《分子结构》PPT课件.ppt

第2章 分子结构 (Structure of Molecule) 1 2-1 路易斯结构式 2-2 单键、双键和叁键键和键 价键理论（一） 2-3 价层电子互斥模型（VSEPR） 2-4 杂化轨道理论价键理论(二) 2-5 共轭大键 2-6 等电子体原理 2-7 分子轨道理论 2-8 共价分子的性质 2-9 分子间力 主 要 内 容 2 1. 掌握杂化轨道理论(sp、sp2、sp3、dsp2、sp3d、dsp3、 d2sp2、d2sp3或sp3d2型杂化) 每一类型各能举出23个 实例。 2. 了解第二周期同核双原子分子(N2、O2等)异核双原子 分子(如CO、HF)等的分子轨道理论。 3. 了解分子间力的概念，弄清化学键和分子间力的区别 。 4. 掌握氢键的特征和形成条件及其对物质物理性质的 影响。 5. 了解物质性质与分子结构键参数的关系。 6掌握共轭大键，价层电子对互斥理论。 教 学 要 求 3 1. 共价键的形成和本质，现代价键理论的要点和 优缺点，共价键的方向性和饱和性，键和键 。 2. 价层电子对互斥理论。 3. 杂化轨道理论和 共轭大键 4. 分子轨道理论简介：分子轨道的含义，分子轨 道的形成，分子轨道中电子的排布，键级。 5. 共价分子的性质-键能、键长、键角，键的极性 。 分子偶级矩和磁性。 6.分子间的作用力和氢键。 教 学 重点 4 MO法， 共轭大键 教 学 难点 讲授法，归纳法，示例法 教 学 方 法 5 19世纪的化学家们创造了用元素符号加划短 棍“”来表明原子之间按“化合价”相互结合的结 构式。 分子中的原子间用“”相连表示互相用了“1 价”，如水的结构式为HOH；“=”为“2价”； “”为“3价”。 2.1 路易斯结构式第二章 分子结构 英国化学家弗兰克兰在1850年左右提出化合价 并无正负之分，同种分子，如H2，其中的氢也呈1 价，故氢分子的结构式为HH。这种经典结构式 称为弗兰克兰结构式。 6 路易斯把弗兰克兰结构式中的“短棍”解释为 两个原子各取一个电子配成对，即：“”是一 对共用电子，“ ”是2对共用电子，“ ” 是3对 共用电子。路易斯还认为，稀有气体最外层电 子构型（8e- ）是一种稳定构型，其他原子倾向 于共用电子而使他们的最外层转化为稀有气体 的8电子稳定构型8隅律。路易斯又把用“共用 电子对”维系的化学作用力称为共价键。这种观 念为路易斯共价键理论。 2.1 路易斯结构式第二章 分子结构 7 孤对电子：分子中除了用于形成共价键的键合 电子外，存在未用于形成共价键的非键合电子 。在写结构式时常用小黑点表示孤对电子。 把这类添加了孤对电子的结构式叫路易斯 结构式（Lewis structure），也叫电子结构式 （electronic structure）。 2.1 路易斯结构式第二章 分子结构 8 价电子总数等于分子中所有原子的价电子数之和，但 中心原子周围的电子总数(共用电子+孤对电子)并不总等 于8，有多电子中心或缺电子中心如： 2.1 路易斯结构式第二章 分子结构 9 优点：给出了分子的总价电子数，用“电子对”的 概念解释了经典结构式中表达弗兰克兰化合价的 短横，并标出了未键合的孤对电子。 缺点：路易斯结构式不能很好地表达分子的立体 结构，也不能表达比传统的单键、双键、叁键更 复杂的化学键。 路易斯结构式的优缺点 2.1 路易斯结构式第二章 分子结构 10 对于可以写出几个相对合理的路易斯结构式的分子 ，泡林提出了“共振论”，认为分子的真实结构是这些合 理路易斯结构式的“共振杂化体”，每个结构式则称为一 种“共振体”，“共振”的符号“”。 例如： 苯分子C-C键长没有区别，苯分子中的C-C键既不是 双键，也不是单键，而是单键与双键的“共振混合体”。 苯和乙酰胺的“共振杂化体” 2.1 路易斯结构式第二章 分子结构 11 2.2 价键理论（一）第二章 分子结构 2-2 单键、双键和叁键-键和键价键理论（一） 2.2.1. 化学键(Chemical Bond) 分子或晶体中相邻原子（或离子） 之间强烈的吸引作用。 化 学 键 理 论 离子键理论 共价键理论 金属键理论 价键理论 分子轨道理论 12 2.2.2 价键理论基本要点 具有自旋相反的单电子的两个原子相互接 近时，单电子可以配对构成共价键。 1. 电子配对原理 H2： H 1s1 + H 1s1 H-H HCl： H 1s1 + Cl 3s23p5 H-Cl N2： N 2s22p3 + N 2s22p3 N N 如 2.2 价键理论（一）第二章 分子结构 13 成键原子轨道重叠越多，两核 间电子云密度越大，形成的共价键 越稳定。 2. 原子轨道最大重叠原理 3. 对称性匹配原理 两原子轨道重叠时，必须考虑原 子轨道“+”、“-”号，同号重叠才是有效 重叠。 2.2 价键理论（一）第二章 分子结构 14 原子轨道角度分布图 + + _ + _ + _ _ _ + + _ _ + + _ _ + + + + s z x pz z x px z xx y py z zz y y xxxxy dxzdyzdxy - - + 2.2 价键理论（一）第二章 分子结构 15 2.2.3 共价键的特性 具有饱和性和方向性 s 和px 轨道的重叠方式 +- x + +- x + + x - 2.2 价键理论（一）第二章 分子结构 16 范畴： s s 重叠 s p x 重叠 px px 重叠 2.2.4 共价键的类型 定义：两原子轨道沿键轴（两核间联 线）进行同号重叠而形成的共 价键称键。 1. 键 2.2 价键理论（一）第二章 分子结构 17 ss 18 spx 19 pxpx 20 特征：原子轨道沿两核间联线方向以“头 碰头”的方式发生轨道重叠，最有 利于实现最大程度重叠。 特点：电子云集中在两核联线上，重叠程 度很大，电子云密度大。 降低核的正电排斥,加强核对电子的 吸引,故键很稳定。 2.2 价键理论（一）第二章 分子结构 21 举例 Cl2：1s22s22p63s23p5 3py23pz23px1 1s22s22p63s23p5 3py23pz23px1 3px1+3px1 px-px HCl: s-px H2：1s1 + 1s1 s-s 2.2 价键理论（一）第二章 分子结构 22 2. 键 范畴： pz-pz 重叠 py-py 重叠 定义：两原子轨道垂直于两核间联线并相互 平行而进行同号重叠所形成的共价键 叫键。 2.2 价键理论（一）第二章 分子结构 23 特征：原子轨道以“肩并肩”的形式发生轨道重叠。 特点：电子云没有集中在两核间连线，所以， 键重叠程度小于键， 键不及键稳 定。 举例：N2： 1s22s22p3 2px12py12pz1 1s22s22p3 2px12py12pz1 结论：（1）共价单键为键，键几乎总是 与键一起出现，也只能存在于 双键和三键中； （2）键较键稳定。 2.2 价键理论（一）第二章 分子结构 24 键和键比较： 重 叠 方 式 重 叠 程 度 对称情况 核对 其束 缚 力 键能 活泼 程度 键 头 碰 头 大沿键轴虽 圆柱对称 大 大， 键不 易断 不活 泼 键 肩 并 肩 小 沿键轴平 面呈反对 称 小 小， 键易 断 高活 泼性 2.2 价键理论（一）第二章 分子结构 25 3. 配位键 (Coordination Bond) 形成条件：成键时，一方有孤对电子， 另一方有空轨道。 例: F F F F B BF4- H H H H N NH4+ C O 2s22p22s22p4 CO 2.2 价键理论（一）第二章 分子结构 26 分子的立体结构决定了分子许多重要性质，但路易斯 结构式未能描述分子的立体结构。 无机分子的立体结构通常是指其s-键的分子骨架在空 间的排布。这种分子骨架可以用现代实验手段测定。 实验证实，属于同一通式的分子或离子,其结构可能相 似，也可能完全不同。 如，H2S和H2O属同一通式H2A，结构很相似，都是角 型分子，仅夹角度数稍有差别，而CO32-离子和SO32-离子 属同一通式AO32-,结构却不同：前者是平面型,后者是立体 的三角锥型。 2.3 价层电子对互斥模型（VSEPR) 第二章 分子结构 27 1940年，希吉维克（Sidgwick）和坡维尔（ Powell）在总结实验事实的基础上提出了一种简单 的理论模型，用以预测简单分子或离子的立体结构 。这种理论模型后经吉列斯比（R.J.Gillespie）和尼 霍尔姆（Nyholm）在20世纪50年代加以发展，定 名为价层电子对互斥模型，简称VSEPR(Valence Shell Electron Pair Repulsion)模型。 2.3 价层电子对互斥模型（VSEPR) 第二章 分子结构 28 （1）用通式AXnEm来表示所有只含一个中心原 子的分子或离子的组成。A：中心原子，X：配 位原子，n：配位原子的个数，E：中心原子上 的孤对电子对，m：孤电子对数。 m值的计算： m=(A的族价-X的化合价X的个数+/-离子电 荷相应的电子数)/2 2.3 价层电子对互斥模型（VSEPR) 第二章 分子结构 1.VSEPR模型的要点是： 29 分子 m SO2 SO3 SO32- SO42- NO2+ 10100 如：SO2的m=(6-22)/2=1, SO32-的m=(6-23+2)/2=1 SO42-的m=(6-24+2)/2=0 NO2+的m=(5-221)/20 计算出来的m值不是整数,如NO2，m=0.5，这 时应当作m=1来对待，因为，单电子也要占据 一个孤对电子轨道。 2.3 价层电子对互斥模型（VSEPR) 第二章 分子结构 30 (2)通式AXnEm里的（n+m）的数目称为 价层电子对数，令n+m=z，则可将通式 AXnEm改成另一种通式AYz 。VSEPR模型 认为，分子中的价层电子对总是尽可能地 互斥，均匀地分布在分子中，因此，z的数 目决定了一个分子或离子中的价层电子在 空间的分布。 2.3 价层电子对互斥模型（VSEPR) 第二章 分子结构 31 z 模型 23456 直线型平面三角形 正四面体三角双锥体 正八面体 VSEPR理想模型 2.3 价层电子对互斥模型（VSEPR) 第二章 分子结构 32 (3) “分子立体构型”是指分子中的原子 在空间的排布，不包括孤对电子对，因此 在获得VSEPR模型后要略去孤对电子对， 才得到分子立体构型。例如：H2O，NH3 ，CH4 都是AY4 ，它们的分子立体结构却 不同： 2.3 价层电子对互斥模型（VSEPR) 第二章 分子结构 33 分子 构型 H2O NH3 CH4 角型三角锥型正四面体 AYz AXn VSEPR理想模型与分子立体结构的关系 2.3 价层电子对互斥模型（VSEPR) 第二章 分子结构 34 四方锥 三角双锥(AB5)直线型T型变型四面体 八面体(AB6) 平面四方形 2.3 价层电子对互斥模型（VSEPR) 第二章 分子结构 35 (4)AYz中的z个价层电子对之间的斥力大小顺序为： l-ll-bb-b(l为孤对电子对；b为键合电子对) l:lone b:bonding . 因为键合电子对受到左右两端带正电的原 子核的吸引，而孤对电子对只受到一端原子核吸引， 相对来讲，孤对电子占据空间较大。（P73） t-tt-dd-dd-ss-s (t: 三键triple ，d: 双键 double ，s:单键single) w-ww-ss-s ( 代表配位原子的 电负性，w为小，s为强) 处于中心原子的全充满价层里的键合电子之间的斥力 大于处在中心原子的未充满价层里键合电子之间的斥 力。 2.3 价层电子对互斥模型（VSEPR) 第二章 分子结构 36 例：用VESPR模型预测H2O分子的立体构型 解： (1)H2O分子属AX2E2=AY4 (2) VSEPR理想模型为正四面体，价层电子对夹角均 为10928。 (3) 分子立体构型(指H2O而不是H2OE2)为角型(非线形 分子)。 (4)根据斥力顺序，有：l-O-ll-O-HH-O-H 结论：水分子的立体结构为角型，H-O-H小于 10928。 以上“斥力顺序”使分子或离子的立体构 型偏离由AYZ确立的理想模型而适当畸变。 2.3 价层电子对互斥模型（VSEPR) 第二章 分子结构 37 例:用VESPR模型预测SO2Cl2（硫酰卤）分子的立 体构型。 m=(6-22-12)/2=0, m+n=4 解：SO2Cl2分子属AX4E0=AY4,VSEPR理想模型为 正四面体，因S=O键是双键，S-Cl键是单键，据顺 序(ii)(ii. t-tt-dd-dd-ss-s)，分子立体模型应为: O-S-O10928 Cl-S-Clcw-cscs-cs) 。 FCl, Cl-S-Cl F-S-F, 所以前者的键角大于 后者。 2.3 价层电子对互斥模型（VSEPR) 第二章 分子结构 39 例:NH3和PH3都是AX3E=AY4,故分子(AX3) 均为三角锥型。实测:氨分子中H-N-H为 106.7，膦分子中H-P-H为93.5,为什么 这两种分子的角度有这种差别？ 解：这种差别可以用顺序(iv)(iv.中心 原子的电负性增大时，键角将增大。)来解 释。 2.3 价层电子对互斥模型（VSEPR) 第二章 分子结构 40 中心原子和配位原子的电负性大小对 键角的影响。 如 N H H H 10718 N F F F 102 P H H H 9318 2.3 价层电子对互斥模型（VSEPR) 第二章 分子结构 41 例:SF4属AX4E1=AY5,其VSEPR理想模型为三角双锥体 ，排除孤对电子的分子立体结构由于孤对电子的位置 不同有两种可能的模型:哪一种结构更合理呢？ 方向角 90度 作用对数目筛选结果 (I)(II) l-l00(I)(II) l-b32(II) b-b不再考虑 2.3 价层电子对互斥模型（VSEPR) 第二章 分子结构 42 2-4-1 杂化轨道理论要点 为了解释分子或离子的立体结构,泡林以 量子力学为基础提出了杂化轨道理论。甲烷 分子实测的和VSEPR模型预测的立体结构都 是正四面体。若认为CH4分子里的中心原子碳 的4个价电子层原子轨道2s和2px,2py,2pz分别 跟4个氢原子的1s原子轨道重叠形成键，但无 法解释甲烷的4个C-H键是等同的，因为碳原 子的3个2p轨道是相互正交的(90夹角)，而2s 轨道是球形的。 2.4杂化轨道理论价键理论（二） 第二章 分子结构 43 泡林假设，甲烷的中心原子碳原子在形 成化学键时，4个价电子层原子轨道并不维持原 来的形状，而是发生所谓“杂化”，得到4个等同 的轨道，总称sp3杂化轨道。 2.4杂化轨道理论价键理论（二） 第二章 分子结构 44 除sp3杂化，还有两种由s轨道和p轨道杂 化的类型，一种是1个s轨道和2个p轨道杂化 ，杂化后得到平面三角形分布的3个轨道，总 称sp2杂化轨道；另一种是1个s轨道和1个p轨 道杂化，杂化后得到呈直线分布的2个轨道， 总称sp杂化轨道。最右边的为未参与杂化的 剩余P轨道与杂化轨道的空间关系。 2.4杂化轨道理论价键理论（二） 第二章 分子结构 45 注意：杂化轨道总是用于构建分子的轨道， 未参与杂化的P轨道才能用于构建键。 2.4杂化轨道理论价键理论（二） 第二章 分子结构 46 如果分子的中心原子上有采取s-轨道的孤对电 子存在，确定中心原子的杂化轨道类型必须考虑 包括孤对电子在内的整个分子的s-轨道骨架。 杂化轨道与VSEPR模型的关系： 杂化类型 立体结构 VSPER模型 sp3sp2spsp3d或dsp3sp3d2或d2sp3 正四面体 正三角形 直线型三角双锥正八面体 AY4AY3 AY2AY5AY6 2.4杂化轨道理论价键理论（二） 第二章 分子结构 47 2. 杂化轨道 (Hybrid Orbital) 1. 杂化 (Hybrid) 能量相近，类型不同的同一中心原 子轨道可以混合起来，重新组成一组新 的能量相同，类型相同的轨道。 n个能量相近，类型不同的原子轨道 可以组成n个能量相同，类型相同的杂化 轨道。 2.4杂化轨道理论价键理论（二） 第二章 分子结构 48 3. 成键：杂化轨道和其他未杂化的原子轨 道重叠形成键，并具有空间 构型。 4. 键形成 如： 2 个 sp 杂化轨道 1 个 ns 轨道 1 个 np 轨道 2.4杂化轨道理论价键理论（二） 第二章 分子结构 49 即杂化轨道可以为成键提供最大轨道重 叠，原子轨道的重叠部分大于未杂化时原子 轨道的重叠部分，故成键能力大于未杂化时 的轨道成键能力。 5. 优越性 sp-sp + ClCl + + + yy sp xx = yy xx + 2.4杂化轨道理论价键理论（二） 第二章 分子结构 50 以气态BeCl2分子为例： 2-4-2 sp 杂化 (sp Hybrid) 2s 2p 基 态 4Be 1s22s2 2s 2p 激发态 1s22s12p1 spsp 2p 杂 化 具有VSEPR模型的AY2通式的分子中的中心 原子采取sp杂化轨道构建分子的骨架。 2.4杂化轨道理论价键理论（二） 第二章 分子结构 51 2 个 sp 杂化轨道与 2 个 Cl原子的 3p 轨 道形成 2 个 sp-p 轨道构成的 键。 空间构型：直线形 键 角：180 轨道重叠Cl 3s23p5 3s23p23p23p1 Cl 3s23p5 3s23p23p23p1 2 个 sp 杂化轨道1个2s + 1个2p 2.4杂化轨道理论价键理论（二） 第二章 分子结构 52 sp-sp + ClCl + + + yy sp xx = yy xx + 2.4杂化轨道理论价键理论（二） 第二章 分子结构 53 sp杂化轨道与 BeCl2分子 spsp杂化杂化 s轨道 p轨道 54 炔烃中的CC的 -骨架也是由sp杂化轨道 构建的。 当中心原子取sp杂化轨道形成直线形的骨架 时，中心原子上有一对垂直于分子的骨架的未参 与杂化的p轨道。 例如乙炔分子形成二个 键。 乙炔分子中有2个键 2.4杂化轨道理论价键理论（二） 第二章 分子结构 55 2-4-3 sp2杂化 (sp2 Hybrid) 2s 激发态 2s12px12py1 2p sp2 p 2s 2p 基 态 5B 1s22s22p1 1个2s+2个2p 组成 3个sp2杂化轨道 杂 化： 以BF3分子为例： s成分， p成分； 2.4杂化轨道理论价键理论（二） 第二章 分子结构 56 B 原子的 3 个 sp2 杂化轨道与 3 个F原 子的2p 轨道重叠形成 3 个 sp2-p轨道构成 的键。 空间构型：平面三角形 键 角：120 轨道重叠：9F 1s22s22p5 9F 1s22s22p5 9F 1s22s22p5 2.4杂化轨道理论价键理论（二） 第二章 分子结构 57 sp2 杂化轨道与 BF3 分子 spsp 2 2 杂化杂化 p轨道 s轨道 p轨道 58 以sp2杂化轨道构建s-轨道的中心原子必有一 个垂直于sp2 -骨架的未参与杂化的p轨道，如 果这个轨道跟邻近原子的平行p轨道重叠，并填 入电子，就会形成键。如乙烯H2C=CH2和甲醛 H2C=O： 乙烯和甲醛分子中的化学键 2.4杂化轨道理论价键理论（二） 第二章 分子结构 59 乙烯分子中的 键的构建 sp2杂化的Csp2杂化的C 相互靠拢形 成骨架 分子中2个平行的 p轨道 形成键 碳原子有4个价电子，在形成分子前，sp2杂化的碳原子 的4个电子分配在4个轨道里(3个在sp2杂化轨道里，1个在未 参与杂化的p轨道里)，3个sp2杂化轨道分别与氢原子和碳原 子的1个电子形成分子的 -骨架(总共形成5个 -键用去10个 电子)，因此在肩并肩靠拢的2个p轨道里总共有2个电子，形 成一个键。 2.4杂化轨道理论价键理论（二） 第二章 分子结构 60 凡属于VSEPR模型的AY4的分子的中心原子A 都采取sp3杂化类型。 CCl4、CH4 、NH4+、CH3Cl 、NH3、H2O分子就属于此类型杂化。 2-4-4 sp3 等性杂化(sp3 Even Hybridization) 基 态 6C ：1s22s22p2 2s 2p 2s 2p 激发态 1s22s12px12py12pz1 sp3 1个2s+3个2p 4个sp3杂化轨道 2.4杂化轨道理论价键理论（二） 第二章 分子结构 61 C原子的 4 个 sp3 杂化轨道与 4 个 H 原子的 1s 轨道重叠形成 4 个 sp3-s 轨道构成的键。 空间构型：正四面体 键 角： 10928 轨道重叠 H: 1s1 H: 1s1 H: 1s1 H: 1s1 2.4杂化轨道理论价键理论（二） 第二章 分子结构 62 sp3 杂化轨道与 CH4 分子 spsp 3 3 杂化杂化 p轨道 p轨道 s轨道 p轨道 63 等性杂化：与中心原子键合的是同一种原子， 如CH4、CCl4、NH4+，分子呈高度对称的正四面 体构型，其中的4个sp3杂化轨道自然没有差别。 不等性杂化：中心原子的4个sp3杂化轨道用 于构建不同的轨道，如CH3Cl中C-H键和C-Cl键 的键长、键能都不相同，显然有差别，4个 键的 键角也有差别，又如NH3和H2O的中心原子的4个 杂化轨道分别用于键和孤对电子对，这样的4个 杂化轨道显然有差别。 2.4杂化轨道理论价键理论（二） 第二章 分子结构 64 基态 7N：1s22s22p3 2s22px12py12pz1 杂化 1个2s+3个2p 4个sp3杂化轨道 不等性杂化的定义：因含孤对电子而造成 杂化轨道成分略有差异的现象称不等性杂化。 差异?影响? （4）sp3 不等性杂化 (sp3 Uneven Hybridization) NH3， H2O 2.4杂化轨道理论价键理论（二） 第二章 分子结构 65 不等性杂化 H2O NH3 66 乙炔分子中键模型 2.4杂化轨道理论价键理论（二） 第二章 分子结构 乙炔分子中的多种键型 67 p能级总共只有3个p轨道，当这些p轨道全部以sp3杂化轨道去 构建轨道，中心原子就没有多余的p轨道去与键合原子之间形 成p-p键了。因此，像SO42、SO2Cl2、PO43等中心原子取sp3 杂化轨道的“物种”，其路易斯结构式双键中的键是由中心原 子的d轨道和端位原子的p轨道形成的，叫做d-p键。 2.4杂化轨道理论价键理论（二） 第二章 分子结构 68 中心原子 的轨道数 中心原子 的杂化轨道 中心原子的 杂化轨道数 杂化轨道 形状 实例 s,p,p s,psp sp2 2 3 HgCl2 BF3 重要的杂化轨道及其形状(1) 2.4杂化轨道理论价键理论（二） 第二章 分子结构 69 中心原子 的轨道数 中心原子 的杂化轨道 中心原子的 杂化轨道数 杂化轨道 形状 实例 s,p,p,p,d s,p,p,psp3 sp3d 4 5 CCl4 NH4+ PCl5 重要的杂化轨道及其形状(2) 2.4杂化轨道理论价键理论（二） 第二章 分子结构 70 1.苯分子中的p-p大键 苯分子的大键 苯的路易斯结构式里的碳-碳键有单键和双键之分，这种 结构满足了碳的四价，可是事实上苯分子的单键和双键的键 长和键能并没有区别，苯的结构式并不能反映这个事实。 用形成p-p大键的概念可以解决这个矛盾。 2.5共轭大键第二章 分子结构 71 2.丁二烯中的p-p大键 丁二烯分子中的p-p大键 路易斯结构式 分子中有 4个平行p轨道 表达大键的结构式） 2.5共轭大键第二章 分子结构 72 通常采用 为大键的符号，a表示平行 p轨道的数目，b表示在平行p轨道里的电子数 。形成离域键要求：bd(C=C)d(CC)；d(HF)d(HCl)d(H Br)d(HI)；CO分子中的C=O键介乎碳碳双键和碳碳三 键之间；O2+、O2、O2、O22中的氧氧键依次增长。 2.8 共价分子的性质第二章 分子结构 121 共价键的键长可 以分解成键合原子的 共价半径之和。 主族元素共价半 径显示很好的周期性 ：从上到下半径增大 ，从左到右半径减小 （原子核对电子引力 增大）。 2.8.2 共价半径 图表中He、Ne、Ar无数据，因尚未合成其共价化合物。 2.8 共价分子的性质第二章 分子结构 122 键能:在常温(298K)下基态化学键分解成气态基态原子 所需要的能量。对于双原子分子,键能就是键解离能。 对于多原子分子，断开其中一个键并不得到气态自由 原子，如H2O，断开第一个键得到的是H和OH，它断开第 一个HO键和断开第二个HO键，能量不会相等。同是C C单键，在不同的化学环境下，如在CCC、CC=C 和CCC中，邻键不同，键能也不相同。所以，对于多原 子分子，所谓键能，只是一种统计平均值。一些常见共价 键的键能数据见表2-3（p96）。 2-8-3 键能 2.8 共价分子的性质第二章 分子结构 123 键能的大小体现了共价键的强弱。单键、双键 、叁键(如C-C、C=C、CC)对比，键能越来越大。 同周期元素的同类键(如H-F、H-Cl、H-Br、H- I)的键能从上到下减小。 但F-F键能明显反常，竟然比Cl-Cl甚至Br-Br的 键能还小。主要是由于氟原子过小，一个原子的电 子对另一原子的电子会因形成分子而互相排斥。 键能对估算化学反应中的能量变化还很有实用 价值。 2.8 共价分子的性质第二章 分子结构 124 键角是指多原子分子中原子核的连线的夹角 。 它也是描述共价键的重要参数。然而，键角 不像键长和键能，一个分子一个样儿，不可能形 成通用数据。 利用分子的振动光谱可以获得键角的实验值 。键角的大小严重影响分子的许多性质，例如分 子的极性，从而影响其溶解性、熔沸点等。 2-8-4 键角 2.8 共价分子的性质第二章 分子结构 125 2-8-5 键的极性与分子的极性 X=0，非极性共价键； X0，极性共价键。 极性共价键 非极性共价键 取决于两原子电 负性之差 1. 键的极性 HH ClCl 原子核 正电荷中心 负电荷中心 HCl 2.8 共价分子的性质第二章 分子结构 126 极性分子 (Polar Molecule) 2. 分子的极性 取决于整个分子正负电荷中心是否重合 =0，非极性分子； 0， 极性分子。 非极性分子 (Nonpolar Molecule) 常用偶极矩定义分子的极性： = q d 2.8 共价分子的性质第二章 分子结构 127 X =0，非极性键 =0， 非极性分子 键的极性与分子的极性一致 X0，极性键 0， 极性分子 键的极性与分子的极性一致 3. 同核原子组成的双(多)原子分子 (H2,Cl2,S8) 4. 异核原子组成的双原子分子 (HCl) 2.8 共价分子的性质第二章 分子结构 128 不对称结构的H2O： 键有极性，分子有极性。 对称结构CCl4，CS2，CH4 ： 键有极性，分子无极性。 5. 异核多原子分子 键一定有极性，但分子是否有极性取 决与分子几何构型的对称性。 2.8 共价分子的性质第二章 分子结构 129 分子的偶极矩分子的偶极矩 (10(10 30 30 Cm) Cm) 2.8 共价分子的性质第二章 分子结构 130 除化学键(共价键、离子键、金属键)外，分子与分子之 间，某些较大分子的基团之间，或小分子与大分子内的基团 之间，还存在着各种各样的作用力，总称分子间力。相对于 化学键，分子间力是一类弱作用力。 化学键的键能数量级达102，甚至103kJ/mol，而分子间 力的能量只达nn10kJ/mol的数量级，比化学键弱得多。 相对于化学键，大多数分子间力又是短程作用力，只有 当分子或基团(为简捷起见下面统称“分子”)距离很近时才显 现出来。范德华力和氢键是两类最常见的分子间力。 2.9 分子间力第二章 分子结构 131 2-9-1 范德华力 范德华力普遍地存在于固、液、气态任何微 粒之间。微粒相离稍远，就可忽略；范德华力 是一种静电引力，没有方向性和饱和性，不受 微粒之间的方向与个数的限制。分为色散力、 诱导力和取向力。 2.9 分子间力第二章 分子结构 132 非极性分子无偶极， =0，某一瞬间， 有瞬时偶极； 两非极性分子靠近，瞬时偶极的电场使 另一个非极性分子正负电荷位移，产生 诱导偶极； 1. 色散力 (Dispersion Force) 异极为邻； 非极性分子瞬时偶极和瞬时偶极之间的作用力。 各种分子之间均存在； 10.3 分子晶体第十章 固体结构 133 10.3 分子晶体第十章 固体结构 134 极性分子的偶极叫固有偶极，有电性； 异极为邻； 极性分子固有偶极与极性分子固有 偶极之间的作用力； 诱导力：产生取向力后。 2. 取向力 (Orientation Force) 极性分子与极性分子之间； 10.3 分子晶体第十章 固体结构 135 10.3 分子晶体第十章 固体结构 136 3. 诱导力 (Induced Force) 极性分子电场使非极性分子正负电荷 位移，产生诱导偶极； 异极为邻； 极性分子固有偶极与非极性分子诱导 偶极之间的作用力。 极性分子有偶极，非极性分子无偶极； 极性分子与极性分子之间； 10.3 分子晶体第十章 固体结