医用化学课件-杂化轨道理论

第四节杂化轨道理论（一）、杂化轨道理论的要点：

杂化(hybridization)：形成分子时，因原子之间相互影响，同一原子内能量相近的不同类型的n个价原子轨道混合重组，重新分配能量和确定空间方向，产生n个新的原子轨道。这一过程称为杂化。1.

杂化轨道(hybridorbital)：杂化形成的新原子轨道称为杂化轨道。2s2p杂化sp2p四、杂化轨道理论（一）、杂化轨道理论的要点：2.杂化轨道形状与原来的原子轨道的形状不同，杂化轨道的角度分布更集中于一个方向，在成键中更有利于达到最大重叠，因而杂化轨道比原来轨道的成键能力强,故原子常先杂化后成键。spx

2个sp杂化轨道第四节杂化轨道理论（一）、杂化轨道理论的要点：

3.

杂化轨道之间尽可能在空间取最大夹角分布，形成相互排斥能最小的杂化轨道构型。

常见的杂化类型有s+p(sp、sp2、sp3)和s+p+d(d2sp3、sp3d2、dsp2、dsp3、sp3d)。如2个sp杂化轨道的夹角为180°。4.等性杂化与不等性杂化：按杂化后所形成的几个杂化轨道所含成分比例及能量是否相同等性杂化(equivalenthybridization):完全相同参与杂化的轨道均含有单电子或均是空轨道。例如CH4是sp3等性杂化。有孤对电子占据的原子轨道参与杂化。例如NH3、H2O是sp3不等性杂化。不等性杂化(nonequivalenthybridization)

不完全相同第四节杂化轨道理论（一）、杂化轨道理论的要点：（二）、杂化轨道的类型与分子空间构型1.

sp杂化:

2个sp杂化轨道间的夹角为180°，当两个sp杂化轨道与其它原子成键后，就形成直线形分子。

每个sp杂化轨道均含1/2s和1/2p轨道成分。+1个ns1个npsp杂化2个sp杂化轨道sp杂化轨道sp杂化轨道形成示意图:

sp杂化轨道Be:sp杂化实例:

BeClCl

（直线形）2s2p激发2s2psp杂化sp2p试说明BeCl2分子的空间构型。sp2杂化轨道2.

sp2杂化:

3个sp2杂化轨道间的夹角为120°，分别与其他3个相同原子成键后，就形成正三角形分子。每个sp2杂化轨道均含1/3s和2/3p轨道成分。+1个ns2个np3个sp2杂化轨道sp2杂化3个sp2杂化轨道:

sp2杂化轨道sp2杂化轨道BF3:sp2杂化实例：试说明BF3分子的空间构型。

BFFF(平面三角形)B:2s2p激发2s2psp2杂化sp22psp3杂化轨道3.

sp3等性杂化:

4个sp3杂化轨道间的夹角为109

°28'

，当4个sp3杂化轨道与4个相同原子的轨道重叠成键后，就形成正四面体构型的分子。每个sp3杂化轨道均含1/4s和3/4p轨道成分。+1个ns3个np4个sp3杂化轨道sp3杂化四个sp3杂化轨道sp3杂化轨道sp3杂化实例：试说明CH4分子的空间构型。sp3杂化轨道C：2s2p激发2s2psp3杂化sp3sp3杂化轨道

NH3:N:4、不等性sp3杂化实例1:NHHH∠HNH=107º18'sp3杂化不等性三角锥形2s2psp3H2O:O:4、不等性sp3杂化实例2

:OHH∠HOH=104º30'V字形sp3杂化不等性sp3杂化轨道2s2psp3不等性H3O+:OHH+H

杂化轨道理论（总结）杂化类型spsp2sp3(等性)sp3(不等性)参与杂化的原子轨道1个s+1个p1个s+2个p1个s+3个p1个s+3个p杂化轨道数2个sp3个sp24个sp34个sp3(含1或2对孤对电子)杂化轨道夹角θ180°120°109°28'90°＜θ＜109°28'分子构型直线形平面三角形正四面体三角锥，V形实例BeCl2,

C2H2BF3,C2H4CH4,CCl4NH3，H2O练习1：试用杂化轨道理论解释C2H4(乙烯)是平面形。C激发sp2杂化解：CCHHHH2s2psp22p杂化轨道理论sp2sp2σsp2-sp21σsp2-s4πp-p1练习2：试用杂化轨道理论解释C2H2(乙炔)是直线形。C:激发sp杂化解：H—CC—H2s2psp2p杂化轨道理论spspσsp-sp1σsp-s2πp-p2练习3：指出分子中各C原子是什么杂化类型？CH3—CH2OH、CH3—CH=CH—C—OHO杂化轨道理论sp3sp3sp3sp2sp2sp2CH3—CCHsp3spsp分子间作用力(intermolecularforce)

[定义]分子之间弱的相互作用力。

[包括]范德华力(vanderWaalsforce)和氢键(hydrogenbond)等。第五节分子间作用力和氢键氢键的形成、本质、特点、类型、对物质性质的影响及在医学上的意义一、分子极性第五节分子间作用力和氢键双原子分子多原子分子极性共价键—极性分子非极性共价键—非极性分子H2、Cl2、O2

示例HCl、HF极性共价键非极性共价键—非极性分子S8对称—非极性分子(分子构型)CO2、C6H6、BF3H2O、CHCl3、NH3不对称—极性分子若中心原子A的化合价数值=最外层电子数则是非极性分子对两种原子（一个中心）形成的分子(ABn):不相等则是极性分子第五节分子间作用力和氢键q:分子中正或负电荷中心上的电量d:分子中正、负电荷中心的距离电偶极矩(electricdipolemoment)μ：μ=q·d（单位为10-30

C·m）μ≠0:极性分子，μ越大，分子极性越大；μ=0:非极性分子，如H2、CO2、CH4、BF3HF、HCl的μ依次为6.4、3.62分子的极化[定义]在外电场作用下，无论是极性分子还是非极性分子都会发生变形，变形分子中电子云与原子核出现相对位移，产生诱导偶极，这种现象称为分子的极化。第五节分子间作用力和氢键荷电离子或极性分子对其附近分子也相当是一微电场，能产生极化作用。图中Δμ为诱导电偶极矩，极性分子原有的偶极矩μ称为永久偶极1、取向力(orientationforce)[定义]当极性分子与极性分子互相接近时，分子的永久偶极之间同极相斥、异极相吸，使分子在空间按一定取向排列吸引。这种永久偶极间的吸引力称为取向力。第五节分子间作用力和氢键二、分子间作用力（极+极）2、诱导力(inductionforce)[定义]当非极性分子与极性分子接近时，极性分子的永久偶极产生的电场使非极性分子极化产生诱导偶极。永久偶极与诱导偶极间的吸引力称为诱导力。第五节分子间作用力和氢键（极+非极，极+极）3、色散力(dispersionforce)：[定义]非极性分子中电子不断运动和原子核的振动，使某一瞬间分子的正负电荷中心不重合，形成瞬时偶极，瞬时偶极可使相邻的另一非极性分子产生瞬时诱导偶极。瞬时偶极间相互作用产生的引力叫色散力。第五节分子间作用力和氢键色散力存在于各种分子之间。（普遍存在）总结：第五节分子间作用力和氢键极性—非极性例子：判断下列各组分子之间存在何种范德华力？(1)H2和CO2(2)乙醇和苯(3)水和甲醇取向力诱导力色散力极性分子之间非极性分之间√√√√√√×××第五节分子间作用力和氢键色散力的大小与分子是否容易变形有关，对同类型的化合物，一般随着摩尔质量增大而增大，是分子间的主要作用力。诱导力一般较小，取向力只有当分子的极性很强时才占有优势。分子取向力诱导力色散力总能量Ar0.0000.0008.498.49HBr0.6860.50221.9223.11HCl3.3051.00416.8221.13表分子间范德华力的作用能分配（单位kJ·mol-1)范德华力的特征和作用第五节分子间作用力和氢键范德华力作用能很小，一般比化学键低1~2个数量级，不是化学键。

作用的范围很小,几十到几百pm，作用力的大小随分子之间距离增大而迅速减弱。

不具有方向性和饱和性。

范德华力的作用第五节分子间作用力和氢键范德华力是决定物质的熔、沸点等物理性质的主要因素。F2Cl2Br2I2小大小大低高低高摩尔质量范德华力沸点熔点第五节分子间作用力和氢键比较HCl、HBr、HI

的熔、沸点高低。练习：HF与HCl

的熔、沸点哪个高？氢化物沸点变化规律:第五节分子间作用力和氢键(一)、氢键及其种类第五节分子间作用力和氢键[定义]：当H原子与电负性高、半径小的X原子以极性共价键结合后，由于X原子吸引电子能力大，使H原子显示较强正电荷场，在与另一个电负性较强且有孤对电子的Y原子接触时，又能产生静电吸引力，该吸引力称为氢键，用“…”表示。X－H…YX、Y可以相同也可以不同，如F、O、N等原子。如HF分子间的氢键F－H…F－H又如NH3和水分子间的氢键三、氢键[本质]：静电作用F－H…F›O－H…O›O－H…N›N－H…NX、Y原子的电负性愈大、半径愈小，形成的氢键愈强。常见氢键强弱顺序：第五节分子间作用力

OClNCH电负性3.443.163.042.552.18原子半径6099717737Cl3C－HNC—H可生成氢键氢键的种类第五节分子间作用力分子间氢键：分子之间形成的氢键。分子内氢键：分子内部形成的氢键。氢键的特征及作用第五节分子间作用力3.分子间氢键具有方向性，形成氢键的3个原子尽可能在一条直线上，X与Y之间距离最远斥力较小，氢键稳定。1.氢键的键能小，比化学键弱得多，但比范德华力强。2.氢键具有饱和性，当H原子已经形成1个氢键后，不能再与第三个强电负性原子形成第2个氢键。分子内氢键就不具有方向性。X－H…Y氢键的作用第五节分子间作用力分子内氢键1.对熔、沸点的影响(结构类似)：分子间氢键熔、沸点高低例子间、对硝基苯酚熔点为96℃和114℃邻硝基苯酚熔点为45℃第五节分子间作用力2.对溶解度的影响：溶质与水形成氢键:在水中的溶解度不能能较大很小ROH(醇),RCOOH(羧酸)例子烃溶质易形成分子内氢键：在水中的溶解度小如何解释邻硝基苯酚在水中的溶解度比