产生取向力进一步产生诱导偶极, 固有偶极 存在诱导力 诱导力与极性分子的口2成正比;与T成反比:与分子间距离的R6成反比。 非极性分子之间存在:色散力;极性分子与非极性分子间:色散力、诱导力;极性分子之间 存在:色散力、取向力、诱导力。 2、诱导力
4 8.3 分子间力 一、分子的极性(p142) 任何以共价键结合的分子中，存在带正电荷的原子核、带负电荷的电子。 ∴分子中存在正电荷中心（"+"极）、负电荷中心（"-"极）。两中心重合，整个分子无极性， 称为非极性分子；两中心不重合，整个分子有极性，称为极性分子。 ①由共价键结合的双原子分子，键的极性和分子极性一致；例：O2、N2、H2、Cl2 非极性键，非 极性分子。HI、HBr 极性键，极性分子。 ②由共价键结合的多原子分子，键的极性与分子极性不完全一致，而与几何构型有关 ③ 分子极性的大小通常用偶极矩来度量。 μ = q × d。μ：偶极矩，由实验测得；是矢量，方向从正极到负极；q：原子的正或负中心， 一端的电荷量，单位：库仑（C），1 个电子的电量= 1.602×10-19C；d：正负电荷中心间距离，单 位：米（m），其数量级相当于原子距离，≈10-11 m；μ≈10-30 C·m（库仑·米） 测定 μ，①可判断分子极性大小；②可判断多原子分子是否具有对称结构。 二、分子的变形性（p145） ①什么叫分子的变形性？ 在外电场作用下，分子中的正负电荷中心的位置发生改变，产生"诱导偶极"，这种现象称为 分子的极化或变形极化。分子受极化后，分子外形发生改变，称为分子的变形。 ②影响分子变形性的内在因素 分子中的原子数越多，原子半径越大（分子越大），分子中电子数越多，变形性越大。 ③分子在外电场作用下的变形程度，用极化率 α 来度量 三、分子间力（范德华力）（p144） 说明分子间距离很近时，存在作用力。 1、取向力（极性分子与极性分子之间） 诱导力与极性分子的 μ 2 成正比；与 T 成反比；与分子间距离的 R 6 成反比。 非极性分子之间存在：色散力；极性分子与非极性分子间：色散力、诱导力；极性分子之间 存在：色散力、取向力、诱导力。 2、诱导力
极性分子非极性分子 产生诱导偶极 诱导力与极性分子的口2成正比;与被诱导分子的变形性成正比;与分子间距离的R成反比 发生在非极性分子与极性分子之间及极性分子与极性分子之间。 、色散力(一切分子之间) 段时间内 某一瞬间 总的情况(由于原子核、电子云的不断运动)。 色散力与分子的变形性(以极化率度量)成正比,与分子间距离R6成反比。色散力↑,熔 沸点↑。 4、分子间作用力的特性 i)分子间作用力是存在于分子间的一种永久性吸引作用。 ⅱ)是一种短程力,作用范围:300-500pm,因此,只有当分子之间距离很近时,才有分子 间作用力。当距离很远时,这种力消失 ii)没有方向性和饱和性。(分子间力实质为静电引力) iv)强度为化学键的l/10~1/100 ⅴ)除μ很大的分子(如H2O)外,分子间作用力以色散力为主。 5、分子间作用力对物质物理性质的影响(p145) 四、氢键 1、氢键形成的条件 氢键 p轨道H核几乎裸露 O、N、F电负性大,原子半径小,具有孤对电子,易形成氢键。 意 i)不同分子亦会形成氢键HNHO-H i)分子内亦会形成氢键 2、氢键的强度和性质 i)强度:比化学键小得多,与分子间力相同数量级,是键能的1/20。 i)具有方向性和饱和性 作业:8.6、8.9(149)
5 极性分子 非极性分子 产生诱导偶极 诱导力与极性分子的 μ 2 成正比；与被诱导分子的变形性成正比；与分子间距离的 R 6 成反比。 发生在非极性分子与极性分子之间及极性分子与极性分子之间。 3、色散力（一切分子之间） 一段时间内 某一瞬间 总的情况（由于原子核、电子云的不断运动）。 色散力与分子的变形性（以极化率度量）成正比，与分子间距离 R 6 成反比。色散力↑，熔、 沸点↑。 4、分子间作用力的特性 ⅰ）分子间作用力是存在于分子间的一种永久性吸引作用。 ⅱ）是一种短程力，作用范围：300-500pm，因此，只有当分子之间距离很近时，才有分子 间作用力。当距离很远时，这种力消失。 ⅲ）没有方向性和饱和性。（分子间力实质为静电引力） ⅳ）强度为化学键的 1/10～1/100。 ⅴ）除 μ 很大的分子（如 H2O）外，分子间作用力以色散力为主。 5、分子间作用力对物质物理性质的影响（p145） 四、氢键 1、氢键形成的条件 O、N、F 电负性大，原子半径小，具有孤对电子，易形成氢键。 注意： ⅰ）不同分子亦会形成氢键 H3N……H-O-H ⅱ）分子内亦会形成氢键 2、氢键的强度和性质 ⅰ）强度：比化学键小得多，与分子间力相同数量级，是键能的 1/20。 ⅱ）具有方向性和饱和性 作业：8.6、8.9（149）