第六章分子结构汇总Word文档格式.docx
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可见，只有自旋方向相反的两个电子成键时，体系的能量最低，基态是稳定状态；
而自旋方向相同时，核间电子概率密度几乎为零，核间斥力增大，体系能量升高，不能形成化学键。
将上述研究推广到其他分子，便可得到价键理论。
二、价键理论的要点
[讲解]关于共价键形成的本质有两种理论：
价键理论和分子轨道理论。
主要介绍价键理论。
价键理论又称电子配对法，简称VB法。
其要点主要由两个：
1．电子配对原理
2．最大重叠原：
[讲解]两个原子成键时，各自提供1个自旋方向相反的电子彼此配对。
一个原子能形成几个共价键取决于原子的成单电子数目。
（以氯化氢、氮气的形成说明。
两个原子轨道重叠部分越大，两核间电子的概率密度越大，形成的共价键越牢固，分子越稳定。
这样的两个原理决定了共价键必然具有以下两个特征。
三、共价键的特征
1．饱和性
2．方向性
[讲解]原子所能形成共价键的数目受未成对电子数所限制。
（以氨气、水的形成说明）
为了达到原子轨道的最大重叠，在形成共价键时，成键的原子轨道必须沿合适的方向靠近方可。
（以HCl和H2S的形成为例）
根据原子轨道重叠的情况不同或形成共价键的原子种类不同，可以共价键分为几种类型。
。
四、共价键的类型
[讲解]从不同角度考虑，有几种不同的分类方法。
如果按原子轨道的重叠情况分类：
1．σ键和π键
（1）σ键：
“头顶头”或“头碰头”、“头对头”
[讲解]原子轨道沿键轴（两核连线）方向发生重叠，如s—s、s—px、px—px键的形成。
形成σ键的电子叫σ电子。
（2）π键：
“肩并肩”
[讲解]原子轨道垂直于两核
连线，如py—py、pz—pz。
形成π键的电子叫π电子，π键没有σ键稳定，π电子更容易参加化学反应，尤其在有机化学中。
以氮分子的形成为例，进一步介绍两种共价键。
同种原子形成的共价键，电子云均匀分布核间，而电负性不同的原子形成的共价键，电子云的分布不均匀，从而造成共价键两端带电情况不同，称为共价键的极性。
据此，可将共价键分为两种类型。
2．非极性共价键和极性共价键
（1）非极性共价：
[讲解]电负性相同的原子组成的共价键。
两原子核正电荷重心和分子中负电荷重心重合。
单质分子中的共价键为此类型。
（2）极性共价键
[讲解]电负性不同的原子组成。
电负性大的原子一侧电子云密度大，造成分子中正、负电荷重心不重合，出现正极和负极。
化合物中为此类型的共价键。
极性大小可以用两元素电负性的差值（Δχ）衡量。
成键原子电负性差越大，键的极性越大。
3．配位共价键：
（配位键、配键、配价键）
[讲解]成键双方，一方提供一对电子（孤对电子）电子给予体，另一方提供空的轨道电子接受体。
如：
NH4+、
HBF4、CO。
“箭头”表示配位键。
试述CO的形成过程。
[引出]化学键稳定性与哪些因素有关？
五、键参数
[讲解]描述共价键基本性质的物理量：
键长、键能、键角。
1．键长（l）
成键两原子核间的平衡距离（核间距），单位pm（皮米）
[讲解]用X衍射方法可测得。
键长越小，共价键越稳定。
2．键能（E）
一定温度和标准压力下，使单位物质的量的气态原子的化学键断裂变成气态原子或原子团所需能量。
单位KJ·
mol-1。
[讲解]E是共价键牢固程度的参数。
数值越大，键越稳固。
3．键角（α）：
键与键之间的夹角
[讲解]反映分子的几何构型。
双原子分子为直线型；
多原子分子的构型由键长和键角决定。
第二节杂化轨道理论与分子几何构型
[讲解]回忆甲烷的构成。
实验测得，甲烷分子中有4个共价键，且键长、键角键能均相同，其几何构型为正四面体，（1931年鲍林）杂化轨道理论可以给出解释。
一、杂化轨道理论概要
1．形成过程
[讲解]
甲烷的形成过程：
BeCl2的形成过程：
解释轨道进行杂化后分子更稳定的原因。
2．概念
（1）杂化
若干个能量相近的不同类型（例如s和p）的原子轨道经过叠加，重新分配能量和调整伸展方向以满足成键的需要，组合成同等数目的、成键能力更强的新轨道。
这种过程就称为原子轨道的杂化。
（2）杂化轨道
经杂化得到的新轨道称为杂化原子轨道，简称杂化轨道。
二、杂化轨道类型与分子几何构型的关系：
[讲解]杂化的原子轨道成键时．要满足化学键问最小排斥原理，这便要求杂化轨道问要有一定的夹角。
杂化方式不同，夹角不同，这便决定了共份分子有不同的空间结构。
s轨道和p轨道的杂化有三种方式。
1．sp杂化
（1）参与杂化的原子轨道：
1个s轨道和1个p轨道。
（2）杂化轨道夹角：
180o
（3）分子空间构型：
直线型
（4）实例CO2、BeCl2、HgCl2、ⅡB族元素的AB2型分子。
2．sp2杂化
1个s轨道和2个p轨道。
120o
平面三角形
（4）实例：
BF3、BCl3等分子。
3．sp3杂化
1个s轨道和3个p轨道。
109.5o
正四面体
CH4、CCl4等分子。
[讲解]上述三种类型的杂化轨道中，每一轨道均用于成键，且其形状、能量完全相同、所含轨道成分也相等，称为等性杂化。
4．不等性杂化
（1）定义：
杂化后，各轨道的成分不完全相同。
[讲解]N、O原子的外层电子与C原子有何不同？
进行杂化后呢？
（N、O中有孤对电子，不参与成键。
）氨分子的形成过程如下：
（没有电子的激发，只进行杂化）
孤对电子离核近，对成键电子有排斥作用，使键角小于109．5O，只有107．3O。
[讲解]相同的杂化轨道与不同原子形成化学键时，也可能引起中心原子的不等性杂化。
如CHCl3分子。
杂化轨道是成键时为适应需要而形成的，对于过渡元素，往往有d轨道或f轨道参与杂化，根据要求确定杂化形式。
目前，可以定量地对杂化轨道进行有关计算，来解释分子结构的相关问题。
杂化轨道类型与分子几何构型关系如下：
附：
鲍林是世界上著名的化学家，也是一位国际和平主义战士。
他于1901年2月28日诞生美国。
他的父亲是位药剂师．在其父的影响下，鲍林从小就对化学产生较浓厚的兴趣。
21岁（1922年）时获得化学工程博士，24岁获得哲学博士。
他是杂化轨道理论创始人．25岁时便发表有关杂化的第一篇论文，经过十五年的努力建立起杂化轨道理论（1931年）。
由于他对化学键本质的研究和应用化学键理论阐明物质的结构而获得1954年诺贝尔化学奖；
由于他反对用武力解决国际争端和唤起公众对大气层的核实验所带来的放射性危险的注意而获得l962年诺贝尔和平奖。
鲍林在医学领域也有出色的贡献。
他发表了400多篇科学论文和大约100篇关于社会与和平问题的文章，出版了十几本专著：
《线光谱的结构》、《量子力学导沦》、《化学键的本质》、《普通化学》、《大学化学》、《分子的构造》、《科学与世界和平》、《维他命c与感冒》、《分子精神病学》、《精神分裂症的治疗》、《化学》、《维他命c·
感冒和流行性感冒》、《癌症与维他命C》等等。
鲍林从1922一1963在加利福尼亚工学院任教40多年，以后曾先后在研究所和几所大学任教授．鲍曾于1973午和1981年两度来华讲学和访问，受到我国科学工作者的热烈欢迎和敬佩。
第三节分子间力与分子晶体
（分子间力的概念高中接触过，但其本质并为学习，可作为重点内容讲解。
[引出]共价键有极性与非极性之分，那么由共价键形成的分子又如何？
分子之间是否有力存在？
分子间力产生作用的根本原因是什么？
分子间力有何应用？
（物质的物理性质：
熔点、沸点、溶解性等）
一、分子的极性和变形性
[讲解]借用共价键的极性可以定义分子的极性。
（两原子核正电荷中心和分子中负电荷中心重合的化学键为非极性共价键。
1．分子的极性
（1）非极性分子：
分子中正电荷中心和负电荷中心重合。
（2）极性分子：
不重合。
[讲解]分子极性与化学键极性的关系。
（同核双原子分子和多原子分子：
两者一致，均无极性；
异核双原子分子：
两者一致，均有极性；
异核多原子分子：
化学键一定有极性，而分子极性决定于分子的空间构型。
举例说明）
分子极性的大小由偶极距表示。
（3）偶极距：
衡量分子极性的大小。
μ=q·
d
[讲解]分子极性的大小与电荷所带电量和正、负电荷间的距离成正比。
测定此值，可以用于推断分子的极性大小、分子的空间构型。
（阅读教材表6—3）
2．分子的变形性（可极化性）
[讲解]在外加电场下，分子内电荷分布情况如何？
分别讨论非极性分子和极性分子受到的影响。
非极性分子：
原重合的正负电荷中心分离，产生偶极（诱导偶极），分子变形。
（诱导）
极性分子：
偶极距离增加。
（取向）
（1）分子的极化：
受外电场作用产生诱导偶极的过程。
（2）分子的变形性：
受极化后外形发生改变的性质。
（3）极化率：
变形程度。
[讲解]变形程度与外电场强度、分子大小有关。
分子有极性且在外电场下可发生极化是分子间产生作用力的原因。
二、分子间力
1．色散力
（1）瞬时偶极：
分子内原子核和电子不断运动在瞬间正负电荷中心不重合产生的偶极。
[讲解]瞬时偶极时有时无。
（2）色散力：
由于瞬时偶极产生的作用力。
（3）存在：
非—非、非—极、极—极之间均有。
（4）影响因素：
与分子变形性有关。
2．诱导力
由于诱导偶极产生的作用力。
[讲解]极性分子可以作为外电场使非极性分子产生偶极。
极性分子与非极性分子间相互作用
（2）存在：
非—极、极—极之间存在。
[讲解]极、极的固有（永久）偶极之间相互诱导，使极性分子的偶极距增大。
（3）影响因素：
极性分子的偶极距、被诱导分子变形性、分子间的距离
3．取向力
固有偶极间存在的作用力。
极—极之间
偶极距
[讲解]同极相斥、异极相吸，分子转动而取向。
两个极性分子间的作用
三种作用力，色散力作用是主要的。
共同本质为静电，无方向性和饱和性。
4．范德华力对物质性质的影响
（1）分子间力较弱（化学键的1%～10%）
（2）普遍存在
（3）对物质性质有影响（熔点、沸点、硬度、溶解度）
稀有气体熔、沸点依次升高；
卤素单质状态的变化等。
三、氢键
1．定义
与电负性大的原子结合的氢原子与另一电负性大的原子的孤对电子间的静电引力。
X—H·
·
Y
2．形成条件
X、Y电负性大、半径小、有孤对电子。
（F、O、N等原子）
3．存在
液态和固态物质中
4．特点
有方向性和饱和性，键能处于化学键和分子间力之间。
5．对物质性质的影响
[讲解]HF、H2O、NH3熔沸点、NH3溶解度、硫酸（磷酸）黏度增加
四、分子晶体
1．晶格
构成晶体的空间点阵结构。
2．晶胞
体现晶体结构特征的最小重复单元。
3．结点
微粒所占据的点。
[讲解]最简单的晶胞：
简单立方。
另外，立方体心、立方面心均属于立方晶系。
（共有7个晶系：
立方、六方、四方、三方、正交、单斜、三斜，15种晶格形式。
根据结点上微粒的种类，将晶体分类。
2．分子晶体
[讲解]结点上为分子，以范德华力结合，作用力小，熔点、沸点低，硬度小。
（干冰等）
第四节离子键与离子晶体
（离子键的概念高中学过，可以复习为主。
[引出]什么是离子键，是如何形成的？
一、离子键的形成和特征
阴、阳离子间静电引力。
2．特点
强极性、无方向性和饱和性。
二、离子的结构特征
1．离子的电荷
（得到或失去电子的数目。
2．离子的电子构型
[讲解]阴离子：
8电子构型；
阳离子：
五种。
（1）2电子型：
（第二周期s区）
（2）8电子型：
（第三周期及其以后周期的s区、第三周期部分p区）
（3）18电子型：
长周期ds区和部分p区
（4）18+2电子型：
长周期部分p区
（5）不饱和型：
d区
3．离子半径
[讲解]将离子视为硬球，正负离子彼此接触，测核间距得正负半径之和，从而求得离子半径。
离子半径的变化规律。
（与原子半径相比，同周期、同主族相比，同一元素不同荷电数相比。
4．离子晶体
[讲解]结点上为阴、阳离子。
特征：
[讲解]引力强，晶体的熔沸点高；
极性强，易溶于强极性溶剂；
固态不导电，熔融状态和水溶液中可导电。
5．晶格能
[讲解]用于晶体稳定性的衡量。
标准状态下，气态阴、阳离子结合成单位物质的量的离子晶体所释放能量。
其大小影响晶体熔点、硬度等。
第五节离子极化
（与分子的极化相对照，简单介绍，学生自学为主。
一、离子在电场中的极化
在外电场中产生诱导偶极。
2．影响因素
3．变化规律
[讲解]半径越大，变形性越大，诱导偶极越长，极化率越大。
（同周期相比、阴阳离子相比。
二、离子间的相互极化
1．极化力
2．变形性
[讲解]阴阳离子上述两中性质同时具有。
使其他离子极化的能力为极化力，与离子半径、电荷和电子构型有关；
被极化的能力为变形性，亦与上述因素有关。
阳离子表现为极化力；
阴离子表现为变形性。
极化力和变形性都很强时，彼此产生更大的偶极，等于固有极化力与附加极化力之和。
三、离子极化对物质的影响
1．键的极性
2．溶解度
3．颜色
4．熔点
[讲解]离子变形，使阴阳离子电子云重叠，核间距缩短，离子性降低共价性增加，由离子键过度为共价键。
如卤素的银盐。
极化作用越强，化合物颜色越深，熔点越低。
此理论用于同系列化合物性质的变化。
第六节其他类型晶体
[板书]
晶体类型
结点微粒
微粒间作用力
晶体性质
实例
离子晶体
阴、阳离子
离子键
熔点较高、硬度大而脆，固态不导电，熔融态或水溶液导电
NaCl、MgO
原子晶体
原子
共价键
熔点高、硬度大、不导电
金刚石、SiC
分子晶体
分子
分子间力
熔点低、硬度小、不导电
CO2、NH3
金属晶体
原子、离子
金属键
熔点一般较高，硬度一般较大，能导电、导热，具有延展性
W、Ag、Cu
金属键：
金属晶体中的原子、离子与自由电子间的结合力。
无方向性和饱和性。
自由电子可在整个晶体内移动，故可导电、导热。
混合型晶体：
如石墨。
金刚石的结构金属晶体的结构
本章小结
1．掌握离子键和共价键的形成、特点及相互区别；
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