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1、,分子结构课件,包括两个方面的问题,分子结构的研究通常,分子或晶体的空间构型 化学键,分子结构(Molecular structure),原子间的相对位置,原子间的结合方式,一、价键理论(valence bond theory ) 二、分子轨道理论(molecular orbital theory),第二节 共价键(covalent bond),Ro,D,能量,0,核间距,(一)氢分子的共价键理论,基态,排斥态,一、价键 (valence bond)理论,（1）如果A原子和B原子各有一个未成对电子而且自旋方向相反，就可以在这两个原子之间互相配对形成一个共价单键。如果A原子和B原子各有两个或三个

2、未成对电子，则可以两两配对形成共价双键或三键。,(二)基本假说,一、价键 (valence bond)理论,举例,Cl,Cl,ClCl,N,N,NN,(二)基本假说,一、价键 (valence bond)理论,（2）如果A原子有两个单电子，B原子只有一个单电子， 则一个A可以和两个B形成AB2型分子。如H2O。,O,H,H,*,*,一、价键 (valence bond)理论,（3）共价键具有饱和性。 （4）共价键具有方向性。,一、价键 (valence bond)理论,(二)基本假说,(三)共价键的类型,s-s,p-p,s-p,一、价键 (valence bond)理论,(三)共价键的类型,p

3、-p,p-d,一、价键 (valence bond)理论,1931年鲍林（L.Pauling）和斯莱脱（Slater）在电子配对理论的基础上，提出了杂化轨道理论，进一步发展了价键理论。,二、杂化轨道理论,(一)理论假说,（1）同一原子中能量相近的不同类型原子轨道，在成键过程中，重新组合成为一组能量相等的新轨道，以增强成键能力。这种轨道重新组合的过程叫轨道杂化。简称杂化。通过杂化所组成的新的轨道叫杂化轨道。,（2）有几个原子轨道参加杂化，就组成几个杂化轨道。并分为等性杂化和不等性杂化。 （3）杂化轨道的成键能力比原来轨道加强。原因有二。其一，杂化轨道的电子云形状改变；其二，杂化轨道方向改变。,二

4、、杂化轨道理论,(一)理论假说,s p sp sp2 sp3,相对成键能力 1.0 1.73 1.93 1.99 2.00,+,二、杂化轨道理论,(一)理论假说,二、杂化轨道理论,BeCl2分子的形成,Be：1s22s22p0,sp杂化,二、杂化轨道理论,(二)举例说明杂化轨道的类型 1、s-p杂化,激发,180,Cl：1s22s22p63s23p5,BCl3分子的形成,B：1s22s22p1,sp2杂化,二、杂化轨道理论,(二)举例说明杂化轨道的类型 2、sp2杂化,激发,BCl3分子的形成,B：1s22s22p1,Cl：1s22s22p63s23p5,CH4分子的形成,C：1s22s22p

5、2,sp3杂化,二、杂化轨道理论,(二)举例说明杂化轨道的类型 3、sp3杂化,激发,NH3和H2O不等性杂化,H,H,H,H,H,三、键参数(bond parameter),描述化学键性质的物理量统称为键参数。,键能 键长 键角 键的极性,（一）键能（bond energy）的定义：,AB（g）A（g）+B（g）,键能的物理意义：键能越大，表示所形成的化学键越牢固。请看下表：,四、键参数(bond parameter),在101.325kPa（1atm）压力下，298K时，将1mol气态双原子分子AB中AB键拆散成为气态原子A和气态原子B，这个过程所需要的能量叫键能。单位：kJ/mol,一些

6、共价键的键能/kJmol1,键长是指共价键中两个原子的核间距离。 键长的数据是通过实验测得的。请看下表：,（二）键长(bond length),四、键参数(bond parameter),共价键的平均键长（单位：pm）,键角是指键与键之间的夹角。键角是反映分子空间结构的重要因素之一。键角可以根据中心原子的杂化轨道波函数计算出来。例如CH4分子中C是sp3等性杂化，理论计算键角为10928。实验值也为10928。目前，键角数据是通过实验测得的。,根据键角和键长可以估计分子的空间几何构型，以空间几何构型可以推测分子的性质。反之，通过性质，推断分子的几何构型。,（三）键角（bond angle）,四

7、、键参数(bond parameter),共价键的极性，主要是由元素电负性不同所引起的。,根据成键两原子电负性的差值，可以估计键的极性强弱。一般说来，元素的电负性差值越大，键的极性越强，反之，差值越小，键的极性越小。,（四）键的极性,四、键参数(bond parameter),总之，键能、键长、键角、键的极性是影响化学键性质的重要参数。,一、 分子的极性,= q d q 电量 d正负电荷重心距离,第三节 分子间作用力,分子的极性大小可用偶极矩（dipole moment）这个概念表示。符号，单位：库仑米或德拜、静电单位厘米。,1德拜=1018静电单位厘米 1德拜=3.3361030库仑米,偶极

8、矩是一个矢量，既有大小，又有方向，方向规定从正极到负极。分子中电荷分布越不对称，分子的极性越大，偶极矩越大。,1. 对于双原子分子，键的极性就是分子的极性。 2.多原子分子中，化学键无极性，分子便没有极性。例如P4、S8 、金刚石等。 3 .多原子分子中，化学键虽然有极性，但由于分子的几何构型恰当，使化学键的极性抵消，导致分子无极性。 4 . 多原子分子中，化学键有极性，分子的几何构型又不能使化学键的极性抵消，使分子有极性。,二、分子的极性与键的极性的关系,第三节 分子间作用力,永久偶极矩分子固有的偶极矩。,诱导偶极矩分子在外电场的作用下，分子内正、负电荷重心产生相对位移。这样产生的偶极矩叫诱

9、导偶极矩。外电场消失，诱导偶极矩消失。无论是极性分子还是非极性分子，都会在外电场作用下产生诱导偶极矩。,极化作用在外电场作用下，分子的极性增大的这种作用称为极化作用。,三、分子的变形性,第三节 分子间作用力,四、分子间作用力(Van der waals),第三节 分子间作用力,1873年，范德华（ Van der Waals ）在研究气体性质时，首先发现并提出了分子间作用力的存在。因此，人们把分子间力又叫做范德华力。根据分子间力产生的原因，一般从理论上将分子间力分为三种：,取向力 诱导力 色散力,四、分子间作用力(Van der waals),第三节 分子间作用力, 它是永远存在于分子间的一种

10、作用力。 它是一种吸引力，其作用力相当于化学键的110%。 因为范德华力的本质是静电引力，所以它与共价键不同，一般没有方向性和饱和性。 范德华力作用范围极小，只有几个，是一种近距离作用力。,总结,形成氢键的两个条件： （1）含有电负性大的原子。 （2）含有体积小的原子。 这两个条件必须同时具备。,(一) 氢键的形成 以HF间的氢键为例讨论,五、 氢键(hydrogen bond),第三节 分子间作用力,氢键的键能与分子间力有着相同的数量级。不是化学键。它是一种特殊的分子间力，与一般的分子间力不同，具有方向性和饱和性。,这是氢键的饱和性,这是氢键的方向性,（1）分子间氢键 同种分子之间氢键。如H2O分子之间、HF分子之间、NH3分子之间、H3BO3分子之间等。 不同种分子之间氢键。如H2O与NH3之间、甲醇与水之间、乙醇与水之间等。 （2）分子内氢键 如HNO3分子内的氢键,五、 氢键(hydrogen bond),第三节 分子间作用力,（二）