大学基础化学 第七章 分子结构 PPT课件
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分子结构课件
分子内氢键的存在使物质的溶沸点降低，也常 使溶解度降低。
分子间作用力 氢键
HF、HCl、HBr、HI
从范德华力考虑, 结构相似，相对分子量越大, 范德华力越大， b.p. 越高, 故 b. P. 为 HI > HBr > HCl, 但由于 HF 分子间有氢键，故 HF 的b.p. 在这 里最高, 破坏了从左到右 b.p. 升高的规律。
X,Y——电负性很大、半径很小的原子， 最常见的有F、O、N。(X、Y可以相同）
HF ： F 的电负性相当大, 电子对偏向 F, 而 H 几乎成了质
子,，可以把另一分子中的F原子吸引到它的附近。
氢键的种类
分子间作用力 氢键
分子间氢键：一个分子的X——H键与另一个分子的原子Y相结 合而形成的氢键。
H2O 和 HF 的分子间氢键很强, 以致于分子发生 缔合, 以(H2O)2、 (H2O)3、(HF)2、(HF)3 形式存在, 而 (H2O)2 排列最紧密, 4℃时, (H2O)2 比例最大, 故 4℃ 时水的密度最大。
分子间作用力之一 —— 范德华力
理想气体是假设分子没有体积也没有任何作用力为 基础确立的概念，当气体密度很小(体积很大、压力很 小)、温度不低时，实际气体的行为相当于理想气体。
事实上，实际气体分子有相互作用力。这种分子 间的作用力就被称为范德华力。
范德华力的特点
1.普遍地存在于固、液、气态任何微粒之间。力的 作用很小，微粒相离稍远，就可忽略；
2.没有方向性和饱和性，不受微粒之间的方向与个 数的限制；
3.分子结构相似时，相对分子质量越大，范德华力 越大； 分子的极性越大，范德华力越大。
范德华力的大小与物质的熔点、沸点等 物理性质有密切联系.。
分子结构与性质精品课件
分子结构的重要性
分子结构决定了分子的物理性质 、化学性质以及生物学活性等方 面，因此对于分子结构的理解和 研究是化学和生物学领域的基础 。
分子结构的层次
分子结构可以分为原子、共价键 、分子构型、电子分布等不同层 次。
分子结构的类型
共价键的分类
共价键可以分为极性共价键和非极性共价键，其中极性共价键又可以分为σ键和π键，非 极性共价键又可以分为δ键和π键。
化学活性的影响因素
分子的化学活性受到许多因素的影响，如键能、键的极性、立 体构型等。
常见的分子化学性质
了解和掌握常见的分子化学性质，如加成反应、取代反应、氧 化还原反应等。
分子在特定环境中的表现
总结词
了解分子在特定环境中的表现对于理解和预测分子在不 同环境中的性质和行为具有重要意义。
环境对分子性质的影响
实验研究的基本原则
实验目的明确
进行实验研究前，需要 明确实验目的和研究问 题，以选择合适的实验 方法和手段。
数据处理规范
实验数据是研究的基础 ，必须进行规范的数据 处理和解析，以获得准 确可信的结果。
实验操作严格
实验操作需严格遵守实 验室规范和安全要求， 确保实验结果的可靠性 和安全性。
现代谱学技术在分子结构与性质研究中的应用
计算机模拟在分子结构与性质研究中的应用
计算化学
通过计算机模拟，可以进行计算化学研究，预测分子的化学性 质和反应行为。
量子化学
量子化学方法可以模拟分子的电子结构和化学性质，为研究分子 结构和性质之间的关系提供理论支持。
分子力学方法
分子力学方法可以模拟分子的构型和构象变化，以及分子在环境 中的行为和相互作用。
06
分子结构与性质研究的挑战和未来发 展
分子结构 PPT课件
离子电荷代数值)/2
中心原子的价层电子数＝族数 作为配体，ⅦA和H 提供1个电子，ⅥA不提供电子 对于复杂离子，加上负电荷数或减去正电荷数 计算电子对数时，若剩余1个电子，亦当作1对处 理
价层电子对构型
2.判断分子的空间构型
价 层 电 价层电子对构型 子对数
2 直线 （sp）
3（sp2） 平面三角形
3、价键理论的要点
（1）自旋方式相反的未成对电子配对形成共价键。 （2）单电子数＝价键数，这是共价键的饱和性。 （3）成键的原子轨道重叠越多，两核间电子出现 的概率密度就越大，形成的共价键就越牢固。这 就是原子轨道最大重叠原理（方向性）。
7.2.2共价键的特性
1.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
例如 CsF：离子性： 92%，共价性：8%
NaCl 晶体示意图
二、决定离子型化合物性质的因素
1、离子半径
离子半径：根据离子晶体中正、负离子的核间距测出的，并 假定正、负离子的平衡核间距为阴、阳离子的半径之和。 离子半径具有规律：
（1）同一种元素的负离子半径大于原子半径而正离子半 径小于原子半径，且正电荷越多，半径越小。例如：
例如：O2 O：1s22s22px22py12pz1 按VB法：1个σ键和1个π，反磁性
实验表明，O2分子是顺磁性物质，它有 2个未配对的单电子, 结构为:
O
O
7.5.1分子轨道理论基本要点
1. 着眼点：分子轨道波函数ψ描述电子
在整个分子空间范围内运动，与原子 轨道的主要区别在于：原子轨道用s、 p、d…表示，而分子轨道用σ、π、 δ…符号表示。
单电子数＝价键数
例：H·一个未成对电子， H2一个共价键 例：·O·····二个未成对电子， O2二个共价键 例：··N···三个未成对电子， NH3和N2三个共价键
中心原子的价层电子数＝族数 作为配体，ⅦA和H 提供1个电子，ⅥA不提供电子 对于复杂离子，加上负电荷数或减去正电荷数 计算电子对数时，若剩余1个电子，亦当作1对处 理
价层电子对构型
2.判断分子的空间构型
价 层 电 价层电子对构型 子对数
2 直线 （sp）
3（sp2） 平面三角形
3、价键理论的要点
（1）自旋方式相反的未成对电子配对形成共价键。 （2）单电子数＝价键数，这是共价键的饱和性。 （3）成键的原子轨道重叠越多，两核间电子出现 的概率密度就越大，形成的共价键就越牢固。这 就是原子轨道最大重叠原理（方向性）。
7.2.2共价键的特性
1.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
例如 CsF：离子性： 92%，共价性：8%
NaCl 晶体示意图
二、决定离子型化合物性质的因素
1、离子半径
离子半径：根据离子晶体中正、负离子的核间距测出的，并 假定正、负离子的平衡核间距为阴、阳离子的半径之和。 离子半径具有规律：
（1）同一种元素的负离子半径大于原子半径而正离子半 径小于原子半径，且正电荷越多，半径越小。例如：
例如：O2 O：1s22s22px22py12pz1 按VB法：1个σ键和1个π，反磁性
实验表明，O2分子是顺磁性物质，它有 2个未配对的单电子, 结构为:
O
O
7.5.1分子轨道理论基本要点
1. 着眼点：分子轨道波函数ψ描述电子
在整个分子空间范围内运动，与原子 轨道的主要区别在于：原子轨道用s、 p、d…表示，而分子轨道用σ、π、 δ…符号表示。
单电子数＝价键数
例：H·一个未成对电子， H2一个共价键 例：·O·····二个未成对电子， O2二个共价键 例：··N···三个未成对电子， NH3和N2三个共价键
分子结构.完美版PPT
16
一、价键理论
1、共价键的形成 1916年Lewis提出了经典共价键理论。他认
为：分子中的原子可以通过共用电子对使每一个 原子达到稳定的稀有气体电子结构。原子通过共 用电子对而形成的化学键称为共价键。
下面以氢分子的形成为例说明共价键的形成。
17
量子力学处理两个氢原子所组成的体系发现，当两个 氢原子从远至近相互接近时，两氢原子相互作用出现两种 情况：如果两电子自旋方向相反，随着两原子距离R变小， 体系能量逐渐降低，当R=R0时，出现能量最低值。如果两 电子自旋相同，随着R变小，体系能量逐渐升高。说明： 自旋方向相反的两个电子之间可以形成化学键。
第章分子结构
1
概
述
分子是参与化学反应的基本单元，分子的性质 取决于分子的内部结构，因此研究分子的内部结 构，有助于了解物质的性质和反应规律。
通常把分子内直接相邻的原子或离子之间强 烈的相互作用力称为化学键。根据其结合力性质 的不同，化学键可分为离子键、共价键及金属键。
2
第一节 离子键(p144)
自旋相同的 电子：推斥 态
H2分子形成过程中18 的能量变化
2、价键理论的基本要点
上述实例说明共价键形成的基本条件是：成 键两原子需有自旋相反的成单电子，成键时单电 子所在的原子轨道必须发生最大程度的有效重叠。 这也是价键理论的基本要点。
两原子间究竟形成几个共价键取决于成键原 子的成单电子数。两原子各有一个成单电子，形 成单键，各有两个成单电子，形成双键，以此类 推。
12
三、晶格能U——离子键强度的标志
气体正离子和气态负离子结合形成1mol离子晶
体时所放出的能量称为晶格能，用符号U表示。 单
位：KJ·mol-1
晶格能大小标志着离子型晶体中离子键的强弱。 晶格能增加，离子键增大，离子晶体越稳定，该晶体 熔沸点越高，硬度越大。
一、价键理论
1、共价键的形成 1916年Lewis提出了经典共价键理论。他认
为：分子中的原子可以通过共用电子对使每一个 原子达到稳定的稀有气体电子结构。原子通过共 用电子对而形成的化学键称为共价键。
下面以氢分子的形成为例说明共价键的形成。
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量子力学处理两个氢原子所组成的体系发现，当两个 氢原子从远至近相互接近时，两氢原子相互作用出现两种 情况：如果两电子自旋方向相反，随着两原子距离R变小， 体系能量逐渐降低，当R=R0时，出现能量最低值。如果两 电子自旋相同，随着R变小，体系能量逐渐升高。说明： 自旋方向相反的两个电子之间可以形成化学键。
第章分子结构
1
概
述
分子是参与化学反应的基本单元，分子的性质 取决于分子的内部结构，因此研究分子的内部结 构，有助于了解物质的性质和反应规律。
通常把分子内直接相邻的原子或离子之间强 烈的相互作用力称为化学键。根据其结合力性质 的不同，化学键可分为离子键、共价键及金属键。
2
第一节 离子键(p144)
自旋相同的 电子：推斥 态
H2分子形成过程中18 的能量变化
2、价键理论的基本要点
上述实例说明共价键形成的基本条件是：成 键两原子需有自旋相反的成单电子，成键时单电 子所在的原子轨道必须发生最大程度的有效重叠。 这也是价键理论的基本要点。
两原子间究竟形成几个共价键取决于成键原 子的成单电子数。两原子各有一个成单电子，形 成单键，各有两个成单电子，形成双键，以此类 推。
12
三、晶格能U——离子键强度的标志
气体正离子和气态负离子结合形成1mol离子晶
体时所放出的能量称为晶格能，用符号U表示。 单
位：KJ·mol-1
晶格能大小标志着离子型晶体中离子键的强弱。 晶格能增加，离子键增大，离子晶体越稳定，该晶体 熔沸点越高，硬度越大。
分子结构 ppt课件
显然,结构Ⅲ、Ⅳ是不合理的。最合理的结构应是式Ⅰ。一
般N2O的结构用式Ⅰ和式Ⅱ表示.
PPT课件
7
1.2 共振结构
某一物种的合理的路易斯结构可能会写出不止一个。也 就是说, 在骨架完全不变的情况下, 可以写出两个或两个以上 等价的并服从八隅律的路易斯结构。这就是共振结构。
：N≡N+1－O‥ ‥-1：
O 3PO O O
PO43- 离子的空间构型为正四面体形。
价层电子对空间构型为正四面体。
PPT课件
29
4.3 影响分子空间构型的因素
(1) 孤对电子 由于孤对电子排斥力大, 影响键角或分子的对称性。
(2) 多重键 多重键的电子数比单键多,排斥力强,含有重键的键角大。
三角双锥 PCl5
变形四面 体(跷跷板 SF4
形)
T形
ClF3
2 3 AX2
直线形 XeF2
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24
VPN bp
lp
分子式
VP排布方式
分子几何 构型
实例
6 0 AX6
八面体 SF6
6 5 1 AX5
四方锥 ClF5
4 2 AX4
PPT课件
正方形 XeF4
25
4.2 用VSEPR理论判断共价分子构型的一般步骤９
‥０ ０ ‥-1 [‥S = C = ‥N ] -
Ⅰ
‥-1 ０ ０ [：‥S – C ≡N ]：-
Ⅱ
+1 [：S
≡０C–‥‥-N2：]-
Ⅲ
计算每个路易斯结构式中各原子的形式电荷, 并标记形式电荷:
显然比较合理的结构式是式ⅠPPT和课件式Ⅱ, 这两者为共振结构。10
1.3 一些不满足八隅律的分子结构式 (1) 奇电子分子
《分子结构》课件
分子的几何构型
分子的空间排列
分子的几何构型影响其物理性质 和相互作用。
键角和键长
键角和键长决定了分子在空间中 的形态和键的强度。
分子的对称性
分子的对称性影响其光学性质和 反应行为。
动力学与热力学
1 动力学研究
分子结构的变化和反应速 率的测定。
2 热力学分析
分子结构与能量变化的关 系，热力学特性的定量描 述。
分子结构的分析
分析分子结构的方法有X射线衍射、质谱、核磁共振等，通过这些方法可以确定分子的几何构型和原子连接方 式。
分子数据库
分子结构和性质的大规模数据收集和整理，为科学研究和工程应用提供了宝 贵的资源。
分子图像学
利用先进的成像技术，如扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM），观察和研究分子的形态和表面结 构。
《分子结构》PPT课件
引言：分子结构是化学研究的核心。探索分子构成、连接和相互作用的本质 是我们理解化学世界的关键。
什么是分子结构？
化学的基石概念。
原子的组装
分子结构描述了原子是如何 通过化学键连接在一起形成 稳定的分子实体。
多样性与复杂性
分子结构的多样性和复杂性 使得化学在不同领域具有广 泛的应用。
化学键
键的类型 共价键 离子键 金属键
键的特性 电子共享 电子转移 电子云共享
原子轨道与分子轨道理论
原子轨道
描述了一个原子中电子的位置 和能量。
分子轨道
描述了分子中电子的位置和能 量分布。
价键理论
通过共价键的形成解释分子的 稳定性和反应性。
价键理论与键型理论
1
价键理论
描述了共价键的形成和解离过程。
分子结构的研究方法
分子结构教程课件
的排列和电子云的分布决定。
02 03
详细描述
离子化合物由正离子和负离子通过静电引力结合形成，形成离子键。离 子化合物的结构可以通过正负离子的排列和电子云的分布来描述，这些 因素决定了分子的形状和性质。
举例
常见的离子化合物包括氯化钠（NaCl）、氢氧化钠（NaOH）和硫酸 钙（CaSO₄）等。
金属化合物
分子运动的动力来源于分子之间的相互作用力， 包括范德华力、静电力和共价键等。这些力决定 了分子的运动状态和行为。
分子之间的相互作用
分子之间的相互作用决定了物质的物理和化学性 质，如溶解度、粘度、表面张力等。通过研究分 子之间的相互作用，可以深入了解物质的性质和 行为。
分子热力学
分子热力学概述
分子热力学是研究热力学定律在分子领域中的应用，主要 探讨热力学状态、热力学过程和热力学函数等。
详细描述
共价化合物由两种或多种原子通过共享电子形成，这些共享电子形成共价键，使得原子间 形成稳定的分子。共价化合物的结构可以通过电子云的分布来描述，电子云的分布决定了 分子的形状和性质。
举例
常见的共价化合物包括二氧化碳（CO₂）、水（H₂O）和甲烷（CH₄）等。
离子化合物
01
总结词
离子化合物是通过正负离子间的吸引力形成的分子，其结构由正负离子
分子结构教程课件
CONTENCT
录
• 分子动力学与热力学 • 分子模拟与计算化学
01
分子结构基础知识
原子与分子
原子是构成物质的基本单位，具有相同质子数和不 同中子数的同一元素的不同核素互为同位素。
分子是由两个或多个原子通过化学键结合形成的， 是物质的基本组成单元。
原子的电子排布决定了元素的化学性质，而分子的 性质则由其化学键的类型和分子构型决定。
9 分子结构 PPT课件
. .. .O. O.
54
分 子 轨 道 能 级 示 意 图
55
同核双原子分子轨道能级
(2) 2s、2P能量相差较小(＜1500KJ·mol-1)， 如 Li2、Be2、B2、C2、N2分子
[(σ1s) (σ*1s) (σ2s) (σ*2s) (π2py)(π2pz) (σ2px) (π*2py) (π*2pz) (σ*2px) ]
c. 双键或三键按生成单键考虑。 斥力大小为：三键＞双键＞单键
34
判断分子(ABn型)的空间构型的步骤
1、确定中心原子价层电子对数
价层电子对数＝(A的价电子＋B的成键电子±离子 的电荷数) /2
规定：A＝ ⅥA、ⅦA，价电子分别为6、7； B＝ X、H，成键电子为1； B＝ ⅥA，成键电子为0。
2、确定价层电子对的空间构型； 3、确定分子的空间构型。
H2分子形成的能量曲线
1927年Heitler和 London(德)利用 量子力学处理氢 分子结构，使共 价键的本质获得 了初步说明。 Pauling等人在此 基础上提出了价 键理论(VB)。
9
2、价键理论的理论要点
(1) 自旋相反的未成对电子的原子相互接近 时，可形成稳定的共价键。
(2) 共价键的数目取决于原子中未成对电子 的数目。——饱和性
(1) 同核双原子分子，且2s、2p能量相 差较大(＞1500KJ·mol-1)
(2) 同核双原子分子，且2s、2P能量相 差较小(＜1500KJ·mol-1)
(3) 异核双原子分子
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分 子 轨 道 能 级 示 意 图
52
同核双原子分子轨道能级
(1) 2s、2p能量相差较大(＞1500KJ·mol-1)， 如 O2，F2分子
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二、现代价键理论 valence bond theory
H2分子的形成
1、现代化学键理论的发展
化学键理论的发展
2、H2共价键的形成和本质
E kj/mol
1）自旋方向相反
系 统 能 量 （
）
74.3pm
基态
核间距r/pm
2）自旋方向相同
推斥态
系统能量E(kJ/moL)
74.3pm
基态
核间距 r(pm)
一、经典共价键理论
1916 −−1919年，美国化学家G. N. Lewis (1875−−1946) 和I. Langmuir (1881−−1957)提出共价键理论也称为路 易斯−−朗缪尔化学键理论)。
1）共价键是由成键原子双方各自提供外
层单电子组成共用电子对而形成的。形成共价
键后，成键原子一般都达到稀有气体最外层电
回顾
化学键(chemical bond)
分子或晶体中相邻两原子或离子间的
强烈作用力，成键能量约为几十到几百千
焦每摩。
离子键
chemical bond 共价键(配位键) 金属键
回顾
离子键
共价键 (配位) 金属键
正、负离子靠静电 引力作用形成
原子间通过 共用e-对形成
通过自由e-将金 属原子、离子 联系在一起
重叠方式 头碰头
特 点 沿键轴呈圆柱形对 称分布
类 型 s-s、s-px 和px-px
性 质 键牢固；成键的2个 原子可沿键轴自由 旋转
π键
只能与σ共存
肩并肩
重叠部分键轴呈镜面反 对称
py-py 、pz-pz
键不够牢固；成键的2 个原子不能沿键轴自由 旋转
按共用电子对提供的方式不同，共价键又可分为正常 共价键和配位共价键两种类型。
H2的基态和排斥态中两核间的电子云分布
共价键的本质是成键的两个原 子轨道最大程度的重叠，核间区域 密集的电子云与两个带正电的原子 核之间的强烈吸引作用。
3、价键理论的要点
1.成键的两个原子必须具有自旋方向相反的未 成对电子——共价键形成的条件 2.共价键具有饱和性
一个原子能形成共价键的数目取决于 该原子中的单电子数目。 3.共价键具有方向性-最大重叠原理
px – px： σ键 py – py： π键 pz – pz： 配位键
CO
形成配位键的条件是：
（1）提供共用电子对的原子的最外层有孤 对电子；
（2）接受共用电子对的原子的最外层有可 接受孤对电子的空轨道。
子结构即“八隅律”(octet rule)。
H + Cl
H Cl
2H + O
HOH
Lewis学说成绩
作为化学键的经典电子理论，共价键理论在化 学键理论发展史上起到了继往开来的作用。
1. 指出了共价键与离子键的差异； 2. 解释了一些简单的非金属单质和化合物分子 的形成过程。
一些简单分子的Lewis结构式至今仍为化学 家们所采用。
本章教学要求
1．认识化学键的本质； 2．掌握离子键的形成及其特点； 3．掌握离子的特征，离子极化概念；
4．掌握价键理论的内容；会用价键理论解释共 价键的特征，会用价电子对互斥理论和杂化 轨道理论解释简单的分子结构；
5．初步认识分子轨道，掌握第二周期元素的分 子轨道特点；
6．认识分子间作用力和氢键的本质，会用其解 释对物质性质的影响.
3) 配位键 coordinate covalent bond
共用电子对由某个原子单方提供，另一个原子
提供空轨道。
H
H N + H+
+
H HN H
H
CO: C 1s22s22p2 O 1s22s22p4
H
C O
CO分子的形成： O原子的电子组态为：1s2 2s2 2px1 2py1 2pz2 C原子的电子组态为：1s2 2s2 2px1 2py1 2pz0
Lewis学说的局限性
1.未能阐明共价键的本质及特征;
为什么都带负电荷的2个电子不是互相排斥， 而配对成键？为什么共价键有方向性？
2.“八隅体规则”，例外很多。
PCl5 →P：3s23p3+5Cl-，共5对e>8 BF3 →B：2s22p1+3F-， 共3对e<8
3.不能解释一些分子的性质，如O2、B2的顺磁 性,NO2、SO2、SO3、NO3- 化学键的等价性.
在形成共价键时，电子云总是尽可能地 达到最大程度的重叠。
例：HF
H：Байду номын сангаас
1s
9F： 1s22s22p5
2p
2s
最大重叠
非最大重叠
4、共价键的类型 1)σ键：原子轨道沿键轴方向以“头碰头” 的形式重叠形成的共价键。
s-s
s-p
p-p
σ键的电子云界面图
σ键的特点：
电子云离核较近，能量低。故σ键 比较牢固，可旋转不断，是首选成键 方式。
本质是电性的
电性、波性 改性共价键
无方向、饱和性， 有方向、饱
典型金属~典型非 和性 ，电负
金属元素之间
性相同、相
近元素之间
无方向、饱和 性，金属元素 之间
§7.1 共价键理论covalent bond theory
▪ H2O分子为什么有极性？ ▪ H2O分子中的两个H-O键是否
在一条直线上？ ▪ 能否形成H3O或HO2分子？
着重解决四个问题
分子中相邻原子间强烈作用力-价键理论 (valence bond theory,VB法) 分子的几何构型-杂化轨道理论 /价层电子对互 斥理论（hybrid orbital theory/valence shell electron pair repulsion theory,VSEPR） 分子中电子的运动状态-分子轨道理论 ( molecular orbital theory,MO法) 分子与分子之间较弱的作用力-分子间力
2)π键:原子轨道沿键轴方向“肩并肩”式
重叠形成的共价键称为π键。
N2分子的成键方式：
2p
7N 2s22p3 2s
π电子云界面图
π键特点： 电子云离核较远，较活泼，易断， 不能任意旋转，且π键一般不能单独存在。
成键规律： 单键： 键 双键： 键+π键 叁键： 键+ 2个π键
σ键
存在方式 任何分子骨架
第七章
授课教分员 子张结欣荣构 杨峰
Molecular Structure
研究分子结构主要包含以下内容：
一、在分子或晶体中相邻原子或离子间 强烈的相互作用力，即化学键问题
二、分子或晶体在空间呈现的几何形状， 即空间构型问题
三、分子与分子之间较弱的相互作用力 问题，即分子间力问题
主要内容
第一节 共价键 第二节 分子间的作用力 第三节 离子键