《护理专业资料》第六章化学键和分子结构1

1、第六章 化学键和分子结构第一节 离子键第二节 共价键的价键理论第三节 价层电子对互斥理论 第四节 杂化轨道理论第五节 分子间作用力和氢键第一节离 子 键一、离子键的形成二、离子键的特征三、离子型化合物的特征一、离子键的形成 阴、阳离子之间由于静电引力相互吸引，当它们接近到一定距离时，原子核之间及电子之间的排斥作用增大，当阴、阳离子之间吸引作用和排斥作用达到平衡时，系统的能量降到最低，阳离子与阴离子间形成稳定的化学键。这种阳离子与阴离子通过静电作用而形成的化学键称为离子键。 离子在空间各个方向与带相反电荷的离子的静电作用是相同的，阳离子与阴离子可以在各个方向上相互接近而形成离子键，所以离子键没有

2、方向性。 形成离子键时，只要空间条件允许，每一个离子可以吸引尽可能多的带相反电荷的离子，并不受离子本身电荷数的限制，因此离子键也没有饱和性。 形成离子键的必要条件是相互化合的元素间的电负性差足够大。元素的电负性差越大，所形成的化学键中离子键成分就越大。离子键的特征是没有方向性和饱和性。二、离子键的特征三、离子的特征 离子的电荷数，离子的电子组态和离子半径是离子的三个重要特征，也是影响离子键强度的重要因素。(一) 离子的电荷数 阳离子的电荷数就是相应原子失去的电子数；阴离子的电荷数就是相应原子得到的电子数。阳离子和阴离子的电荷数主要取决于相应原子的电子层组态、电负性等。(二) 离子的电子组态(三

3、) 离子半径一、价键理论 美国化学家路易斯在 1919 年提出了早期的共价键理论。 早期共价键理论初步揭示了共价键与离子键的区别，但无法解释许多化合物的中心原子最外层电子数少于 8 个或多于 8 个仍能稳定存在的事实，也不能说明共价键的方向性。第二节共价键的价键理论 海特勒和伦敦用量子力学处理两个氢原子所组成的氢分子系统结构表明： 量子力学较好地阐明了共价键的本质：两个氢原子形成共价键，是因为两个自旋方向相反的未成对电子的电子云密集在两个原子核之间，使能量降低；而当两个氢原子的电子自旋方向相同时，则电子云在两个原子核间较稀疏，使能量升高。(一) 共价键的本质 价键理论的基本要点是： (1) 两

4、个原子接近时，只有自旋相反的两个未成对电子可以形成共价键。 (2) 一个原子所形成的共价键的数目通常受未成对电子数目的限制，这就是共价键的饱和性。 (3) 形成共价键时，共价键尽可能沿着原子轨道最大重叠方向形成，这就是共价键的方向性。(二) 价键理论的基本要点（三）共价键的类型 根据形成共价键时原子轨道的重叠方式的不同，共价键分为键和键。 原子轨道沿键轴方向以 “头碰头头碰头” 方式重叠所形成的共价键称为键。 原子轨道垂直于键轴以 “肩并肩肩并肩” 方式重叠所形成的共价键称为键。 两个原子形成共价单键时，都是键；形成共价双键时，有一个键和一个键；形成共价三键时，有一个键和两个键。键形成示键图键

5、形成示意图 从原子轨道重叠程度来看，键的重叠程度要比键的重叠程度小，键的键能要小于键的键能，所以键的稳定性低于键，它不能单独存在，只能与键共存于共价双键和共价三键中n2 分子中的化学键 （四）配位共价键 按共用电子对提供的方式不同，共价键又可分为正常共价键和配位共价键两种类型。 由一个原子单独提供共用电子对而形成的共价键称为配位共价键，简称配位键。 形成配位键的条件是：其中一个原子的最外电子层有孤对电子；另一个原子的最外电子层有空轨道。1. 键能 在标准状态下，单位物质的量的 ab(g) 解离成气态原子 a 和原子 b 所需要的能量称为键解离能。 对双原子分子，键能就是键解离能；对多原子分子，

6、键能等于键解离能的平均值。2. 键长 分子中两个成键原子核间的平衡距离称为键长。3. 键角 在多原子分子中，键与键之间的夹角称为键角。（五）共价键参数4. 键的极性 当两个相同原子以共价键结合时，共用电子对不偏向于任何一个原子，这种共价键称为非极性共价键，简称为非极性键。 当两个不同元素的原子以共价键结合时，共用电子对偏向于电负性较大的原子，电负性较大的原子带部分负电荷，而电负性较小的原子带部分正电荷，这种共价键称为极性共价键，简称为极性键。 共价键的极性与成键两个原子的电负性差有关，电负性差越大，共价键的极性就越大。一、杂化轨道理论的基本要点 (1) 在成键过程中，同一原子中能量相近的不同类

7、型原子轨道重新进行组合，形成一组能量相同的新轨道，这种原子轨道重新组合的过程称为轨道杂化，所形成的新轨道称为杂化轨道。 (2) 杂化轨道仍然是原子轨道，有几个原子轨道参与组合，就能形成几个杂化轨道。 (3) 杂化轨道的成键能力强于未杂化原子轨道。 (4) 杂化轨道是由同一原子的原子轨道组合而成的，只有那些能量相近的不同类型的原子轨道才能组合成杂化轨道。第四节、杂化轨道理论二、轨道杂化的类型与分子空间构型1. sp 杂化杂化 由一个 ns 轨道和一个 np 轨道参与的杂化称为sp 杂化，所形成的轨道称为 sp 杂化轨道。每一个 sp 杂化轨道中含有 1/2 的 s 轨道成分和 1/2 的 p 轨

8、道成分，杂化轨道间的夹角为180。+- +- 在形成 becl2 分子时，be 的一个 2s 轨道和一个 2p 轨道进行 sp 杂化，形成两个 sp 杂化轨道。be 用两个 sp 杂化轨道分别与两个 cl 含有未成对电子的 3p 轨道进行重叠，形成了两个键，由于 be 的两个 sp 杂化轨道在一条直线上，因此所形成的 becl2 分子的空间构型为直线形。 2. sp2 杂化杂化 由一个 ns 轨道和两个 np 轨道参与的杂化称为 sp2 杂化，所形成的三个杂化轨道称为 sp2 杂化轨道。每个 sp2 杂化轨道中含有 1/3 的 s 轨道成分和 2/3 的 p 轨道成分，杂化轨道间的夹角为120

9、呈平面正三角形。 ， 在形成 bf3 时，b 的一个 2s 轨道和两个 2p 轨道进行 sp2 杂化，形成三个 sp2 杂化轨道。b 用三个 sp2 杂化轨道，分别与三个 f 含有未成对电子的3p 轨道重叠形成三个键。由于 b 的三个 sp2 杂化轨道的分布为平面正三角形，所以 bf3 分子的空间构型是平面正三角形。 3. sp3 杂化杂化 由一个 ns 轨道和三个 np 轨道参与的杂化称为 sp3 杂化，形成的四个杂化轨道称为 sp3 杂化轨道。sp3 杂化轨道的特点是每个杂化轨道中含有 1/4 的 s 轨道成分和 3/4 的 p 轨道成分，杂化轨道的分布为正四面体形。 在形成 ch4时，c

10、 的一个 2s 轨道和三个 2p 轨道进行 sp3 杂化，形成四个 sp3 杂化轨道。c 用四个sp3 杂化轨道，分别与四个 h 的 1s 轨道重叠形成四个键。由于 c 的四个 sp3 杂化轨道的分布为正四面体形，所以 ch4 分子的空间构型为正四面体。nh3 分子的空间构型的空间构型2h o 第五节 分子间作用力和氢键一、分子的极性二、分子间作用力三、氢键一、分子的极性一、分子的极性 设想分子存在一个正电荷重心和一个负电荷重心，如果分子的正、负电荷重心重合，则为非极性分子；如果正、负电荷的重心不重合，则为极性分子。 同种非金属原子形成非极性键。不同种非金属原子形成极性共价键。 对双原子分子，

11、如果化学键有极性，分子则为极性分子；如果化学键没有极性，则分子为非极性分子。 在多原子分子中，如果分子中化学键是极性键，但分子的空间构型是完全对称的，则为非极性分子；如果分子中的化学键为极性键，但分子的空间构型不对称，则为极性分子。 分子极性的大小常用分子电偶极矩来衡量。分子电偶极矩等于正电荷重心的电量与正、负电荷重心间的距离的乘积。 分子电偶极矩越大，分子的极性就越大；分子电偶极矩越小，分子的极性就越小；分子电偶极矩为零的分子是非极性分子。(一) 取向力 极性分子的正、负电荷重心不重合，分子中存在一个正极和一个负极，称为永久偶极。 当极性分子相互接近时，极性分子的永久偶极间同极相斥、异极相吸

12、，使分子在空间发生相对运动而处于异极相邻的状态，分子之间产生静电作用。这种由于极性分子的永久偶极的取向而产生的作用力称为取向力。 极性分子的分子电偶极矩越大，取向力就越大。二、分子间作用力二、分子间作用力取向力示意图(二) 诱导力 当极性分子与非极性分子相互接近时，在极性分子的永久偶极的影响下，非极性分子的正、负电荷重心发生相对位移而产生诱导偶极，在极性分子的永久偶极与非极性分子的诱导偶极之间产生静电作用。这种极性分子的永久偶极与非极性分子的诱导偶极之间产生的作用力称为诱导力。 当极性分子相互接近时，在永久偶极的相互影响下，每个极性分子也产生诱导偶极，因此诱导力也存在于极性分子之间。诱导力示意

13、图 非极性分子中的电子和原子核都在不停运动着，经常会发生正、负电荷重心瞬时相对位移，产生瞬时偶极。瞬时偶极也会使相邻分子产生瞬时诱导偶极。这种瞬时偶极与瞬时诱导偶极之间产生的作用力称为色散力。 在极性分子中也会产生瞬时偶极，因此色散力也存在于非极性分子与极性分子之间及极性分子之间。(三) 色散力色散力示意图 非极性分子之间只存在色散力；极性分子与非极性分子之间存在色散力和诱导力；极性分子之间存在色散力、诱导力和取向力。 对大多数分子来说，色散力是主要的；只有当分子的极性很大时，取向力才比较显著；而诱导力通常很小。三、氢键三、氢键 当氢原子与电负性大、半径小的 x 原子形成共价键 hx 后，它又能与另一个电负性大、半径小的 y 原子中的孤对电子产生静电吸引作用。这种产生在氢原子与电负性大的元素原子的孤对电子之间的静电吸引称为氢键。 氢键可分为分子间氢键和分子内氢键两种类型。 一个分子的 xh 键与另一个分子中的 y 原子形成的氢键称为分子间氢键。 一个分子的 xh 键与同一分子内的 y 原子形成的氢键称为分子内氢键。邻羟基苯甲醛的分子内氢键cohho 分子间氢键具有方向性和饱和性。