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
教学内容：
1.掌握杂化轨道理论、
2.掌握两种类型的化学键（离子键、共价键）。
3.了解现代价键理论和分子轨道理论的初步知识，讨论分子间力和氢键对物质性质的影响。
教学时数：
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。
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做共价键。
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。
1.1共价键的形成
1.1.1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：
形成稳定的共价键。
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）。
1.1.2价键理论要点
1要有自旋相反的未配对的电子
Hf+HJ-tHH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。
女口：
N:
2s22p3,心N或NH
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）
1.1.3共价键的类型
1b键和n键（根据原子轨道重叠方式不同而分类）
s-s:
b键，如：
H-H
s-p:
b键，如：
H-CI
n键,
p-p:
b键，如：
CI-CI''
单键：
b键
b键n键
牢固程度牢固差
含共价双键和叁键的化合物的重键容易打开，参与反应。
2非极性共价键和极性共价键
根据共价键的极性分（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，Q，N2等
一般来说，不同种原子组成的共价键为极性共价键。
例：
HCI，HbQ,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。
例：
H-FH-C1
H-Br
H-I
X
2.14.02,110
2.12.8
2.12.5
Ax
1.90.9
0.7
0.4
視性变小
3配位共价键（配位键）：
原子或离子有空轨道，有孤对电子。
饱和性：
一个原子有几个未成对电子，就只能和同数目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HCI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）-tA（g）+B（g）所需的E（KJ/moI）
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
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。
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、杂化轨道的概念
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，使一头大，电子云分布更集中，成键能力更强。
3.杂化后，体系的能量降的更低，生成的分子也更稳定。
二、杂化轨道的类型和体系分子的几何构型
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
102
Hg5d6s
两个朶化轨道
均匀布在一醱上，18M念尸戚键
型得到直疑分子
BeCl2,nB族形成的AE2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
B2%
V三个朶化轨道肺平面正三角形
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
C2s^2p?
四个杂化轨道等同，正四面体型
如CH，SiHh，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
02/时
©册®杂化”WKD能量稍低，不融SP3杂化
O-H键角压缩成104.5°,（而
孤对电子不成键，能量较低，对成键电子云排斥更大，使两个正四面体型为109.5°）（两孤对电子之间夹角〉109.5°）
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
2NH的几何构型
N2珊
-QO杂化严—OS
化9P部分朵化轨道
电子对数
构型
实例
2
直线型
BeCl2、HgCL
3
平面三角形
BF3、BCI3
4
正四面体
CH、NH+、CCI4、SiCI4、
5
三角双锥
PCI5、PF3CI2、SbCb
6
正八面体
SF6、MoF
第三节离子键
离子键的形成和特征
1.
离子键的形成
电子云间存在排斥力，两原子核间存在相互吸引力，当两原子接近到一定距离，引力=斥力，（此
时整个体系能量最低），形成离子键。
2.离子键的特征
1本质：
阴、阳离子间的静电引力
2无方向性、饱和性
只要空间允许，尽可能多地吸引带相反电荷的离子（任何方向，尽可能多）。
但总体来说,
有一定比例。
二•离子的特性
1、离子的电荷
简单离子的电荷由原子得到或失去形成的，其电荷绝对值为得失的电子数。
离子化合物AmBnA+，Bm-
2、离子的电子层结构
简单阴离子的电子构型，一般与同周期希有气体原子电子层构型相同。
简单的阳离子构型：
分类构型通式
2亡型9
胫型（n-1）P（n-1）
（9-17）亡型（n-1）Q（n-1）（n-1）N
18亡型（n-1）s2（n-1）（n-1）d10
（18+2）◎型（n-1）s3（n-l）『（n-1）捫ns3
实例
LitBe2*
Mg1*,A?
+
TP+,CiftF旳炉
Sri3*-PtT,B?
+
离子半径
将阴阳离子看成是保持着一定距离的两个球体。
例:
原子或离子
0
0-
tf-
半径（pm）
66（共价半径）
17d
>140
原子或离子
Fe
F白
F0
半径（pm）
116（共价半径）74
>64
从左到右，阳离子：
正电荷数f,半径J
一周期
3、
阴离子：
负电荷数J,半径J
3同一主族
电荷数基本相同，从上到下，半径f（T电子层增加）
离子半径J,离子间引力T,离子键强度T,熔、沸点T,硬度T
第四节分子间力和分子晶体
•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：
02、N2、H2、CI2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
对称结构
非对称结构
CH4、3iH4、cq
恥1貝P>N
等
③分子极
沉、cq等
HHH§
jj.性的大小通常
用偶极矩来度量。
非极性分子
极性分子
q:
原子的正或负中心，一端的电荷量，单位：
库仑（C）,
19
1个电子的电量=1.602X10-C
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
-30—
卩~10C•m
测定卩，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。
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a来度量
3.分子间力
①分子间力
范德华，1873年首先提出，又称为范德华力。
段时
色散力f,熔、沸点仁
b）诱导力
某一瞬间
;与被诱导分子的变形性成正比；与分子间距离的戊成反比。
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。
c）取向力（极性分子与极性分子之间）
©—■OO—^€30极性分子存在充分靠近产生朗向力进一步产生诱导偶极，
诱导力与
极性分子的卩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P224，表8-5
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分子间作用力的特性
a）分子间作用力是存在于分子间的一种永久性吸引作用。
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□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
FaCl2（g）>Br:
（L）.Ia（S）
増増増増
4、氢键
①氢键形成的条件
ON、F电负性大，原子半径小，具有孤对电子，易形成氢键。
注意:
a）不同分子亦会形成氢键
b）分子内亦会形成氢
②氢键的强度和性质
a）强度：
比化学键小得多
与分子间力相同数量级，是键能的
b）具有方向性和饱和性
二•物质溶解度原理
结构相似者（溶剂、溶质结构相似）易溶，即“相似相溶”。
L-L:
CHOHCHOH在水（H-O-H）中易溶。
S-L:
离子型盐易溶于氢键型溶剂（极性大）；非极性化合物易溶于非极性或低极性溶剂。
选择朋友要经过周密考察，要经过命运的考验，不论是对其意志力还是理解力都应事先检验，看其是否值得信赖。
此乃人生成败之关键，但世人对此很少费心。
虽然多管闲事也能带来友谊，但大多数友谊则纯靠机遇。
人们根据你的朋友判断你的为人：
智者永远不与愚者为伍。
乐与某人为伍，并不表示他是知已。
有时我们对一个人的才华没有信心，但仍能高度评价他的幽默感。
有的友谊不够纯洁，但能带来快乐；有些友谊真挚，其内涵丰富，并能孕育成功。
一位朋友的见识比多人的祝福可贵得多。
所以朋友要精心挑选，而不是随意结交。
聪明的朋友则会驱散忧愁，而愚蠢的朋友会聚集忧患。
此外,若想让友谊地久天长。
这需要技巧和判断力。
有的朋友需近处，有的则需远交。
不善言谈的朋友可能擅长写信。
距离能净化近在身边无法容忍的缺陷。
交友不宜只图快乐，也要讲求实用。
一位朋友等于一切。
世间任一美好事物的三大特点，友谊兼而有之：
真、善、专一。
良友难遇，如不挑选则更难求。
保住老朋友，比结交新朋友更重要。
交友当寻可长久之友，如得其人，今日之新交，他年自成老友。
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