分子结构与晶体结构最全版.docx

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-: 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 UD 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+ H ； — Hf；H 表示：H:H 或 H-H② 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 未成对电子成键如: N： 2s22p3, N三N或NH3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① 键和n键（根据原子轨道重叠方式不同而分类）s-s ：键，如：H-Hs-p ：键，如：H-Clp-p ：键，如：Cl-Cl单键：键双键：一个键，一个n键叁键：一个键,两个n键原子轨道重叠方式沿轴转180O牢固程度键头碰头能单独存在符号不变牢固n键肩并肩 不能单独存在 符号变 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：H，O ,N等2 2 2一般来说，不同种原子组成的共价键为极性共价键。

例：HCl, HO, NH 等2 3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—F4C1H—BrX2. 1 4. 02. 1 3.02. 1 2. 82. 1 2.5A x1.9□. 90. Y0.4槻性变小③ 配位共价键(配位键)：原子或离子有空轨道，有孤对电子1.1.4共价键的特征饱和性：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H20 折疑 u/°^6pm HgQ2 直疑 Cl——Hg 兰2lH 104.45 H 18pBF3 三角世 尸1叭 NH 三角锥形 kl120 F H H” XCH 正四面悴型 109.5 I 10718 H/pH键长和键角确定，分子构型就确定 了。

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CH, C的四价问题41931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：HgCl2Hg 5d1o6s2ODO0 (DOO*OXIOD两个朶化轨道均匀扫E布在一礬上顷口CM心戚键得到直线形分子BeCl ,IIB族形成的AB型分子都为直线形2 22. 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■3W激发平面正三甬形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：CCl4C Ss^p2④ WD - G)四个杂化轨道等同，正四面体型如 CH ，SiH ，SiCl ，CCl 等4 4 4 4三、不等性杂化1、有孤对电子参加的不等性杂化① H2O分子的几何构型2 0 2円计⑪航①杂化.W3X1) 能量稍低，不等•雷垃w杂化孤对电子不成键，能量较低，对成键电子云排斥更大，使两个0-H键角压缩成104.5。

而 正四面体型为109.5O)(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sp部分朶It執道p轨道② NH3的几何构型C02 : N 監哪c加肝金QXIW杂化矚发 *■① 3XDO ** 0 CiXKi）遗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BeCl、HgCl2 J 23平面三角形BF、BCl3 34正四面体CH、NH+、CCl、SiCl、4 4 4 45三角双锥PCl、PF Cl、SbCl5 3 2 56正八面体SF、MoF 6第三节离子键一、离子键的形成和特征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2Na (S) 4-馮(g)①J升华 ②J离解2Na (g) + 2C1 (g)③ ：Na (g) 2s22p&CL （g） 3s2阴阳离子间具有静2NaCl (S)T④2Na+ (g) + CT

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AmBn： An+, 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：实例Li\甘Na\ M尹 Af4T?+, C忖+, F尹C甘C 心 Ag+? Au\Zt^+? C 护十,Hg^ 肘七F1时BP+离子半径分类 构型通式血型 (ml) s2牝型 (n-1) s3 (n-1) E(P-17)亡型 (ti-10 s2 (n-1)炉 Cn-1)沪1 淞型 (n-1) Q (n-1) J (n-1) dL0(18+2)亡型(n-1) Q (n-1) 0 (n-1)护皆3、将阴阳离子看成是保持着一定距离的两个球体d = d + r 单位：pm （10-切）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：原子或禽子o o-半径（pm）65 （共价半径）176> 140原子或禽子Fe Fe2+ FH+半径（pm）116 （共价半径）74 > 64②同 一周期从左到右，阳离子：正电荷数f,半径/阴离子：负电荷数（，半径/③ 同一主族电荷数基本相同，从上到下，半径f（v电子层增加）离子半径（，离子间引力f,离子键强度f,熔、沸点f,硬度f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：O2」、H2、Cl2 非及性键，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③分子极CH+、S1H+ 、 CCl^ SiCl^ 、 eq 等用偶极矩来度量非极性分子非对称结构性的大小通常极性分子X dU：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=1.602X 10-19Cd：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-n m卩~10-30 C • 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，又称为范德华力说明和 iniV 分子间距离很近时，存隹）上纭利⑴ 冬® 竺乂耳⑴在作用力a）色散力（一切分子之间）© O —OO一段时间内某一瞬间总的情况（由于原子核、电子云的不断运动）色散力与分子的变形性（以极化率度量）成正比，与分子间距离R6成反比。