分子结构与晶体结构最全版.docx

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分子结构与晶体结构最全版

第六章分子结构与晶体结构

授课内容：

1.掌握杂化轨道理论、

2.掌握两各种类的化学键〔离子键、共价键〕。

3.认识现代价键理论和分子轨道理论的初步知识，谈论分子间力和氢键对物质性质的影响。

授课时数：

6学时

分子结构包括：

1.分子的化学组成。

2.分子的构型：

即分子中原子的空间排布，键长，键角和几何形状等。

3.分子中原子间的化学键。

化学上把分子或晶体中相邻原子〔或离子〕之间强烈的相互吸引作用称为化学键。

化学键可

分为：

离子键、共价键、金属键。

第一节共价键理论

1916年，路易斯提出共价键理论。

靠共用电子对，形

成化学键，获取牢固电子层结

构。

定义：

原子间借用共用电子春结合的化学键叫做共价键。

对共价键的形成的认识，睁开提出了现代价键理论和分子轨道理论。

1.1共价键的形成

氢分子共价键的形成和实质〔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〕相互凑近，到必然距离时，会发生相互作用。

每个H原子核不但吸引自己自己的1s电子还吸引另一个H原子的1s电子，平衡从前，引力＞

排斥力，到平衡距离d，能量最低：

形成牢固的共价键。

H原子的玻尔半径：

53pm，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地域。

这样，增强了核间电子云对两核的吸引，削弱了两核间斥力，

系统能量降低，更牢固。

〔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〕。

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电子配对后不能够再配对

即一个原子有几个未成对电子，只能和同数量的自旋方向相反的

未成对电子成键。

如：

N：

2s22p3，N≡N或

这就是共价键的饱和性。

③原子轨道的最大程度重叠

NH3

〔重叠得越多，形成的共价键越牢固〕

共价键的种类

①σ键和π键〔依照原子轨道重叠方式不相同而分类〕

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

例：

N≡N

σ键的重叠程度比π键大，∴π键不如σ键牢固。

σ键

原子轨道重叠方式头碰头

能单独存在

π键

肩并肩

不能够单独存在

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的重键简单翻开，参加反响。

②非极性共价键和极性共价键

依照共价键的极性分〔电子云在两核中的分布〕，由同种原子组成的共价键为非极性共价键。

例：

H2，O2，N2等

一般来说，不相同种原子组成的共价键为极性共价键。

例：

HCl，H2O，NH3等

共价键极性的强弱，可由成键原子的电负性的大小来表示。

极性共价键是非极性共价键和离子键的过渡键型。

③配位共价键（配位键）：

原子或离子有空轨道，有孤对电子。

共价键的特点

饱和性：

一个原子有几个未成对电子，就只能和同数量的自旋方向相反的未成对电子配对成

键。

方向性：

共价键尽可能沿着原子轨道最大重叠的方向形成。

如形成HCl时，只有氢原子沿着X轴与氯原子的P轨道成键时，轨道重叠最多。

1.2、键参数

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、键能：

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：

2、键长〔用X射线法〕：

成键的两个原子核之间的距离。

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。

3、键角

键长和键角确定，分子构型就确定

了。

价键理论比较简短地阐述了共价键的形成过程和实质，

并成功地讲解了共价键的饱和性和方

向性，但在讲解分子的空间构型〔结构〕方面发生必然困难。

第二节杂化轨道理论和分子的几何构型

CH4，C的四价问题

1931年，Pauling、Slater在价键理论的基础上，提出杂化轨道理论。

一、杂化轨道的看法

1.什么叫杂化轨道？

能量周边的原子轨道混杂起来，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，使一头大，电子云分布更集中，成键能力更强。

3.杂化后,系统的能量降的更低,生成的分子也更牢固。

二、杂化轨道的种类和系统分子的几何构型

1.SP杂化和分子的几何构型

一个S轨道和一个轨道P之间进行的杂化。

例：

HgCl2

Hg5d106s2

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

一个S轨道和二个轨道P之间进行的杂化.

例：

BF3

3.SP3杂化和分子的几何构型

一个S轨道和三个轨道P之间进行的杂化.

例：

CCl4

如CH4，SiH4，SiCl4，CCl4等

三、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

孤对电子不行键，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

正周围体型为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

2、无孤对电子参加的不等性杂化

电子对数

构型

实例

2

直线型

BeCl2、HgCl2

3

平面三角形

BF3、BCl3

4

正周围体

+

4、

CH4、NH4

、CCl4、SiCl

5

三角双锥

PCl、PFCl、SbCl

5

5

3

2

6

正八面体

SF6、MoF

6

第三节离子键

一、离子键的形成和特点

1.离子键的形成

电负性相差大的元素相遇，一失电子，一得电子，它们之间以静电引力相结合，形成离子键。

阴阳离子间拥有静电子云间存在排斥力，

两原子核间存在相互吸引力，

当两原子凑近到必然距离，

电引力，两原子的引力=斥力，〔此

时整个系统能量最低〕，形成离子键。

2.离子键的特点

①实质：

阴、阳离子间的静电引力

②无方向性、饱和性

只要空间赞同，尽可能多地吸引带相反电荷的离子〔任何方向，尽可能多〕。

但整体来说，

有必然比率。

二．离子的特点

1、离子的电荷

简单离子的电荷由原子获取或失去形成的，其电荷绝对值为得失的电子数。

n+m-

离子化合物AmBn：

A，B

简单阴离子的电子构型，一般与同周期罕有气体原子电子层构型相同。

简单的阳离子构型：

3、

将阴阳离子看作是保持着必然距离的两个球体。

离子半径

d=r+

-12

m〕

+r-单位：

pm〔10

规律：

①同一元素：

负离子半径＞原子半径＞正离子半径

低价负离子半径＞高价负离子半径

低价正离子半径＞高价正离子半径

例：

②同

从左到右，阳离子：

正电荷数↑，半径↓

阴离子：

负电荷数↓，半径↓

一周期

③同一主族

电荷数根真相同，从上到下，半径↑〔∵电子层增加〕

离子半径↓，离子间引力↑，离子键强度↑，熔、沸点↑，硬度↑

第四节分子间力和分子晶体

一．分子间力

1、分子的极性

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好一致，而与几何构型有关

③分子极

用偶极矩来胸襟。

性的大小平时

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，≈10-11m

μ≈10

-30C·m

测定μ，①可判断分子极性大小；②可判断多原子分子可否拥有对称结构。

2.分子的变形性

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地址发生改变，产生

"引诱偶极

"，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来胸襟

3.分子间力

①分子间力

范德华，1873年第一提出，又称为范德华力。

说明

分子间距离很近时，存

在作用

力。

a〕色散力

〔所有分子之间〕

一段时

间内某一刹时

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〔以极化率胸襟〕成正比，与分子间距离

6

成反比。

R

色散力↑，熔、沸点↑。

b〕引诱力

极性分子

非极性分子

产生引诱偶极

引诱力与极性分子的

2

；与被引诱分子的变形性成正比

；与分子间距离的

6

成反比。

μ成正比

R

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。

c〕取向力〔极性分子与极性分子之间〕

引诱力与极性分子的μ2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P224，表8-5

极性分子与非极性分子间：

色散力、引诱力

极性分子之间，存在：

色散力、取向力、引诱力

②分子间作用力的特点

a〕分子间作用力是存在于分子间的一种永远性吸引作用。

b〕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。

c〕没有方向性和饱和性。

〔分子间力实质为静电引力〕

d〕强度为化学键的1/10～1/100。

e〕除μ很大的分子〔如H2O〕外，分子间作用力以色散力为主。

③分子间作用力对物质物理性质的影响

4、氢键

氢化物ⅦAHFHClHBrHI

b.p.〔℃〕-67

ⅥAH2OH2SH2SeH2Te

ⅤANH3PH3AsH3SbH3

①氢键形成的条件

O、N、F电负性大，原子半径小，拥有孤对电子，易形成氢键。

注意：

a〕不相同分子亦会形成

b〕分子内亦会形成

H3N⋯⋯H-O-H

②的度和性

a〕度：

比化学小得多

与分子力相同数量，是能的1/20。

b〕拥有方向性和和性

二．物溶解度原理

构相似者〔溶、溶构相似〕易溶，即“相似相溶〞。

L-L：

CH3OH，C2H5OH在水〔H-O-H〕中易溶。

S-L：

离子型易溶于型溶〔极性大〕；非极性化合物易溶于非极性或低极性溶。

选择朋友要经过周密察看，要经过命运的考验，无论是对其意志力还是理解力都应早先检验，看其可否值得相信。

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有的友谊不够贞洁，但

能带来快乐；有些友谊真挚，其内涵丰富，并能孕育成功。

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其他，

假设想让友谊地久天长。

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距离能净化近在身边无法容忍的弊端。

交友不宜只图快乐，也要讲究合用。

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真、善、专一。

良友难遇，如不优选那么更难求。

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最好的朋友是那些长久常新，能与之共享生活体验者。

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