山东大学工程化学学习教案

1、会计学1山东大学山东大学(shn dn d xu)工程化学工程化学第一页，共63页。2022年6月24日6时02分2第1页/共63页第二页，共63页。2022年6月24日6时02分3W.Heitler（1904-1981） F.London（1900-1954) 第2页/共63页第三页，共63页。2022年6月24日6时02分4第3页/共63页第四页，共63页。2022年6月24日6时02分5氢分子形成时的能量(nngling)变化E0d核间距1、氢分子、氢分子(fnz)中共价键中共价键的形成的形成 根据氢分子薛定谔方程的求解结果，可以得出两个氢原子之间的相互作用能和核间距之间的关系。如右图所

2、示。第4页/共63页第五页，共63页。2022年6月24日6时02分6（a）自旋(z xun)方式相反 (b) 自旋(z xun)方式相同 实验测得氢分子d=74pm，H键能为436kJ /mol。 而玻尔半径为53pm，显然(xinrn)，两个氢原子的1s轨道发生部分重叠。轨道重叠情况可用下图表示。 氢原子轨道(gudo)重叠示意图 原子轨道有效重叠是价键理论的实质！ 将量子力学处理氢分子的结果推广到其它分子，即发展为价键理论。第5页/共63页第六页，共63页。2022年6月24日6时02分72、价键理论、价键理论(lln)要点要点第6页/共63页第七页，共63页。2022年6月24日6时0

3、2分8-+(a)(b)(c)(d)+-第7页/共63页第八页，共63页。2022年6月24日6时02分9 以“头碰头”方式(fngsh)重叠形成的共价键称为键。 键电子云处于两核连线上，核对(h du)键电子的束缚力大，键稳定，优先形成。s ss pp p+第8页/共63页第九页，共63页。2022年6月24日6时02分10 以“肩并肩”方式重叠形成(xngchng)的共价键称为键。 键电子云并不处于两核连线上，核对键电子的束缚(shf)力较小，因而键不如键稳定。当两原子形成共价键时应优先形成键，然后再考虑是否形成键，换句话说，键不能单独存在。因此共价双键和三键中必有一个键，如N2。+NN第9

4、页/共63页第十页，共63页。2022年6月24日6时02分11第10页/共63页第十一页，共63页。2022年6月24日6时02分12第11页/共63页第十二页，共63页。2022年6月24日6时02分13（1）价层上成对的电子在相邻原子的作用下可以拆开(chi ki)并激发到能级相近的轨道上去。（2）能级相近的价层轨道混合起来(q li)，重新组合成成键能力更强的新的原子轨道，这些新的轨道称为杂化轨道。杂化轨道的数目与参与杂化的轨道的数目相同。（3）杂化轨道最大对称地分布在杂化原子的周围。（4）杂化轨道与其它原子的价电子配对只能形成键。第12页/共63页第十三页，共63页。2022年6月2

5、4日6时02分142s2p2s2psp2p两个两个 sp 杂化轨道杂化轨道激发激发杂化杂化 第13页/共63页第十四页，共63页。2022年6月24日6时02分15xyzxyz3p sp sp 3p第14页/共63页第十五页，共63页。2022年6月24日6时02分16 一个s轨道和两个p轨道进行的杂化称为sp2杂化。现以BF3分子为例，说明(shumng)sp2杂化及其成键过程。2s2p轨轨道道2s2p2s2psp2三个三个 sp2 杂化轨杂化轨道道激激发发杂化杂化2p第15页/共63页第十六页，共63页。2022年6月24日6时02分172p2s2s2psp3四个四个 sp3 杂化轨道杂化

6、轨道激发激发杂化杂化 一个s轨道和三个p轨道进行的杂化称为sp杂化。 现以CH 分子为例，说明(shumng)sp杂化及其成键过程。第16页/共63页第十七页，共63页。2022年6月24日6时02分18p2sp3杂化杂化s2不等性sp3杂化轨道(gudo) 含有成对电子(dinz)的原子轨道也可以参与杂化，只是杂化以后，部分杂化轨道已被孤对电子(dinz)占据不能成键罢了，我们将这种杂化方式称为不等性杂化。 以NH3分子为例：第17页/共63页第十八页，共63页。2022年6月24日6时02分19不等性sp3杂化轨道p2s2第18页/共63页第十九页，共63页。2022年6月24日6时02分

7、20 还有d轨道(gudo)参与的其他杂化方式，情况复杂，这里不再介绍。 杂化轨道(gudo)理论几乎可解释全部分子的空间构型！第19页/共63页第二十页，共63页。2022年6月24日6时02分2153433343OOOONOOCO键类型键类型(lixng)分子分子(fnz)空间空间(kngjin)构型构型ClO2O3NO2CO2OClO. sp2杂化类型杂化类型nm sp2 sp2 spC6H6 sp266 平面平面电子式电子式 V V V 直线直线 六边形六边形 nm第20页/共63页第二十一页，共63页。2022年6月24日6时02分22第21页/共63页第二十二页，共63页。2022

8、年6月24日6时02分23+ 非极性分子极性分子第22页/共63页第二十三页，共63页。2022年6月24日6时02分24 分子的极性可以用偶极矩来衡量。偶极矩定义为分子中正负电荷中心间距d与极上电荷所带电量q的乘积： 双原子分子是否(sh fu)为极性分子取决于化学键是否(sh fu)有极性。 多原子分子是否(sh fu)有极性还与其空间构型有关。如CO2、BF3皆无极性，但H2O、SO2、NH3等皆有极性。 部分分子的偶极矩见表5.2。=dq第23页/共63页第二十四页，共63页。2022年6月24日6时02分25物 质偶极矩1030Cm分 子空间构型物 质偶极矩1030Cm分 子空间构型

9、O20直线N20直线CO20直线H2S3.07V字CO0.33直线H2O6.24V字HF6.40直线SO25.34V字HCl3.62直线NH34.34三角锥HBr2.60直线BF30平面三角HI1.27直线CH40平面三角HCN9.94直线CHCl33.37正四面体 一些(yxi)物质的偶极矩（在气相中） 第24页/共63页第二十五页，共63页。2022年6月24日6时02分26 分子间力可分为色散力、诱导(yudo)力和取向力。瞬时偶极产生示意图 分子中原子数目越多、原子越大，分子越易变形，色散力越大。 + + 产生瞬时偶极色散力第25页/共63页第二十六页，共63页。2022年6月24日6

10、时02分27+ +产生诱导偶极诱导力+ 诱导第26页/共63页第二十七页，共63页。2022年6月24日6时02分28 当极性分子相互靠近时，除存在色散力和诱导力以外，其固有偶极必然按照同极相斥、异极相吸的状态(zhungti)进行取向。 这种固有偶极之间的吸引力称为取向力。 3 、 取 向、 取 向 ( q xin)力力 综上所述，在非极性分子(fnz)之间仅存在色散力；在非极性分子(fnz)和极性分子(fnz)之间除存在色散力以外，还存在诱导力；在极性分子(fnz)之间，则色散力、诱导力、取向力同时存在。+ + 取向作用取向力+ + 第27页/共63页第二十八页，共63页。2022年6月2

11、4日6时02分29分子取向能诱导能色散能总能量H2000.170.17Ar008.498.49Xe0017.4117.41CO0.0030.0088.748.75HCl3.301.1016.8221.12HBr1.090.7128.4530.25HI0.590.3160.5461.44NH313.301.5514.7329.58H2O36.361.929.0047.28 可见，除水等极性特大的分子以外(ywi)，分子间力一般以色散力为主。对于同类型的分子来说，色散力又与分子量成正比。第28页/共63页第二十九页，共63页。2022年6月24日6时02分30第29页/共63页第三十页，共63页。

12、2022年6月24日6时02分31 氢键的键能一般在40kJ/mol 以下，与分子间作用能大体相当，属于分子间力的范畴(fnchu)。 除HF外，H2O、NH3以及无机含氧酸、有机酸、醇、胺、蛋白质等分子间都含有氢键，它们的混合物之间也能形成氢键，因而氢键的存在相当普遍。 由于孤电子对的位置是固定的，并且(bngqi)氢核只能吸引一个孤电子对，所以氢键具有方向性和饱和性。 H F H F H F H F H F H F第30页/共63页第三十一页，共63页。2022年6月24日6时02分32在(cnzi)，其 溶 、 沸点 将 突 然增 高 。 如AA族 氢 化 物的沸点。 1、物质的熔点、物

13、质的熔点(rngdin)和沸点和沸点AA族氢化物的沸点第31页/共63页第三十二页，共63页。2022年6月24日6时02分33 相似相容规律。如I2易溶于CCl4 中；水可以溶解大部分分子量不大的极性分子，特别是当彼此能形成氢键(qn jin)时，可无限混溶，如水和乙醇。 溶解性能取决于溶质和溶剂分子之间的作用力。2、物质、物质(wzh)的溶解性的溶解性 线形高分子化合物的溶解性能与低分子化合物类似，也符合相似(xin s)相溶规律。如聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）是极性的，可选氯仿作溶剂；聚乙烯醇极性很强，可溶于水或乙醇中；聚苯乙烯是弱极性的，可溶于苯、乙苯等非极性或弱极性溶剂中。第32页/

14、共63页第三十三页，共63页。2022年6月24日6时02分34石英(shyng)-LiIO3钻石(zunsh)第33页/共63页第三十四页，共63页。2022年6月24日6时02分35晶体(jngt)晶格(jn ) 将组成晶体(jngt)的微粒看成几何点（晶格结点），这些几何点在三维空间作规则排列所组成的几何图形称为晶格或点阵。第34页/共63页第三十五页，共63页。2022年6月24日6时02分36 能够完全代表晶格特征的最小单元称为晶胞(jn bo)。晶胞(jn bo)的特征用三根棱的长度和三个面的夹角来描述，称为晶胞(jn bo)参数。每种晶体都有自己的晶格和晶胞(jn bo)。 晶体

15、内部所有晶胞位向基本一致的晶体称为单晶体，它具有各向异性( xin y xn)；晶胞位向互不一致的晶体称为多晶体，它具有各向同性。常见晶体物质一般为多晶体。 晶胞(jn bo)第35页/共63页第三十六页，共63页。2022年6月24日6时02分37离子(lz)晶体分子晶体原子晶体金属晶体第36页/共63页第三十七页，共63页。2022年6月24日6时03分38第37页/共63页第三十八页，共63页。2022年6月24日6时03分392rrqqkf 在典型离子晶体(jngt)中，随着离子电荷（q）的增多和离子间距d（d=r+r-）的减小，离子间作用力增加。离子间作用力可按下式估算： 活泼金属(jnsh)(IA族的Na、K，A族的Ba、Sr、Ca 、Mg等)的盐类和氧化物通常属于离子晶体，如氯化钠、溴化钾、氧化镁、碳酸钙等。 第38页/共63页第三十九页，共63页。2022年6月24日6时03分40离子(lz)晶体