5-4-分子间作用力与晶体结构

上节回忆1元素周期律概述元素周期表与元素周期律2元素在周期表中的位置与电子层结构〔1〕元素的分区与原子的电子层结构；〔2〕电子层结构与周期；〔3〕电子层结构与族。3元素性质的周期性变化〔1〕原子半径；〔2〕电离能；〔3〕电负性(χ)。工程5-3电子层结构与元素周期律1、元素在周期表中的位置与元素原子电子层结构有什么关系？2、元素性质的周期性变化有什么规律？作业讲解1元素在周期表中的位置与元素原子电子层结构有什么关系？答:〔1〕元素分区：可以根据元素的最后一个电子填入的亚层进行元素分区〔spddsf〕；〔2〕元素周期：可以根据元素具有的电子层数划分元素的周期；〔3〕元素的族：可以根据根据元素的分区区和最外层、次外层电子数确定元素的族。2元素性质的周期性变化有什么规律。答:〔1〕原子半径:同一周期中，从左到右随着原子序数的增加，原子半径在逐渐减小，在主族元素区内，从上往下，原子半径显著增大，副族元素区内，从上到下，原子半径稍有增大。〔2〕电离能:电离能越小，原子在气态时越易失去电子，元素的电离能随元素序数的变化而呈现周期性的变化；〔3〕电负性(χ):在同一周期中，从左到右，随着原子序数增大，电负性递增，在同一主族中，从上到下,电负性递减，副族元素的电负性没有明显的变化规律。作业讲解新课讲授工程5-4分子间作用力与晶体结构1化学键2分子的极性和分子间作用力3晶体结构

当电负性很小的金属原子与电负性很大的活泼非金属原子相遇时，活泼的金属原子会失去电子形成阳离子，活泼的非金属原子会得到电子形成阴离子，这种阴、阳离子间通过静电引力作用形成的化学键叫离子键。由离子键形成的化合物叫离子化合物。〔1〕离子键化学上把分子或晶体中直接相邻的原子〔或离子〕间的强烈相互作用称为化学键。化学键：1化学键

离子键的特征：〔1〕离子键的本质是阴、阳离子间的静电引力；〔2〕离子键没有饱和性；〔3〕离子键没有方向性。

NaCl的晶胞

1916年，美国科学家Lewis提出共价键理论。共价键是由成键原子双方各自提供最外层单电子组成共用电子对所形成的，形成共价键后，成键原子到达稀有气体原子的最外层电子结构，因此比较稳定。

例如

H·+H=HH通过共用一对电子，每个H均成为He的电子构型，形成一个共价键。〔2〕共价键Lewis

如：＋ClClHH

NH3H2OLewis理论的奉献，在于提出了一种不同于离子键的新的键型，解释了Χ比较小的元素之间原子的成键事实。1〕现代价键理论的要点电子配对原理：两个原子接近时，只有自旋相反的两个单电子可以互相配对，使原子核间电子云密度增大，系统的能量降低，形成稳定的共价键。最大重叠原理：成键电子的原子轨道发生重叠时，总是按照重叠最多的方向进行，重叠越多，两核间电子的概率密度越大，这样形成的共价键越牢固。HCl分子的成键示意图

2)共价键的特征共价键有饱和性：一个原子有几个未成对的电子，便可和几个自旋相反的电子配对成键。未成对电子数＝原子的化合价

H2、F2：共价单键；O2：共价双键；N2：共价三键。共价键有方向性：沿轨道方向重叠可产生最大重叠，形成的键最稳定。3)共价键的类型

“头碰头〞重叠(σ)“肩并肩〞重叠(π)s-sPx-sPx-pxPz-pzPy-pyσ键和π键的特征键的类型σ键π键存在方式可以单独存在必须与

键共存原子轨道重叠方式沿键轴方向在直线方向相互重叠沿键轴方向平行，从侧面重叠原子轨道重叠部分两原子核之间，在键轴处在键轴的上方和下方，键轴处为0原子轨道重叠程度大小键的强度较牢固较差化学活泼性不活泼活泼4)键参数

经常用几个物理量简单地描述化学键的状况，这些物理量称为键参数。键能AB(g)→A(g)+B(g)H=EAB对于双原子分子，键能EAB等于解离能DAB。但对于多原子分子，那么要注意键能与解离能的区别与联系。NH3(g)══H(g)+NH2(g)D1=435.1〔kJ/mol〕NH2(g)══H(g)+NH(g)D2=397.5〔kJ/mol〕NH(g)══H(g)+N(g)D3=338.9〔kJ/mol〕

D1>D2>D3

E

N－H==390.5(kJ/mol)如NH3

：为什么？3DDD321++键长分子中成键两原子核之间的距离叫键长。

一般键长越小，键越强。键长/pm键能/〔kJ/mol〕C—C154345.6C—C133602.0CC120835.1

在不同化合物，相同的键，键长和键能并不相等。例如，CH3OH和C2H6

均有C－H键，而它们的键长和键能不同。

键角

键角是分子中键与键之间的夹角，在多原子分子中才涉及键角。

如H2S，H－S－H键角为92°，决定了H2S分子的构型为“V〞字形。如CO2，O－C－O的键角为180°，那么CO2分子为直线形。

键角是决定分子几何构型的重要因素。研究氢化物的熔沸点变化规律发现：氢化物中NH3、H2O、HF具有反常的性质〔特别高的熔沸点〕〔3〕氢键进一步的研究说明，HF、H2O、NH3分子间除了正常的分子间力外，还存在另外一种作用力，这就是氢键。为什么？氧原子以sp3不等性轨道分别与2个氢原子的1s轨道成键，形成H2O分子，但由于氧的电负性〔3.44〕比氢的电负性〔2.2〕大得多，分子中O：H共用电子对强烈地偏向氧原子一边，使氢原子几乎变为“裸露〞的氢核“质子〞，这个半径很小〔10－3pm〕且带正电性的氢原子与另一个水分子中含有孤对电子且带局部负电性的氧原子充分接近时，会发生较强烈的静电吸引，结果水分子间构成O—HO氢键而缔合起来。氢键的形成与本质表示方法：X—H…Y…1〕形成条件·含有氢原子的分子·X、Y的电负性要大，体积要小，且有孤电子对，通常是F、O、N。·X、Y可以相同，也可以不同。2〕氢键的强弱氢键的强度介于化学键和分子间作用力之间，其大小和H两侧的原子的电负性有关。FH…FOH…ONH…NE/〔kJ/mol〕28.018.85.4氢键：由于半径小又带正电性的氢原子充分靠近时所产生的吸引力

〕———3〕氢键的特征：氢键具有方向性和饱和性

方向性

:Y与X—H键成键时，Y的孤电子对的对称轴总是尽可能保持和X—H键轴的方向一致，即使X—H…Y在同一直线上，这样使Y的电子云密度最大限度地接近氢原子，X与Y的距离最远，两原子的电子云之间的排斥力最小，形成的氢键最牢固，体系最稳定。饱和性:因“裸露〞的氢原子非常小，实际上是镶嵌在Y的孤电子对的电子云中，如果与另一个Y结合，要受到电子云之间的排斥，不能再形成氢键，因而有饱和性。

邻硝基苯酚的分子内氢键

对硝基苯酚的分子间氢键分子内氢键和分子间氢键NOOOH氢键对于化合物性质的影响

分子间存在氢键时，大大地影响了分子间的结合力，故物质的熔点、沸点将升高。HFHClHBrHI半径依次增大，色散力增加，沸点〔bp〕依次增高，HCl<HBr<HI；但由于HF分子间有氢键，故HF的bp在这个序列中最高，破坏了从左到右bp升高的规律。H2O、NH3由于分子间氢键的存在，在同族氢化物中bp亦是最高。蛋白质的α-螺旋结构示意图氢键存在于许多有机化合物中，如醇、酚、羧酸、胺、蛋白质等。蛋白质是由许多氨基酸分子通过肽键缩合而成，蛋白质长链由于存在许多氢键，使蛋白质分子呈现螺旋形构象。虽然氢键键能不大，但数量较多，对维持蛋白质的构象发挥着重要作用。

由相同原子组成的双原子分子，分子中正、负电荷中心互相重合，这些分子都是非极性分子，如H2、O2、Cl2等。2分子的极性和分子间作用力〔1〕非极性分子——正负电荷中心重合的分子。由不同原子组成的多原子分子，分子的极性不仅与键的极性〔电负性〕有关，也与分子构型有关，假设分子的空间构型对称，虽然分子由极性键组成，键的极性相互抵消，整个分子的正、负电荷中心重合，也是非极性分子。例如CO2、CH4。〔2〕极性分子——正负电荷中心不重合的分子。

由不同原子组成的双原子分子，由于电负性不同，共用电子对偏向电负性较大的原子一方。两原子之间的化学键是极性键，这种分子就是极性分子，如HCl、HF、HBr、CO等。

对于不同原子组成的多原子分子，化学键是极性键，当分子的空间构型不对称时，键的极性不能抵消，分子正、负电荷中心不重合，这样的分子是极性分子。如SO2、NH3、H2O、CH3Cl等分子都是极性分子。〔3〕偶极矩〔DipoleMoment〕假设分子中正、负电荷中心所带的电量为q，正、负电荷中心距离〔称偶极长〕为l，分子的偶极矩μ用两者的乘积表示，即μ＝q·l用偶极矩判断分子的空间构型：μ≠0的分子为极性分子，μ越大，分子极性越大。μ=0的分子为非极性分子。如由三个原子组成的CO2，由于μ=0，所以可以断定CO2分子为直线形分子。H2O分子偶极矩不为0，是极性分子，故构型不对称，分子为V字形。BCl3和NH3的偶极矩分别为0和4.29，所以BCl3为非极性分子，一定是平面三角形构型，而NH3是极性分子，是三角锥形构型。〔4〕分子的极化分子的极化：由于外电场作用，使分子的正、负电荷中心相对位移，从而产生偶极或增大偶极的过程称为分子的极化。★非极性分子，在外电场作用下，电子云与原子核发生相对位移，正、负电荷中心位移，从而产生偶极，这样形成的偶极称为诱导偶极。外电场消失时，诱导偶极也随之消失，分子恢复为原来的非极性分子。★极性分子本身具有固有偶极，假设在外电场作用下，正、负电荷中心距离会增大，分子偶极矩增大，极性增加，产生诱导偶极。外电场消失时，诱导偶极会消失，但永久偶极不变。三种偶极永久偶极：极性分子本身所具有的偶极，又称固有偶极；诱导偶极：在外电场作用下或者在极性分子影响下产生的偶极；瞬间偶极：某一瞬间，分子的正、负电荷中心发生不重合现象，这时所产生的偶极〔原子核和电子都在不停地运动〕。〔1〕色散力由于各种分子均有瞬间偶极，故色