07第七章分子结构

变形形越大
诱导力越大
3、色散力 存在于非极性分子中。电子运动、原子核振动在瞬间会出
现正、负电中心的不重合情况，产生瞬时偶极。这种瞬时偶极
导致的相邻分子间产生的吸引作用称为 色散力。色散力作用时间是瞬时的，但 它是不间断的，色散力始终存在。
分子体积越大 变形形越大 色散力越大
色散力在极性分子与非极性分子、极性分子与极性分子之 间同样存在。所以，所有分子间均存在色散力。
极性分子 （举例）
❖ 所形成分子：
• 正负电荷中心不重合 极性分子
多原子分子
• 正负电荷中心重合 非极性分子
偶极矩μ：
μ qd
单位： c m
μ0 μ 0
分子极性强弱的量度
q : 正电荷中心的电量
d : 正负电荷中心间的距离
非极性分子 极性分子
二、分子间力
1、定向力
只存在于极性分子与极性分子之间。两个极性分子相互接
❖ 氢键的存在使小分子聚合成大分子，这种由小
分
子聚合成大分子的现象叫分子缔合现象。
缔合
n H2O 解离 (H2O)n
n = 2、3、4……
同一主 族元素的氢 化物的沸点、 熔点变化情 况。
•
•• Cl ••
••
••
••
•• Cl
••
•• Cl ••
••
共价学说不能说明共价键成键本质： （1）有些化合物的中心原子的最外层电子不价键理论 (1927年，海特勒－伦敦提出）
❖ 分子轨道理 论
一、价键理论（Valence Bond Theory）
E (kJ)
HA + HB Eu
HA 和 HB自旋相反（基态）
两个氢原子在R0处形成稳定的化学键 R0 ：氢分子的共价键长（ 74pm） D ： 氢分子的键能（-456 kJ/mol ）
0.0
D
Es
HA 和 HB自旋平行（排斥态） 两个氢原子的能量始终高于单独存在
R0
R (pm) 时的能量之和,不能形成稳定的H2分子
CO
例：
CH4分子形成
C: 2s22px12py13pz
2p 2s
杂化
激发
2p 2s
sp3
键合
H: 1s1 1s
sp3-s
❖ 能量相近：ns,np ns,np,ns (n-1)d,ns,np
杂化特征：
❖ 成键能力变大：轨道形状发生了变化
二、杂化轨道的类型
1、sp 杂化
同一原子中 ns-np 杂化成新轨道；一个 s 轨道和一个 p 轨 道杂化组合成两个新的 sp 杂化轨道。
杂化组合为 sp3d2 杂化轨道。sp3d2 杂 化轨道分子的几何构型为正八面体。
Cl Cl Cl P Cl
Cl
F
F
F
FSF
F
5、等性杂化与不等性杂化 上述杂化类型讨论中，参加杂化的原子轨道中都含有一个未
成对的电子，每个杂化轨道中含有的 s 成份和 p 成份的比例都相 同，这类杂化称为等性杂化。
在杂化中如果有孤电子对的轨道或空轨道参与杂化，则生成 不完全等同的杂化轨道，这类杂化称为不等性杂化
2p 2s
2p 2s
正三角形
B的基态
F
B
F
F
激发态
Cl
sp2 杂化态
1200
B Cl
Cl
3、sp3 杂化
同一个原子的一个 ns 轨道与三个 np 轨道进行杂化组合 为 sp3 杂化轨道。sp3 杂化轨道间的夹角是 10928’，分子的几 何构型为正四面体形。
例：
2s
CH4分子形成
2p
2p 2s
正四面体形
例：
2p 2s
BeCl2分子形成
2p 2s 激发
直线形 杂化
Be基态
180
Cl Be
激发态
Cl
键合
sp杂化态 直线形
化合态
2、sp2 杂化 同一个原子的一个 ns 轨道与两个 np 轨道进行杂化组合
为 sp2 杂化轨道。sp2 杂化轨道间的夹角是120度，分子的几何 构型为平面正三角形
例：
BF3分子形成
C的基态
H
C
H
H
H
激发态
109°28’
sp3 杂化态
4、sp3d , sp3d2杂化
sp3d：同一个原子的一个 ns 轨
道与三个 np，一个(n+1)d 轨道进行
杂化组合为 sp3d 杂化轨道。sp3d 杂化 轨道分子的几何构型 为三角双锥。
sp3d2：同一个原子的一个 ns 轨
道与三个 np，两个(n+1)d 轨道进行
一、分子的极性
分子
带正电荷的原子核 带负电荷的电子
• 正电荷与负电荷中心不重合 • 正电荷与负电荷中心重合
极性分子 非极性分子
键的极性与分子的极性：
• 同种元素原子间： ❖ 所成化学键：电负性相同
非极性键
❖ 所形成分子： 非极性分子 （举例）
• 不同元素原子间： ❖ 所成化学键：电负性不同
极性键
双原子分子
N HH H
结论：sp3不等性杂化
有两种：
1）、有一对孤电子对 参加杂化（如NH3分子） 轨道成键的键角为1070， 分子构型为三角锥形
2）、有两对孤电子对 参加杂化（如H2O分子） 轨道成键的键角为1040， 分子构型为角形（V形）
O
H
H
§7－7 分子的极性和分子间力
分子间力： 分子之间弱的相互作用
+
-+
p
共价键的类型：
❖ σ和π键
键：原子轨道沿着核与核间轴线方向以“头碰头”的方式重
叠形成的共价键。轨道重叠程度大，键较稳定。
s-s
s-p
p-p
键：原子轨道沿着核间轴线 垂直方向“肩碰肩”的方式重叠
形成的共价键。轨道重叠程度小于 键，键稳定性小于 键。
zz yy
py- py
xx
pz- pz
近时发生同性相斥、异性相吸的定向排列作用。这种定向排列
的吸引力就是定向力。
－＋－＋
μ越大
定向力越大
2、诱导力
存在于极性分子与非极性分子之间。非极性分子在极性分
子的偶极电场作用下产生变形，从而产生偶极。极性分子的固
有偶极与非极性分子的诱导偶极的相互作用称为诱导作用，其
作用力就叫诱导力。
－＋
－＋－＋
μ越大
第七章 分子结构
物质的组成：
❖ 原子（稀有气体） ❖ 分子 ❖ 离子
❖ 分子中原子间的强相互作用 化学键
分子结构： ❖ 分子（晶体）的空间构型 几何形状
❖ 分子间弱相互作用 范德华力
❖ 分子结构与物质性质的关系
化学键：
分子中直接相邻的原子之 间强烈的相互作用
（离子键 共价键
配位键
金属键）
§7－1 离子键
一、离子键理论的基本要点
形成：
e
Na
Cl
正、 负离子之间 静电引力作用而 形成的化学键称为
离子键
Na＋
静电引力：
F
q q
ε d 2
静电引力
Cl－
静电斥力
ε：介电常数 ε1 （真空）
ε 80 （水中）
§7－2 共价键
几种成键理论
❖ 经典共价学说 (1916年，Lewis提出）
••
•• Cl ••
•
+
程中混合组成新的原子轨道
多重键：形成 键外，同时还可以形成 键，从而构成多重键
例：
N2分子的结构：
z y
2px-2px 2py-2 py 2pz- 2pz 三重键 x
❖ 配位共价键
共用电子对由一方原子提供
例：
CO分子的结构：
C: 2s22px12py13pz O: 2s2 2px12py1 2pz2
++ 基态
++ 排斥态
共价键成键条件：
❖成键原子中有单 电子且自旋相反 ❖原子轨道要最大重叠
二、共价键的特性
饱和性：
一个原子含有几个未成对电子就只能 与几个自旋相反的电子配对成键
方向性：
轨道必须满足最大重叠－－沿着原子轨 道最大重叠的方向重叠才能成键
例：
p轨道与s轨道的重叠
s
- ++
ps
+
-
+
p
s
分子间力 的特征：
❖ 大小：几十，几 kJ mol1
❖ 没有方向性，饱和性 ❖ 色散力最主要
分子间力与物质性质间的关系
定义：
§7－9 氢键
当氢原子与一个电负性很大，半径又很小的原 子（F、O、N）共价结合后，共用电子对强烈偏 向电负性大的原子（F、O、N），使氢原子几乎 成为裸露的质子，有强正电场，极易被电负性大 且有孤电子对的原子吸引。这种吸引作用叫氢键。
代表氧原子
代表氢原子
代表H-O化学键 代表氢键
通式：
X—H-----Y
X,Y：电负性大，半径小的原子 F, Cl, O, N等
分类：
❖ 分子间氢键：HF, H2O等
NO2
❖ 分子内氢键：
OH
特征：
❖ 键能：40 kJ mol1
❖ 强弱： F—H-----F > O—H-----O > N—H-----F ❖ 方向性和饱和性
xx
§7－3 杂化轨道理论
一、轨道杂化理论的基本要点
价键理论较好地解释了共价键的形成和本质，初步解释了 共价键的饱和性和方向性。但不能解释键角和共价键的数目。
1931年 Pauling 和 Slater 提出杂化轨道理论，补充和发展