第三章分子结构

1、第三章第三章 分子结构分子结构第一节第一节 化学键化学键 相邻的两个或多个原子之间强烈的相相邻的两个或多个原子之间强烈的相互作用叫做化学键互作用叫做化学键 化学化学键的键的类型类型 离子键离子键 共价键共价键 金属键金属键化学键化学键一、离子键：一、离子键：阴、阳离子间通过阴、阳离子间通过静电静电作用形成的化学键作用形成的化学键原子间发生电子转移而形成具有稳定结构的正负离子。当原子间发生电子转移而形成具有稳定结构的正负离子。当正、负离子的吸引和排斥力达到平衡时形成离子键。正、负离子的吸引和排斥力达到平衡时形成离子键。 Na+118 12 Cl +178 72NaNa+ + ClCl- -+11

2、82+1788 2Na+Cl-NaNa+ 2s 2 2p 6 3s 1 2s 2 2p 6 ClCl- 2s 2 2p 5 2s 2 2p 6首先形成稳定离子首先形成稳定离子然后由静电吸引形成化学键然后由静电吸引形成化学键以以NaCl为例为例（1）从）从NaCl的形成过程知道，在的形成过程知道，在Na+和和Cl-之间存在着作用力之间存在着作用力核外电子与核外电子间的核外电子与核外电子间的排斥作用排斥作用。带正电的离子与带负电的离子间带正电的离子与带负电的离子间吸引作用吸引作用；原子核与原子核间的原子核与原子核间的排斥作用排斥作用；成键的主要原因：成键的主要原因： 成键微粒：成键微粒：键的本质：

3、键的本质： 成键元素：成键元素： 电子得失电子得失阴阳离子阴阳离子静电作用静电作用（包括阴阳离子间的静电（包括阴阳离子间的静电吸引和原子核间的静电排斥）吸引和原子核间的静电排斥）活泼的金属元素与活泼的非金属元素活泼的金属元素与活泼的非金属元素，少数非金属少数非金属间亦可形成离子键，如间亦可形成离子键，如NH4Cl等铵盐等铵盐42 .离子键的形成条件离子键的形成条件(1)元素的电负性差比较大元素的电负性差比较大 1.7，发生电子转移，产生正、负离子，形成离子发生电子转移，产生正、负离子，形成离子键；键； 1.7 ，实际上是指离子键的成分大于实际上是指离子键的成分大于 50 %）(3)形成离子键时

4、释放能量多形成离子键时释放能量多Na ( s ) + 1/2 Cl 2 ( g ) = NaCl ( s ) H = 410.9 kJmol1在形成离子键时，以放热的形式，释放较多的能量。在形成离子键时，以放热的形式，释放较多的能量。(2)易形成稳定离子易形成稳定离子Na + 2s 2 2p 6，Cl 3s 2 3p 6 ，只转移少数的电子就只转移少数的电子就达到稀有气体式稳定结构。达到稀有气体式稳定结构。3.离子键特点离子键特点 (1) 离子键的本质是静电引力离子键的本质是静电引力221rqqFq1 ，q2 分别为正负离子所带电量分别为正负离子所带电量 ，r 为正负离子的核间距离，为正负离子

5、的核间距离，F为静电引力。为静电引力。（2）离子键没有方向性）离子键没有方向性 与任何方向的电性不同的离子相吸引，所以无方向性。与任何方向的电性不同的离子相吸引，所以无方向性。P125（3）离子键没有饱和性）离子键没有饱和性只要是正负离子之间，则彼此吸引，即无饱和性。只要是正负离子之间，则彼此吸引，即无饱和性。（4）键的离子性与元素的电负性有关）键的离子性与元素的电负性有关 1.7，发生电子转移，形成离子键；发生电子转移，形成离子键； 1.7，不发生电子转移，形成共价键。不发生电子转移，形成共价键。简单阴离子简单阴离子的电子层构型一般都具有稳定的的电子层构型一般都具有稳定的8电子结构如电子结构

6、如F- 4. 离子的特征离子的特征（1）离子的电荷）离子的电荷（2）离子的电子层构型）离子的电子层构型电荷高，离子键强。电荷高，离子键强。 +1, +2, +3, +4相应原子的得失电子数相应原子的得失电子数)ndnpns(Ag,Cu,Hg,Cd,Zn1062222等阳离子的电子层构型大致有阳离子的电子层构型大致有 5 种种226N a, M g()ns np 等 8电子构型，如电子构型，如)s1(Be,Li22 2电子构型，如电子构型，如 18电子构型，如电子构型，如)ndnpns(Cu,Co,Ni,Fe,Mn,Cr,Fe91622223232等21062322nsd)1n(p)1n(s)1

7、n(Tl,Bi,Sn,Pb 9 -17电子构型，如电子构型，如 (18+2)电子构型，如电子构型，如8电子构型离子电子构型离子 9 17电子构型离子电子构型离子 18或或18+2电子构型的电子构型的离子离子 离子的电子层构型同离子的作用力，即离子键的强度有密离子的电子层构型同离子的作用力，即离子键的强度有密切关系。在离子的切关系。在离子的半径半径和和电荷电荷大致相同条件下，不同构型的阳大致相同条件下，不同构型的阳离子对同种阴离子的结合力的大小规律：离子对同种阴离子的结合力的大小规律：（3）离子半径）离子半径1. 概念概念: 将离子晶体中的离子看成是相切的球体，正负离子的将离子晶体中的离子看成是

8、相切的球体，正负离子的核间距核间距 d 是是 r + 和和 r 之和之和 。d 值可由晶体的值可由晶体的 X 射线衍射实验测定得到射线衍射实验测定得到。dr+r -drr2. 离子半径的变化规律离子半径的变化规律同主族从上到下，同主族从上到下，随随电子层增加，具有相同电荷数的电子层增加，具有相同电荷数的同族同族离子半径增加。离子半径增加。 Li + Na + K + Rb + Cs + F Cl Br Mg 2 + Al 3 + K + Ca 2 + 过渡元素，离子半径变化规律不明显过渡元素，离子半径变化规律不明显 。同一元素，不同价态的离子，电荷高的半径小。同一元素，不同价态的离子，电荷高的

9、半径小。 如如 Ti 4 + Ti 3 + ； Fe 3 + Fe 2 + 。负离子半径一般较大负离子半径一般较大(150 - 250 pm)；正离子半径一般较小；正离子半径一般较小( 10 - 170pm)。周期表中对角线上，左上的元素和右下的元素的离子半径周期表中对角线上，左上的元素和右下的元素的离子半径相近相近 。NaLi22CaMg3S c4Z r5. 晶格能晶格能 晶格能的数据是指在晶格能的数据是指在0K和和100k Pa条件下上述过程的能量变化。如条件下上述过程的能量变化。如果上述过程是在果上述过程是在298K和和101325 Pa条件下进行时，则释放的能量为条件下进行时，则释放的

10、能量为晶格晶格焓焓。晶格能。晶格能 U 越大，则形成离子键得到离子晶体时放出的能量越多，越大，则形成离子键得到离子晶体时放出的能量越多，离子键越强。离子键越强。 互相远离的气态正、负离子结合生成互相远离的气态正、负离子结合生成1 mol 离子晶体时离子晶体时所释放的能量，用所释放的能量，用 U 表示。表示。 Na+ ( g ) + Cl ( g ) = NaCl ( s ) U = -rHm 影响晶格能的因素影响晶格能的因素 离子的电荷离子的电荷(晶体类型相同时晶体类型相同时) 离子的半径离子的半径(晶体类型相同时晶体类型相同时) 晶体的结构类型晶体的结构类型 离子电子层结构类型离子电子层结构

11、类型Z，U 例：例：U(NaCl) U(CaO)二、共价键原子之间通过共用电子对所形成的相互作用，叫原子之间通过共用电子对所形成的相互作用，叫做共价键。做共价键。（一）共价键的本质（一）共价键的本质两原子互相接近时，由于两原子互相接近时，由于原子轨道重原子轨道重叠叠，两原子，两原子共用自旋相反的电子对共用自旋相反的电子对，使体系能量降低使体系能量降低，而形成，而形成化学键。化学键。（a） 电子配对原理电子配对原理（2）成键原理）成键原理 近代价键理论近代价键理论（c） 原子轨道最大重叠原理原子轨道最大重叠原理两原子接近时，自旋相反的未成对电子可以配对形成共价键两原子接近时，自旋相反的未成对电子

12、可以配对形成共价键（b）能量最低原理能量最低原理自旋相反的未成对电子配对成键后放出能量，使体系量降低。放自旋相反的未成对电子配对成键后放出能量，使体系量降低。放出能量越多，键越稳定。出能量越多，键越稳定。原子轨道尽可能按最大程度重叠，轨道重叠越多，电子在核原子轨道尽可能按最大程度重叠，轨道重叠越多，电子在核间的几率密度越大，健越牢，分子越稳定。间的几率密度越大，健越牢，分子越稳定。（3）共价键的特点）共价键的特点本质是本质是电性的电性的，结合力的大小决定于，结合力的大小决定于共用电子的数目共用电子的数目和和重叠方式重叠方式。共用电子对在两核间几率密度最大，共用电子对并非仅存在于两共用电子对在两

13、核间几率密度最大，共用电子对并非仅存在于两个核之间。个核之间。具有具有饱和性饱和性，一个原子有几个未成对电子就只能与几个自旋相反，一个原子有几个未成对电子就只能与几个自旋相反的未成对电子配对成键。的未成对电子配对成键。 具有方向性，原子间总是尽可能沿原子轨道的最大重叠具有方向性，原子间总是尽可能沿原子轨道的最大重叠 方向成键。方向成键。成键的两个原子核间的连线称为成键的两个原子核间的连线称为键轴键轴。 如如 HCl 分子中的分子中的 3p 和和 1s 的成键，的成键，和和 Cl 2 中的中的 3p 和和 3p 的成键的成键 。1. 键键 以以“头碰头头碰头”的方式重叠；的方式重叠；原子轨道重叠

14、部分沿着键轴呈圆柱对称；原子轨道重叠部分沿着键轴呈圆柱对称；成键时，原子轨道发生最大重叠。成键时，原子轨道发生最大重叠。（二）共价键具有不同的键型，按（二）共价键具有不同的键型，按成键轨道成键轨道与与键轴键轴之间的关系，之间的关系，共价键的键型主要分为两种共价键的键型主要分为两种、键。键。HCl分子分子+1sz+3pzz+Cl 2 分子分子pzz pz+z +xx+px z绕键轴旋转绕键轴旋转180+2. 键键 原子轨道平行或“肩并肩”重叠； 重叠部分对通过一个键轴的平面具有镜面反对称性； 轨道重叠程度比 键 小，键能也小，因此稳定性低，活动性较高，是化学反应的积极参加者。N2 分子中两个原子

15、各有三个单电子分子中两个原子各有三个单电子N2 分子的分子的 1 个个 键，键，2个个 键键 形成条件：形成条件：成键原子的价电子层一方有孤电子对，另一方有可接成键原子的价电子层一方有孤电子对，另一方有可接受孤电子对的空轨道。受孤电子对的空轨道。4NH4BFCO22p2s242p2s2HNHHHFBFFF例：例：OC配位键普遍存在于离子和化合物中。配位键普遍存在于离子和化合物中。3. 配位键配位键定义：定义：由一个原子提供电子对为两个原子共用而形成的共价键由一个原子提供电子对为两个原子共用而形成的共价键称为称为共价配键共价配键，或称，或称配位键配位键。 AB ( g ) A ( g ) + B

16、 ( g ) H = EAB 对于双原子分子，键能对于双原子分子，键能 EAB 等于解离能等于解离能 DAB 。但对于多原子分子，但对于多原子分子，则要注意键能与解离能的区别与联系。如则要注意键能与解离能的区别与联系。如 NH3 ：（1）键能）键能AB分子的键离解能分子的键离解能 D(A-B)：常温下，将处于基态的双原子分：常温下，将处于基态的双原子分子子AB拆开成也处于基态的拆开成也处于基态的A原子和原子和B原子时所需要的能量。原子时所需要的能量。（三）共价键参数 NH3 ( g ) H ( g ) + NH2 ( g ) D1 = 435.1 kJmol1 NH2 ( g ) H ( g

17、) + NH ( g ) D2 = 397.5 kJmol1 NH ( g ) H ( g ) + N ( g ) D3 = 338.9 kJmol1三个三个 D 值不同，值不同，D1 D2 D3E NH = = 390.5 ( kJmol1 ) 3DDD321AB分子的键离解焓分子的键离解焓 ：在标准气压和：在标准气压和298K下，将理想气体下，将理想气体AB拆开成为理拆开成为理想气态的想气态的A原子和原子和B原子时所需要的能量。原子时所需要的能量。键能键能(焓焓)越大，化学键愈牢固，分子越稳定。越大，化学键愈牢固，分子越稳定。（2）键长）键长分子中两原子核间的平衡距离叫分子中两原子核间的平

18、衡距离叫键长键长。 一般键长越小，键越强。一般键长越小，键越强。 键长键长 / pm 键能键能 / kJmol-1C C 154 345.6C = C 133 602.0C C 120 835.1 在不同化合物中，相同的键，键长和键能并不相等。在不同化合物中，相同的键，键长和键能并不相等。 （4）键角）键角 如如 H2S，HSH 键角为键角为92，决定构型为，决定构型为 “ V ” 字形字形。CO2，OCO的键角为的键角为180，则，则CO2 分子为直线形分子为直线形 。（5）键的极性）键的极性 P56正电荷重心和负电荷重心不重合的键为极性键（共用电子对向电负性正电荷重心和负电荷重心不重合的键

19、为极性键（共用电子对向电负性大的一方发生偏移）；反之为非极性键（共用电子对不发生偏移）。大的一方发生偏移）；反之为非极性键（共用电子对不发生偏移）。 在分子中键与键之间的夹角。反应空间结构的重要因素。在分子中键与键之间的夹角。反应空间结构的重要因素。成键两原子的电负性差越大，键的极性越大。成键两原子的电负性差越大，键的极性越大。（四）（四） 杂化轨道理论杂化轨道理论CH4 形成的过程中形成的过程中显然，这显然，这 4 个单电子所在原子轨道不一致。利用这些原子轨道与个单电子所在原子轨道不一致。利用这些原子轨道与 4 个个 H 原子形成的化学键，应该不完全相同，也不应该指向正四面体原子形成的化学键

20、，应该不完全相同，也不应该指向正四面体的四个顶点。的四个顶点。电子激发电子激发2p2s 2p2s 1931年由年由L.Pauling提出杂化轨道理论提出杂化轨道理论CHHHH1.杂化与杂化轨道的概念杂化与杂化轨道的概念 在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量相近的原子在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量相近的原子轨道重新组合，形成一组新的原子轨道。这个过程叫做轨道重新组合，形成一组新的原子轨道。这个过程叫做轨道的杂化轨道的杂化，产生的新轨道叫做产生的新轨道叫做杂化轨道杂化轨道。如形成如形成 CH4 分子时，中心碳原子的分子时，中心碳原子的 2s 和和 2px、2py、2pz 等四

21、条原子等四条原子轨道发生杂化，形成轨道发生杂化，形成4 条条能量相等的能量相等的sp3 杂化轨道。杂化轨道。激发激发Sp3杂化杂化重叠重叠形成形成4个个(sp3-s) 键键CH4分子形成过程分子形成过程CHHHH用杂化轨道理论来解释用杂化轨道理论来解释CH4的结构可以得到了满意的结论。的结构可以得到了满意的结论。注意三点：注意三点：v 形成分子时，通常存在激发、杂化、轨道重叠等过程形成分子时，通常存在激发、杂化、轨道重叠等过程；v 原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生；原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生；v 能量相近通常是指：能量相近通常是指：ns与与np、ns,np与与nd

22、或（或（n-1)d。2.杂化轨道的类型杂化轨道的类型（1） sp 杂化杂化_+_+=+ sp 杂化轨道杂化轨道 组成组成：s 和和 p 的成份各的成份各 形状形状：一头大一头小：一头大一头小 空间伸展方向空间伸展方向：两条杂化轨道呈直线形分布互成：两条杂化轨道呈直线形分布互成 180角角sp杂化轨道示意图杂化轨道示意图2 条条 sp 杂化轨道呈杂化轨道呈直线形直线形分布，分别与分布，分别与 2 个个 Cl 的的 3p 轨道成轨道成键，故分子为直线形。键，故分子为直线形。 Be sp 杂化杂化 2s 2 2p0 激 发杂 化BeCl2 分子直线形分子直线形B eC lC lBeCl2分子结构示意

23、图分子结构示意图（2） sp2 杂化杂化 sp2 杂化轨道杂化轨道 组成：组成：s 成份成份1/3， p成份成份2/3 形状：形状：一头大一头小一头大一头小空间伸展方向：空间伸展方向：三条杂化轨道呈三角形分布互成三条杂化轨道呈三角形分布互成 120角角 sp2杂化轨道示意图杂化轨道示意图 3 个个 sp2 杂化轨道呈三角形分布，分别与杂化轨道呈三角形分布，分别与 3 个个F 的的3p成成键，故键，故 BF3 分分子构型为三角形。子构型为三角形。BF3 平面三角形构型平面三角形构型 B sp2杂化杂化2s2 2p1BFFFBF3分子的结构示意图分子的结构示意图(3) sp3 杂化杂化sp3 杂化

24、轨道杂化轨道 组成：组成：s 成份成份1/4， p成份成份3/4 形状：形状：一头大一头小一头大一头小 空间伸展方向：空间伸展方向：四个杂化轨道呈四面体四个杂化轨道呈四面体, 109.5夹角夹角CH4 正四面体正四面体H2O 正四面体正四面体(d) sp3d2杂化杂化sp3d2 杂化轨道杂化轨道 组成：组成：s 成份成份1/6， p成份成份1/2， d 成份成份1/3 形状：形状：一头大一头小一头大一头小 空间伸展方向：空间伸展方向：指向八面体指向八面体6个的顶点个的顶点, 90夹角夹角sp3d2杂化轨道示意图杂化轨道示意图SF6 呈正八面体形状呈正八面体形状sp3d2 杂化杂化3s2 3p4

25、3d0 6 个个 sp3d2 杂化轨道呈杂化轨道呈八面体八面体分布，分别与分布，分别与 6个个F 的的3p成成键，故键，故 SF6 分子构型为分子构型为八面体八面体。FFFFSFFSF6分子的空间结构分子的空间结构杂化轨道的类型与空间结构的关系杂化轨道的类型与空间结构的关系杂化类型spsp2sp3sp3d2用于杂化的原子轨道数2346杂化轨道数2346空间构型直线型平面三角形四面体八面体实例BeCl2BF3CH4SF6CO2BCl3CCl4SiF62-3. 等性杂化与不等性杂化等性杂化与不等性杂化等性杂化等性杂化：如如C的的sp3 杂化杂化 ，4条条sp3杂化轨道能量一致杂化轨道能量一致。若干

26、个原子轨道组合形成完全等同（能量、成份）若干个原子轨道组合形成完全等同（能量、成份）轨道的杂化。轨道的杂化。不等性杂化：不等性杂化： 由于孤电子对的存在，使原子轨道组合形成不由于孤电子对的存在，使原子轨道组合形成不完全等同轨道的杂化。完全等同轨道的杂化。杂化3sp2ps23sp以以H2O为例，用价键理论和杂化理论解释为例，用价键理论和杂化理论解释 HOH 104.5O原子的原子的 2s 和和 2p 采取采取sp3杂化，杂化，O原子最外层有原子最外层有6个电子，四个电子，四个杂化轨道中有两个被两对孤电子对占据，其余两个轨道被个杂化轨道中有两个被两对孤电子对占据，其余两个轨道被两个单电子占据，与两

27、个两个单电子占据，与两个H形成两个形成两个sp3-s 共价键。共价键。V 形结构形结构 2个含有单电子的个含有单电子的sp3 杂化轨道杂化轨道与与 H 的的 1s 形形成成sp3 s 键，键，孤对电子孤对电子占据另两个占据另两个sp3 杂化轨道杂化轨道不成键，故不成键，故 H2O 分子呈分子呈 V 字字形结构形结构 。HOH 键角本应键角本应 10928，但由于孤对电子的斥，但由于孤对电子的斥力，该角变小，为力，该角变小，为 104.5。 OHH思考题：思考题： NH3的结构为非平面，推断并解释其结构？的结构为非平面，推断并解释其结构？N氧子基态氧子基态sp3杂化态杂化态NH3分子分子分子空间

28、构型分子空间构型三角锥形三角锥形NHHH孤电子对数：孤电子对数： 0 1 2夹夹 角：角： 109.5 107.3 104.5 空间结构空间结构： 正四面体正四面体 三角锥三角锥 V形形CHHHHNHHHOHHC H4N H3H2O分子的空间构型分子的空间构型与与杂化杂化轨道的空间构型轨道的空间构型一致为一致为等性杂化等性杂化不一致为不一致为不等性杂化不等性杂化4.杂化轨道要点杂化轨道要点轨道杂化是指同一个原子中能量相近的相关轨道的混合重新轨道杂化是指同一个原子中能量相近的相关轨道的混合重新组成一组新轨道，也是原子轨道。组成一组新轨道，也是原子轨道。 杂化只能发生在能级接近的轨道之间，如主量子

29、数相同杂化只能发生在能级接近的轨道之间，如主量子数相同的的s、p、d轨道之间，或轨道之间，或(n-1)d与与ns、np之间，能量也是相近之间，能量也是相近的。亚层符号按能级升高的顺序排列，例如的。亚层符号按能级升高的顺序排列，例如d2sp3和和sp3d2代代表不同杂化轨道。表不同杂化轨道。 各种杂化轨道的各种杂化轨道的“形状形状”均为葫芦形，由分布在原子核两侧均为葫芦形，由分布在原子核两侧的的大小叶瓣组成，轨道的伸展方向是指大叶瓣的伸展方向，为简大小叶瓣组成，轨道的伸展方向是指大叶瓣的伸展方向，为简明起见往往不给出小叶瓣。明起见往往不给出小叶瓣。杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理。一般

30、杂化杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理。一般杂化轨道成键能力比各原子轨道的成键能力强，各种不同类型杂化轨道成键能力比各原子轨道的成键能力强，各种不同类型杂化轨道的成键能力大小次序为：轨道的成键能力大小次序为：232332spspspdspsp dsp d 杂化轨道的数目等于参与杂化的轨道的总数。杂化轨道的数目等于参与杂化的轨道的总数。 杂化轨道成键时，要满足化学键间最小排斥原理，键角越大，杂化轨道成键时，要满足化学键间最小排斥原理，键角越大，排斥力越小。杂化轨道类型不同，成键时键角不同，分子的排斥力越小。杂化轨道类型不同，成键时键角不同，分子的空间结构也不同。空间结构也不同。第三章 第

31、二节 分子间作用力和分子晶体一、分子间作用力一、分子间作用力 除化学键除化学键(共价键、离子键、金属键共价键、离子键、金属键)外，分子与分子外，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，总称分子间作用基团之间，还存在着各种各样的作用力，总称分子间作用力，简称分子间力。力，简称分子间力。 相对于化学键，分子间力是一类弱作用力。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化学键的键能数量级达102，甚至甚至103kJ/mol，而分子间力，而分子间力的能量只达的能量只达nn10kJ/

32、mol的数量级，比化学键弱得多。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，只有当分子或基团当分子或基团(为简捷起见下面统称为简捷起见下面统称“分子分子”)距离很近时才距离很近时才显现出来。显现出来。范德华力和氢键范德华力和氢键是两类最常见的分子间力，分别是两类最常见的分子间力，分别介绍如下。介绍如下。（一）（一） 极性分子与非极性分子极性分子与非极性分子 双原子分子双原子分子 HCl 的正负电重心不重合，是极性分子。若正电的正负电重心不重合，是极性分子。若正电(或或负电负电)重心上的电荷的电量为重心上的电荷的电量为

33、q，正负电重心之间的距离为正负电重心之间的距离为 d ( 称称偶极长偶极长)，则偶极矩，则偶极矩 = q d 。 分子的正电重心和负电重心不重合，则为极性分子。贩子，则分子的正电重心和负电重心不重合，则为极性分子。贩子，则是非极性分子。是非极性分子。 极性的大小可以用偶极矩极性的大小可以用偶极矩 来度量。来度量。1、分类、分类极性分子的偶极矩称为永久偶极极性分子的偶极矩称为永久偶极。双原子分子的偶极矩就是极性键的键矩。双原子分子的偶极矩就是极性键的键矩。 可以通过下列的数据体会偶极矩单位可以通过下列的数据体会偶极矩单位 D 的大小：的大小： HI HBr HCl NH3 H2O 乙醚乙醚/ D

34、 0.38 0.79 1.03 1.66 1.85 1.15偶极矩以德拜（偶极矩以德拜（D）为单位为单位。规定规定1 D = 3.33 1030 CmBC lC lC l非极性分子偶极矩为零，但各键矩不一定为零，如非极性分子偶极矩为零，但各键矩不一定为零，如 BCl 3 。BCl3 分子分子O偶 极 矩HH键 矩 矢 量H2O 分子分子多原子分子的偶极矩是各键矩的矢量和，如多原子分子的偶极矩是各键矩的矢量和，如 非极性分子在外电场的作用下，可以变成具有一定偶极非极性分子在外电场的作用下，可以变成具有一定偶极矩的极性分子。矩的极性分子。_= 0（2）诱导偶极和瞬间偶极）诱导偶极和瞬间偶极 而极性

35、分子在外电场作用下，其偶极也可以增大。而极性分子在外电场作用下，其偶极也可以增大。 在电场的影响下产生的偶极称为在电场的影响下产生的偶极称为诱导偶极诱导偶极。 非极性分子在无外电场作用时，由于运动、碰撞，原子核和电子的相非极性分子在无外电场作用时，由于运动、碰撞，原子核和电子的相对位置变化对位置变化 其正负电重心可有瞬间的不重合；极性分子也会由于上其正负电重心可有瞬间的不重合；极性分子也会由于上述原因改变正负电重心。述原因改变正负电重心。 这种由于分子在一瞬间正负电重心不重合而造成的偶极叫这种由于分子在一瞬间正负电重心不重合而造成的偶极叫瞬间偶极瞬间偶极。 瞬间偶极和分子的变形性大小有关。瞬间

36、偶极和分子的变形性大小有关。 诱导偶极矩用诱导偶极矩用 表示，其强度大小和电场强度成正比，和分表示，其强度大小和电场强度成正比，和分子的变形性成正比。所谓分子的变形性，即分子正负电荷重心的可子的变形性成正比。所谓分子的变形性，即分子正负电荷重心的可分程度，分子越大，电子越多，变形性越大。分程度，分子越大，电子越多，变形性越大。（二）范德华力（二）范德华力范德华力最早是由范德华研究实际气体对理想气体状态范德华力最早是由范德华研究实际气体对理想气体状态方程的偏差提出来的。理想气体是假设分子没有体积也没有方程的偏差提出来的。理想气体是假设分子没有体积也没有任何作用力为基础确立的概念，当气体密度很小任

37、何作用力为基础确立的概念，当气体密度很小(体积很大、体积很大、压力很小压力很小)、温度不低时，实际气体的行为相当于理想气体。、温度不低时，实际气体的行为相当于理想气体。 事实上，实际气体分子有相互作用力。事实上，实际气体分子有相互作用力。这种分子间的作用力就被称为范德华力。范德华力普遍这种分子间的作用力就被称为范德华力。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；范德华力忽略；范德华力没有方向性和饱和性没有方向性和饱和性，不受微粒之间的方向，不受微粒之间的方向与个数的限制。后来又有三人将范德与个数的限制。后来又有三人

38、将范德华力分解为三种不同来华力分解为三种不同来源的作用力源的作用力色散力、诱导力和取向力。色散力、诱导力和取向力。1 1、色散力、色散力所有单一原子或多个原子键合而成的分子、离子或者分子所有单一原子或多个原子键合而成的分子、离子或者分子中的基团中的基团(统称分子统称分子)。相对于电子，分子中原子的位置相对固定，。相对于电子，分子中原子的位置相对固定，而分子中的电子却围绕整个分子快速运动着。而分子中的电子却围绕整个分子快速运动着。于是，分子的正电荷重心与负电荷重于是，分子的正电荷重心与负电荷重心时时刻刻不重合，产生瞬时偶极。分子心时时刻刻不重合，产生瞬时偶极。分子相互靠拢时，它们的瞬时偶极矩之间

39、会产相互靠拢时，它们的瞬时偶极矩之间会产生电性引力，这就是色散力。生电性引力，这就是色散力。 色散力不仅是色散力不仅是所有分子所有分子都有的最普遍都有的最普遍存在的范德华力，而且经常是范德华力的存在的范德华力，而且经常是范德华力的主要构成。主要构成。偶极非极性分子色散力_+_+_+产生瞬时色散力没有方向，分子的瞬时偶极矩的矢量方向时刻在色散力没有方向，分子的瞬时偶极矩的矢量方向时刻在变动之中，瞬时偶极矩的大小也始终在变动之中。变动之中，瞬时偶极矩的大小也始终在变动之中。 然而，分子越大、分子内电子越多，分子里的电子云越然而，分子越大、分子内电子越多，分子里的电子云越松散，越容易变形，色散力就越

40、大。衡量分子变形性的物理松散，越容易变形，色散力就越大。衡量分子变形性的物理量叫做极化率量叫做极化率(符号符号a)。分子极化率越大，变形性越大，色散力就越大。例分子极化率越大，变形性越大，色散力就越大。例如如:HCl、HBr、HI的色散力依次增大，分别为的色散力依次增大，分别为16.83、21.94、25.87kJ/mol，而，而Ar、CO、H2O的色散力只有的色散力只有8.50、8.75、9.00kJ/mol。2、取向力、取向力取向力，又叫定向力，是取向力，又叫定向力，是极性分子与极性分子极性分子与极性分子之间的固有偶之间的固有偶极与固有偶极之间的静电引力。极与固有偶极之间的静电引力。+极性

41、分子取向作用取向力极性分子+_+_+ +_取向力只有极性分子与极性分子取向力只有极性分子与极性分子之间才存在。分子偶极矩越大，取向之间才存在。分子偶极矩越大，取向力越大。力越大。对大多数极性分子，取向力仅占对大多数极性分子，取向力仅占其范德华力构成中的很小分额，只有其范德华力构成中的很小分额，只有少数强极性分子例外。少数强极性分子例外。 3、诱导力诱导力在极性分子的固有偶极诱导下，临近它的分子会产生诱导在极性分子的固有偶极诱导下，临近它的分子会产生诱导偶极，分子间的诱导偶极与固有偶极之间的电性引力称为诱导偶极，分子间的诱导偶极与固有偶极之间的电性引力称为诱导力。力。诱导偶极矩的大小由固有偶极的

42、偶极矩诱导偶极矩的大小由固有偶极的偶极矩(m m)大小和分子变大小和分子变形性的大小决定。极化率越大形性的大小决定。极化率越大,分子越容易变形分子越容易变形,在同一固有偶在同一固有偶极作用下产生的诱导偶极矩就越大。极作用下产生的诱导偶极矩就越大。极性分子非极性分子诱导产生诱导偶极诱导力+_+_+_+_ 如：放射性稀有气体氡如：放射性稀有气体氡(致癌物致癌物)在在20 C水中溶解度为水中溶解度为230cm3/L。而氦在同样条件下的溶解度却只有。而氦在同样条件下的溶解度却只有8.61cm3/L。又如，水中溶解的氧气又如，水中溶解的氧气(20 C溶解溶解30.8cm3/L)比氮气多得比氮气多得多，跟

43、空气里氮氧比正相反，也可归结为多，跟空气里氮氧比正相反，也可归结为O2的极化率比的极化率比N2的大得多。的大得多。同理，极化率同理，极化率(a)相同的分子在偶极矩相同的分子在偶极矩(m)较大的分子较大的分子作用下产生的诱导力也较大。作用下产生的诱导力也较大。色散力、取向力和诱导力色散力、取向力和诱导力非极性分子色散力_+_+极性分子取向作用取向力极性分子非极性分子极性分子诱导产生诱导偶极诱导力_+产生瞬时偶极+_+_+_+_+ +_+_+_取向力、诱导力和色散力统称范德华力，具有以下的共性：取向力、诱导力和色散力统称范德华力，具有以下的共性：a ) 永远存在于分子之间；永远存在于分子之间；b

44、) 力的作用很小；力的作用很小；c ) 无方向性和饱和性；无方向性和饱和性；d ) 是近程力，是近程力，F 1 / r7；e ) 经常是以色散力为主。经常是以色散力为主。 He、Ne、Ar、Kr、Xe 从左到右原子半径（分子半径）依次增大，从左到右原子半径（分子半径）依次增大，变形性增大，色散力增强，分子间结合力增大，故变形性增大，色散力增强，分子间结合力增大，故b. p. 依次增高。可见，依次增高。可见，范德华力的大小与物质的范德华力的大小与物质的 m. p. ，b. p. 等物理性质有关。等物理性质有关。 以以HF为例，为例，F的的电负性相当大电负性相当大， r相当相当小小，电子对偏向，电

45、子对偏向F，而而H几乎成了质子。这种几乎成了质子。这种 H 与其它分子中电负性相当大、与其它分子中电负性相当大、r 小的原子相小的原子相互接近时，产生一种特殊的分子间力互接近时，产生一种特殊的分子间力 氢键氢键 。 表示为表示为 F H F H （三）（三） 氢键氢键1、氢键的形成、氢键的形成 按一般规律，氧族元素的氢化物中，H2O的相对分子质量最小，分子间作用力应该是最弱，熔沸点最低；实际上水的熔沸点均呈现反常的高数值。并且同一现象在HF、NH3中也有体现。与电负性大且与电负性大且 r 小的原子小的原子 ( F，O，N ) 相连的相连的H；在附近有电负性大，在附近有电负性大，r 小的原子小的

46、原子 ( F，O，N )。2、氢键的形成有两个条件氢键的形成有两个条件氢键的表示：氢键的表示：X H YR强度用键能表示强度用键能表示 键能：指键能：指X H YR 分解成分解成X-H和和Y-R所需的能量。所需的能量。键长：指键长：指X原子中心到原子中心到Y原子中心的距离。原子中心的距离。 由于由于 H 的两侧电负性极大的原子的负电排斥，的两侧电负性极大的原子的负电排斥，故在尽可能得故在尽可能得范围内范围内使使氢键的方向与氢键的方向与XH键轴在同一方向，键轴在同一方向，除非其它外力有较除非其它外力有较大影响时，才改变方向。大影响时，才改变方向。由于由于 H 的体积小，的体积小，1个个 H 只能形成一个氢键只能形成一个氢键 。3、氢键的特点氢键的特点饱和性和方向性饱和性和方向性上面谈的氢键均在分子间形成，若上面谈的氢键均在分子间形成，若 H 两侧的电负性大的原子两侧的电负性大的原子属于同一分子，则为分子内氢键。属于同一分子，则为分子内氢键。 FHF OHO NHNE/kJmol1 28.0 18.8 5.4氢键的强度氢键的强度 氢键的强度氢键的强度介于化学键和分子间作用力之间，其大小和介于化学键和分子间作用力之间，其大小和 H 两侧的原子的两侧的原子的电负性有关，见下列氢键的键能数据。电负性有关，见下列氢键的键能数据。分子内