第6章化学键及分子结构

1、第第6 6章章化学键与化学键与分子结构分子结构认识分子间作用力和氢键的本质，会解释其对物质认识分子间作用力和氢键的本质，会解释其对物质 性质的影响。性质的影响。1了解离子键理论的要点和晶格能的概念；了解离子键理论的要点和晶格能的概念；掌握价键理论的内容和杂化轨道理论；了解杂化轨掌握价键理论的内容和杂化轨道理论；了解杂化轨道与分子空间构型的关系，会用价电子对互斥理论道与分子空间构型的关系，会用价电子对互斥理论解释解释 简单的分子结构；简单的分子结构；本章教学要求本章教学要求6.1 离子键与离子晶体离子键与离子晶体6.2 共价键的价键理论共价键的价键理论6.4 分子的极性、分子间力和氢键分子的极性

2、、分子间力和氢键6.3 杂化轨道理论杂化轨道理论 分子是保持物质化学性质的最小微粒，是物质参与化学反应的基本单元。其性质决定于分子的内内部结构部结构，包括化学键化学键和分子的空间构型分子的空间构型两方面。 化学键化学键是指分子或晶体中相邻两个或多个原子间的强烈相互作用。一般分为离子键、共价键以及金属键。6.1 离子键离子键6.1.1 离子键的形成与晶格能离子键的形成与晶格能由正、负离子之间的静电引力结合的化学键 叫离子键如： nNa(3s1)-ne nNa+(2s22p6) nCl(3s23p5)+ne nCl-(3s23p6)nNa+Cl-离子键形成的条件：元素的电负性相差离子键形成的条件：

3、元素的电负性相差1.7以上。以上。离子键的强弱用晶格能晶格能表示。 由气态正离子与气态负离子结合生成一摩尔晶体化合物时所放出的能量，符号U，单位是kJmol-1 晶格能越大，离子键越强，离子晶体越稳定。例1：下列表示生成MgO晶体的晶格能是（ ）A. Mg(s) + 1/2O2(g) = MgO(s) rHm(1)B. 2Mg(s) + O2(g) = 2MgO(s) rHm(2) C. Mg(g) + 1/2O2(g) = MgO(s) rHm(3)D. Mg2+(g) + O2-(g) = MgO(s) rHm(4)D6.1.2 离子键的特点离子键的特点1.存在正负离子，具有强的极性。存在

4、正负离子，具有强的极性。2.没有饱和性和方向性没有饱和性和方向性. 由于离子所带电荷球型分布，它可以从空间各个方向吸引带相反电荷的离子；只要空间允许，离子会尽可能吸引带相反电荷的离子。6.2 共价键共价键6.2.1 共价键的价键理论共价键的价键理论 路易斯的经典价键理论路易斯的经典价键理论：分子中两个相邻原子 间可以通过共用一对或几对电子，共用电子对后， 彼此都达到稀有气体稳定结构。这种靠共用电子对结合而成的化学键称为共价键。后来，pauling在量子力学的基础上，根据经典价键理论提出近代价键理论。近代价键理论。近代价键理论的内容：（1）形成共价键时，仅成键原子的外层轨道及其中的电子参加作用。

5、（2）只有外层轨道能量相近，未成对电子自旋方向相反的两个原子相互接近时，才能发生原子轨道重叠，才有可能形成共价键。（3）原子轨道只有发生同号重叠，且最大程度重叠，才能形成共价键。6.2.2 共价键的特点共价键的特点1.具有饱和性具有饱和性 由于每种元素的原子所能提供成键轨道的数目以及未成对电子数是一定的。2.具有方向性具有方向性 由于共价键的形成是由于原子轨道的最大程度重叠所至，除s轨道球型分布外，其他的p、d、f轨道都有方向性。6.2.3 共价键的类型共价键的类型 原子轨道沿键轴方向，以“头碰头”方式形成的共价键为键。s-s,s-p,p-p原子轨道重叠都可以形成键键。 若原子轨道沿两核连线方

6、向，以“肩并肩”方式形成的共价键为键。p-p原子轨道重叠可以形成键键。形成形成键和键和键的示意图键的示意图 杂化：在形成分子时，由于原子的相互影响，若干不同类型、能量相近的原子轨道混合起来重新组合成一组新轨道，这种轨道重新组合的过程叫杂化。所形成的新轨道叫杂化轨道。6.3.1 杂化轨道理论的基本要点杂化轨道理论的基本要点注意的问题：（1）原子轨道杂化只有在形成分子 的过程中发生。（2）只有能量相近的原子轨道才能发生杂化。（3）形成杂化轨道数目等于参与杂化的原子 轨道数。（4）杂化轨道之间尽可能在空间采取相互影 响最小，角度最大的空间分布。（5）杂化轨道与其它原子的轨道成键时，一 般都形成键。6

7、.3.2 杂化轨道的类型杂化轨道的类型杂化轨道类型 SP杂化 SP2杂化 SP3杂化直线型分子 平面三角形 四面体不等性杂化不等性杂化1、SP杂化杂化 SP杂化是指杂化是指1条条nS轨道与轨道与1条条nP轨道杂化轨道杂化,所得所得2条条SP杂化轨道杂化轨道 夹角为夹角为180。每条。每条SP杂化轨道能量杂化轨道能量相同，成分相同（各包含相同，成分相同（各包含1/2S轨道和轨道和1/2P轨道轨道)。未参加杂化的未参加杂化的2条条nP轨道均与轨道均与2条条SP杂化轨道垂直。杂化轨道垂直。其分子构型为直线型。其分子构型为直线型。 SP2杂化是指杂化是指1条条nS轨道与轨道与2条条nP轨道杂化轨道杂化

8、,所所得得3条条SP2杂化轨道在同一平面上，杂化轨道在同一平面上， 夹角为夹角为120。每条每条SP2杂化轨道能量相同，成分相同（各包含杂化轨道能量相同，成分相同（各包含1/3S轨道和轨道和2/3P轨道轨道)。未参加杂化的另。未参加杂化的另1条条nP轨轨道与道与SP2杂化轨道平面垂直。其分子构型为正三杂化轨道平面垂直。其分子构型为正三角型。角型。 SP3杂化是指杂化是指1条条nS轨道与轨道与3条条nP轨道杂化轨道杂化,所所得得4条条SP3杂化轨道空间杂化轨道空间 夹角为夹角为109.5。每条。每条SP3杂化轨道能量相同，成分相同（各包含杂化轨道能量相同，成分相同（各包含1/4S轨道轨道和和3/

9、4P轨道轨道)。其分子空间构型为正四面体。其分子空间构型为正四面体。H2O（O、S、Se）NH3（N、P、As） 有孤对电子参与杂化，杂化后所得杂化轨道成分有孤对电子参与杂化，杂化后所得杂化轨道成分不相同。不相同。价层电子对互斥理论：价层电子对互斥理论： 分子内中心原子价电子层上的电子对有相互排斥作用，若价层中各电子对排斥能力相同，则分子为对称平衡结构，若价层电子对排斥能力不同，则分子为不对称结构。作用力大小规则：作用力大小规则：孤对电子孤对电子-孤对孤对电子间作用力电子间作用力孤对电子孤对电子-成键成键电子间作用力电子间作用力成键电子成键电子-成键成键电子间作用力电子间作用力S轨道和P轨道杂

10、化时，可以有下列几种类型： 它们与其它原子形成分子的空间构型分别为 ：SPSP2SP3直线型平面三角型正四面体型H3O+离子的中心原子O采用 杂化， 其中有 个键和 个配位键， 该中心原子的价层电子对构型为 离子的几何构型 不等性SP3212S22P4三角锥型6.4 分子的极性、分子间力、氢键分子的极性、分子间力、氢键6.4.1 键的极性键的极性 共价键非极性共价键 极性共价键 按化学键中正、负电荷中心是否重合按化学键中正、负电荷中心是否重合 +-+q-q键矩 u = q.L 键的极性大小用键矩表示，成键原子的电负性相差越大，键矩越大，极性越强。 下列化合物中价键极性最小的是（ ） A、 Mg

11、Cl2 B、 AlCl3 C、SiCl4 D、 PCl5下列化学键中极性最强的是（ ） A、HF B、 SH C、 HO D、NH 下列分子中既具有极性键又有非极性键的是（ ） A、 NH4OH B、HCN C、 H2O2 D、CCl4共价分子共价分子极性分子极性分子 非极性分子非极性分子 按分子中正、负电荷中心是否重合按分子中正、负电荷中心是否重合 分子极性大小用偶极矩表示，偶极矩等于各键矩分子极性大小用偶极矩表示，偶极矩等于各键矩的矢量和的矢量和.6.4.2 分子的极性分子的极性对于双原子分子,由极性键形成的分子都是极性分子。 由非极性键形成的分子都是非极性 分子。 对于多原子分子,只要分

12、子结构对称，不管键有无 极性都是非极性分子。 分子结构不对称，键有极性，分子 都是极性分子。 6.4.3 分子间作用力分子间作用力(又叫范德华力又叫范德华力）1、分子间力的特点：A、分子间力是永远存在的。 B、没有方向性和饱和性。 C、它是一种短程力，与分子间距离的6次方成 反比，随分子间距离的增大将很快减小 D、它一种弱的相互作用，一般只有几到几十 KJ/mol ,化学键（100-600kJmol-1） 2、分子间作用力的分类、分子间作用力的分类（1）色散力）色散力由于电子的不断运动和原子由于电子的不断运动和原子核的振动，产生瞬间偶极核的振动，产生瞬间偶极+ -+ -+ -+ -+ -瞬间偶

13、极由于瞬间偶极之间的作用力由于瞬间偶极之间的作用力叫做色散力。叫做色散力。 分子间色散力普遍存在，一般来说，分子的变形性越大，分子间色散力普遍存在，一般来说，分子的变形性越大，色散力越大。对于化学性质相似的同类分子，分子量越大，色色散力越大。对于化学性质相似的同类分子，分子量越大，色散力越大。散力越大。非极性分子（2）诱导力）诱导力+ -+ -+ -+ -+ -+ -诱导偶极由于诱导偶极之间的作用力由于诱导偶极之间的作用力叫做诱导力。叫做诱导力。极性分子非极性分子固有偶极 极性分子的极性越大，非极性分子的变形性越极性分子的极性越大，非极性分子的变形性越大，诱导力越大。大，诱导力越大。（3）取向

14、力）取向力极性分子极性分子+-+-+ -+ -+ -+ -固有偶极由于固有偶极之间的作用力叫取向力。由于固有偶极之间的作用力叫取向力。总之，在非极性分子间只存在色散力，总之，在非极性分子间只存在色散力， 在非极性分子与极性分子间存在色散力和诱在非极性分子与极性分子间存在色散力和诱 导力，导力， 在极性分子间存在色散力、诱导力和取向力在极性分子间存在色散力、诱导力和取向力 色散力存在于任何分子间，一般也是最主要力；只有当分子极性非常大时，才以取向力为主。 例 对于HF HCl HBr HI分子， 色散力递增的顺序 取向力递增的顺序 沸点由高到底的顺序 HF HCl HBr HI分子量大小决定分子的极性HI HBr HCl HF HF HI HBr HCl氢键氢键以H原子为中心形成的XHY键 （X和Y是电负性很高的元素，如F、O、N等） 氢键键能（指由XHYR分解成H和YR所需的能量）约1040KJ.mol-1 氢键的特点氢键的特点具有方向性和饱和性具有方向性和饱和性 氢键的种类氢键的种类 分子间氢键和分子内氢键分子间氢键和