第六章化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu)

第

6章

化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu)返回Chapter6ChemicalBondandMolecularStructure1本章教學(xué)要求1．掌握價(jià)鍵理論的內(nèi)容,會用價(jià)鍵理論解釋共價(jià)鍵的特征;2．掌握雜化軌道理論的內(nèi)容,會用雜化軌道理論解釋簡單分子的空間結(jié)構(gòu)；3．認(rèn)識分子間作用力和氫鍵的本質(zhì)，會用其解釋對物質(zhì)性質(zhì)的影響.2化學(xué)鍵共價(jià)鍵：兩原子通過共用電子對吸引兩核產(chǎn)生的結(jié)合力(牢)。金屬鍵：通過自由電子吸引金屬原子和離子產(chǎn)生的結(jié)合力(導(dǎo)電)。離子鍵：正負(fù)離子間靠靜電引力產(chǎn)生的結(jié)合力(水中完全電離)。極性共價(jià)鍵非極性共價(jià)鍵6.1化學(xué)鍵的類型6.2共價(jià)鍵與分子結(jié)構(gòu)6.2.1價(jià)鍵理論（共價(jià)鍵形成理論）p.133～134共價(jià)鍵的形成條件：能量最低↑↓↑↑共價(jià)鍵形成時(shí)電子云的分布3價(jià)鍵理論要點(diǎn)：鍵合原子雙方各自提供自旋相反的未成對電子；鍵合原子雙方未成對電子的原子軌道應(yīng)盡可能最大程度地重疊（原子軌道相位相同）。共價(jià)鍵的特征：原子能夠提供的未成對電子數(shù)目通常就是該原子共價(jià)鍵的數(shù)目（飽和性）；原子軌道按最大重疊方向形成共價(jià)鍵（方向性）共價(jià)鍵的本質(zhì)：結(jié)合力的本質(zhì)是兩核對共用電子對的吸引例如：HCl√×××4◆σ鍵(單鍵,穩(wěn)定鍵)：重疊軌道的電子云密度沿鍵軸方向的投影為圓形，表明電子云密度饒鍵軸（原子核之間的連線）對稱.形象的表示為“頭碰頭”.py－py◆

π鍵(重鍵中的次穩(wěn)定鍵)：重疊軌道的電子云密度饒鍵軸不完全對稱.形象的表示為“肩并肩”.s－ss－ppx－px由于共價(jià)鍵在形成時(shí)各個(gè)原子提供的軌道類型不同，所以形成的共價(jià)鍵的鍵型也有不同.共價(jià)鍵的類型56.2.2雜化軌道與分子的空間構(gòu)型探究一些可以解決以上問題新理論在眾多科學(xué)家的探求中，Pauling

求助于“雜化概念”建立了新的化學(xué)鍵理論雜化軌道理論.

前面介紹的s軌道與p軌道重疊方式并不能解釋大多數(shù)多原子分子中的鍵長和鍵角.例如,如果H2O和NH3

分子中的O－H鍵和N－H鍵是由H原子的1s軌道與O原子或N原子中單電子占據(jù)的2p軌道重疊形成的，HOH和HNH鍵角應(yīng)為90°；事實(shí)上,上述兩個(gè)鍵角各自都遠(yuǎn)大于90°.6●成鍵過程中，同一原子中能量相近的一組原子軌道互相混合，形成一組成鍵能力更強(qiáng)的新軌道——雜化軌道；（1）基本要點(diǎn)●軌道成分變了●軌道的能量變了●軌道的形狀變了結(jié)果，當(dāng)然是更有利于成鍵！總之，雜化后的軌道變了●含有未成對電子的雜化軌道總是形成σ鍵●雜化前后軌道數(shù)目不變7

●sp雜化2s2p2s2psp2ptwo

sphybridorbitalexcitedhybridizationConfigurationofBeingroundstateHybridorbital(2)雜化形式FormationofthecovalentbondsinBeCl2

（直線型分子）8FormationofthecovalentbondsinBF3（平面三角形分子）

●sp2雜化2s2p軌道2s2p2s2psp2threesp2hybridorbitalexcitedhybridizationHybridorbitalConfigurationofBingroundstate9FormationofthecovalentbondsinCH4(正四面體型分子)2p2s2s2psp3foursp3hybridorbital●sp3雜化(C與四個(gè)原子結(jié)合)excitedhybridizationHybridorbitalConfigurationofCingroundstate102p2s2s2pC的sp2雜化（C與三個(gè)原子結(jié)合）excitedhybridizationsp2threesp2hybridorbital↑FormationofthecovalentbondsinCH2=CH2（平面形分子）HHHHHHHH11sp2ptwo

sphybridorbital2p2s2s2pC的sp雜化（C與兩個(gè)原子結(jié)合）excitedhybridization↑↑FormationofthecovalentbondsinCHCH（直線型分子）HH12“不等性雜化”:即雜化后的軌道中填充的有中心原子的孤電子對.這樣我們就可以解釋象水和氨這樣的分子結(jié)構(gòu)了.H2O中,O原子采取sp3不等性sp3雜化HybridorbitalConfigurationofOingroundstateValencebondpicturesofH2O....13NH3中N原子采取sp3不等性雜化不等性sp3雜化ValencebondpicturesofNH3ConfigurationofNingroundstateHybridorbital..14●NH3、H2O的鍵角為什么比CH4小？CO2的鍵角為何是180°？乙烯為何取120°的鍵角？●在BCl3

和NCl3分子中，中心原子的氧化數(shù)和配體數(shù)都相同，為什么兩者的空間分子結(jié)構(gòu)卻不同？試用雜化軌道理論解釋下面問題：Question中心原子的雜化形式不同,BCl3中，中心原子采用sp2雜化，……;

NCl3中，中心原子采用不等性sp3雜化，……。

CH4中,中心原子采用sp3雜化軌道成鍵,四條sp3雜化軌道產(chǎn)生強(qiáng)排斥互相遠(yuǎn)離,形成四面體鍵角109.5°;NH3、H2O中，中心原子采用不等性sp3雜化，四條sp3雜化軌道中有的被孤對電子對占據(jù),而孤對電子對產(chǎn)生的排斥力比未成對電子的更大，對鍵角產(chǎn)生了擠壓作用；……。CO2中，中心原子C采用sp雜化，兩條sp雜化軌道產(chǎn)生強(qiáng)排斥互相遠(yuǎn)離，形成直線型鍵角180°,……。乙烯中，中心原子C采用sp2雜化，三條sp2雜化軌道產(chǎn)生強(qiáng)排斥互相遠(yuǎn)離，形成平面三角形鍵角120°,……。156.4分子間力和氫鍵

(intermolecularforcesandhydrogenbonding)●偶極矩(dipolemoment,μ)分子間作用力是分子之間存在的比化學(xué)鍵弱很多的相互吸引力.6.4.1分子的極性●極性分子：正、負(fù)電中心不相重合（電子云分布不對稱）的分子。m=q?d偶極矩是表示分子中電荷分布狀況的物理量，定義為正、負(fù)電重心間的距離與電荷量的乘積，其單位為C﹒m（庫﹒米）.分子電偶極矩是個(gè)矢量.對雙原子分子而言，分子偶極矩等于鍵的偶極矩；對多原子分子而言，分子偶極矩則等于各個(gè)鍵的偶極矩的矢量和.

16ThebonddipolemomentofsomecompoundsMoleculem/10-30C?mMoleculem/10-30C?mH20H2O6.16N20HCl3.43CO20HBr2.63CS20HI1.27H2S3.66CO0.40SO25.33HCN6.99

例如：●分子的極性產(chǎn)生的原因：共價(jià)鍵有極性，且鍵的極性不能抵消OHHNHHHOCOCClClClCl+–H2ONH3CO2CCl4+–(μ=6.17×10-30C·m)(μ=4.90×10-30C·m)(μ=0)(μ=0)17極性分子固有的偶極叫永久偶極(permanentdipole)；在極性分子誘導(dǎo)下產(chǎn)生或改變的偶極叫誘導(dǎo)偶極(induceddipole)；由不斷運(yùn)動(dòng)的電子和不停振動(dòng)的原子核在某一瞬間的相對位移造成分子正、負(fù)電荷重心分離引起的偶極叫瞬間偶極。(instanteneousdipole).

(1)色散力(dispersionforce)指分子的瞬間偶極與瞬間誘導(dǎo)偶極之間的作用力，它存在于一切分子之間.分子間力可以看成是這些偶極之間的相互作用：●分子極性對分子性質(zhì)的影響：

影響溶解度（相似相溶）影響分子間力18通常情況下非極性分子的正電荷重心與負(fù)電荷重心重合，但原子核和電子的運(yùn)動(dòng)可導(dǎo)致電荷重心瞬間分離，從而產(chǎn)生瞬間偶極.瞬間偶極又使鄰近的分子產(chǎn)生瞬間誘導(dǎo)偶極，兩種偶極處于異極相鄰狀態(tài).dispersionforce19

色散力的大小既依賴于分子的大小，也依賴于分子的形狀

●丙烷、正丁烷和正戊烷均為直鏈化合物(可以忽略分子形狀的影響),色散力隨分子體積的增大而增大,導(dǎo)致沸點(diǎn)按同一順序升高:

CH3CH2CH3CH3CH2CH2CH3CH3CH2CH2CH2CH3

b.p.-44.5℃b.p.-0.5℃b.p.36℃

●正戊烷、異戊烷和新戊烷三種異構(gòu)體的相對分子質(zhì)量相同,色散力隨分子結(jié)構(gòu)密實(shí)程度的增大而減小,導(dǎo)致沸點(diǎn)按同一順序下降:

CH3∣CH3CH2CH2CH2CH3CH3CH2CHCH3CH3－C－CH3∣∣CH3CH3b.p.36℃b.p.28℃b.p.9.5℃

●色散力不但普遍存在于各類分子之間，而且除極少數(shù)強(qiáng)極性分子(如HF，H2O)外，大多數(shù)分子間力都以色散力為主.20(2)誘導(dǎo)力(inducedforce)指在極性分子誘導(dǎo)下產(chǎn)生的誘導(dǎo)偶極與其它偶極之間的作用力，它存在于極性分子與其它分子之間。(3)取向力（偶極-偶極作用力）極性分子是一種偶極子，兩個(gè)極性分子相互靠近時(shí)，根據(jù)同性相斥、異性相吸原理使分子按一定取向排列，導(dǎo)致系統(tǒng)處于一種比較穩(wěn)定的狀態(tài).取向力是指極性分子與極性分子的永久偶極間的靜電引力。這種作用力的大小與分子的偶極矩直接相關(guān)。它僅存在于極性分子之間。dipole-dipoleforce

21Relativemolecularmasst(m.p.)/℃t(b.p.)/℃m/10-30C·m32.092－185.0－111.2033.998－133.81－87.781.8334.076－85.60－60.753.67PropertySiH4PH3H2STheeffectofdipole-dipoleforceonphysicalproperties

三種物質(zhì)的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)按列出的順序依次升高，被認(rèn)為是分子間作用力按同一順序增大而引起的.

分子間力影響著物質(zhì)的各種物理性質(zhì)，例如：熔點(diǎn)和沸點(diǎn)22●氫鍵存在的證明2.9.2氫鍵（hydrogenband）氫鍵和分子間作用力一樣，也是很弱的力.與同系物性質(zhì)的不同就有可能是由氫鍵引起的.Thestructureofice