分子的物理性质及弱化学键.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章,分子的物理性质及弱化学键,分子的电学性质：偶极矩,分子的磁学性质：磁化率,分间作用力,弱化学键,1、偶极矩,一、分子的电学性质,正负电荷中心不重合的分子为,极性分子,偶极矩的定义：,l,+,q,-,q,SI单位：C,m，惯用单位,：D,1D=3.33610,-30,Cm,对于分子的极性用偶极矩表示,分子的偶极矩可通过实验求出，或通过量子力学的计算,对于共价键的极性，用键矩表示公式和方向的规定同偶极矩，qd，方向从正到负2、分子的极化,取向极化（极性分子）,变形极化（所有分子）,原子极化率,e,电子极化率,a,定义：,的单位是：m,3,，又称之为极化率体积极化率与介电常数的关系,相对介电常数：,Clausius-Mosotti-Debye,方程,化合物相对介电常数与极化率之间在关系如下：,对于极性分子：,可以证明：,由,和,r,计算出P，以P对1/T作图，由直线的截矩和斜率可求,d,和,令,摩尔取向极化度,极化作用与频率的关系,对于高频电场，如可见光区，只存在电子极化率在光频范围一定频率下介电常数与该频率时的介质折射率之间存在如下关系：,可求得电子极化度：,R,m,：摩尔折射度,反磁化率,物质的磁化,永久磁矩,顺磁性,平均磁矩,实验磁化率,磁化率,不成对,电子数,配键类型,磁化率原理流程图,二、分子的磁学性质,：,原子在磁场中的示意图,物质在外加磁场 中会被磁化，有感应磁场 ，所以物质内部的磁场强度B是,若 与 的方向相同，则该物质为顺磁。

其中若 消失后，并不消失，则该物质为铁磁性物质）,若 与 的方向相反，则该物质为反磁1、物质的磁化,为何顺磁物质在日常生活中并不显磁性呢?,分子热运动使得原子或分子指向各个方向的机率相同，从宏观上看总磁矩为零顺磁物质中的单个原子或分子具有永久磁矩 ，永久磁矩使得每个原子或分子就是一个有方向的小磁场在外加磁场的作用之下，原子或分子的,会顺着磁场排列同时顺磁物质本身在磁场中显出磁性，也加大了物质内部的磁场强度2、永久磁矩,永久磁矩 的产生是因为顺磁物质中的单个原子或分子的总角动量 不为零，其中,（是总轨道角动量，是总自旋角动量）,而总角动量的大小,（J是内量子数，J=L+S,L+S-1,L+S-2,|L+S|）,永久磁矩 与内量子数,J,有关：,（g是朗特因子，与量子数J,L,S有关；,是玻尔磁子）,无外加磁场时，由于热运动，原子或分子的磁矩指向个各方的机率相同，故顺磁质宏观的平均磁矩为零；在外加磁场作用下，原子或分子的,会顺着磁场方向排列，但热运动会扰乱这种排列，当达到热力学平衡时，物质便具有平均磁矩显然平均磁矩与外加磁场 的强度成正比，与温度成反比3、平均磁矩的理论值,根据玻尔兹曼分布定律，并注意到一个给定的内量子数J,对于总磁量子数MJ，同时可取J，J-1，J-2，-J共2J+1个值，所以平均磁矩：,其中，k=1.3810,-23,焦耳/度是玻尔兹曼常数；T是绝对温度。

代入 ，得平均磁矩：,help,4、平均磁矩的实验值,在多原子分子中，电子轨道运动与分子的核构型关系很紧密，以致电子轨道运动产生的磁矩不能顺着外磁场方向，宏观上产生的磁矩小；故分子的磁性几乎全部是由电子自旋运动提供的所以永久磁矩的公式改写为：,仅考虑自旋时，g=2.00,设未成对电子数为n，则S=n/2，代入上式得：,help,5、磁化率,磁介质在磁场中的磁化程度，用磁化强度矢量 表示，,被定义为单位体积分子磁矩的矢量和单位体积磁化率（无量纲）可以看作单位磁场强度下单位体积的磁矩,6、摩尔磁化率,磁化率是永久磁矩在宏观上的表现摩尔磁化率 的定义是单位磁场强度下，一摩尔物质的 ，即,若仅考虑平均磁矩的实验值，则：,help,7、摩尔反磁化率,只要有外加磁场，反磁质、顺磁质都会产生与H方向相反的诱导磁矩摩尔反磁化率 是单位磁场强度下，一摩尔物质的 ，即：,对于反磁质来说，实验测得的磁化率就是反磁化率help,8、实验磁化率,而对于顺磁质来说，实验测得的磁化率 是磁化率 和反磁化率 之和：,但 ，所以可以近似将 看作 ，故只根 据 来计算：,help,9、不成对电子数,设未成对电子数为n,则S=n/2,解方程，可得：,所以，只有存在未成对电子的物质才有顺磁性,help,10、配键类型,络合物呈,球对称，电子轨道能量都相同。

络合物呈正八面体，电子轨道能量不全相同以铁原子为例：,有两个孤对电子,无孤对电子,故根据不成对电子数可以确定络合物中的结构,help,11、磁天平的原理,help,样品管,天平,磁场,沿样品轴心方向S，存在一磁场强度梯度，作用于样品的力为：,其中，A为样品截面积；K为样品的体积磁化率；K,K,为空气的体积磁化率；量纲是cm,2,/cm,3,；积分边界条件H为磁场中心的强度，H,0,为样品顶端的磁场强度假定K,K,可以忽略不计，且H,0,=0，将上式积分，得：,help,help,分子间力也叫范德华力(Van der Waals Force)物质通过分子间的力相互吸引，而成一定的状态（一般为三态,）,三、分子间的作用力,静电力,德拜力,1.定向力,orientation force,是极性分子与极性分子之间的作用力,当两个极性分子充分接近时，由于同性相斥，异性相吸，使分子偶极定向排列，这种力叫定向力分子的偶极矩越大，定向力越大是固有偶极之间的力常温下，V,k,0,高温下，V,k,=0,2.诱导力,induction force,是极性分子与非极性分子之间的作用力,非极性分子无偶极矩，但在极性分子的偶极矩的诱导下，,产生了瞬间偶极，它与固有偶极之间的作用叫诱导力。

极性分子的偶极矩越大，非极性分子的变形性越大，作用就越强与温度无关,3.色散力,dispersion force,由于原子的运动，使电子云和原子核之间发生瞬时的相对位移，由此产生瞬时偶极瞬时偶极之间的作用叫色散力这种力在任何分子都存在非极性分子之间正是通过这种力相互作用的分子的体积越大，变形性越大，色散力越大分子的变形性,分子间作用力的特点：,存在于一切分子、原子之间作用能量一般为几kJ/mol 到几十kJ/mol，比化学键小12数量级短程作用只有几个A,0,作用力与分子间距离的6次方成反比所以气体分子之间的作用力远远小于液体分子之间的作用力无方向性、饱和性,通常在三种作用力中，色散力是主要的范德华力与物理化学性质,1、对熔点、沸点、熔化热和汽化热的影响,2、吸附（物理吸附or化学吸附？）,四、氢键,hydrogen bond,1 氢键的形成：,XHY用来表示氢键，其中XH,键的电子云偏向高电负性的X原子，导致出现屏蔽小的带正电性的氢原子核，它强烈地被另一个高电负性的Y原子所吸引以XH Y表示X,Y=F,O,N2 氢键形成的本质,由于高电负性原子的强烈吸引，使与之相连的氢原子成裸核，正电荷密度很大，可与另一个电负性大的原子的孤对电子,通过,静电引力,而成。

氢键不属于范德华力，也不属于化学键，是特殊形式的分子间的作用力它有方向性和饱和性（为什么）,氢键的一些特点：,1）大多数氢键XHY是不对称的，HX距离较近，HY距离较远；,2）XHY可以为直线形,180，能量上有利；也可为弯曲形，即180;,3）X和Y间的距离作为氢键的键长，键长越短，氢键越强，H原子处于中心点时，是最强的氢键；,4）氢键的实测键长要比氢键中共价键键长加范德华半径之和要短；,5）氢键XHY和YR键间形成的角度,，通常为100140之间；,6）一般情况，氢键中H原子是二配位，有时有三、四配位；,7）多数氢键，只有一个H原子是直接指向Y上的孤对电子，但有例外非常规氢键,1）XH,（质子受体是键和大,键,）,2）,XHM（,质子受体是富电子的过渡金属,）,3）XHHY（,二氢键,）,3 氢键的分类,1.分子间氢键(以水分子为例）,2.分子内氢键（以邻羟基硝基苯为例）,4 氢键对物质的性质的影响,氢键对物质的熔、沸点、熔化热、气化热、密度、表面张力、黏度有很大的影响,1.为什么对位和邻位硝基苯酚的沸点分别为110和45？,2为什么水有反常的高沸点？,。