第十二章分子结构精选文档.ppt

本讲稿第一页，共四十七页12.1.1离子键理论离子键理论NaeNa+eCl-eCl+eNa+Cl-形成形成正负正负离子离子成成键键12.1 离子键和离子晶体离子键和离子晶体形成条件形成条件 XA XB 2.0形成化学键形成化学键-450 kJmol-1本讲稿第二页，共四十七页12.1.2离子键的特点离子键的特点 本质是本质是静电引力静电引力（库仑引力）（库仑引力）没有没有方向性方向性和和饱和性饱和性（库仑引力的性质所决定）（库仑引力的性质所决定）键的极性键的极性与元素的电负性有关与元素的电负性有关NaClCsCl本讲稿第三页，共四十七页12.1.3离子特征离子特征2.离子的电子构型离子的电子构型简单负离子一般最外层具有稳定的简单负离子一般最外层具有稳定的8电子构型。电子构型。正离子：正离子：2电子构型电子构型 Li+Be2+8电子构型电子构型 Na+K+Ca2+18电子构型电子构型 Cu+、Ag+、Zn2+、Cd2+、Hg2+18+2电子构型电子构型 Pb2+、Sn2+、Bi3+9-17电子构型电子构型 Fe2+、Fe3+、Cr3+、Mn2+1.离子的电荷：原子在形成离子化合物过程中，失去或得离子的电荷：原子在形成离子化合物过程中，失去或得到的电子数到的电子数3.离子半径：离子半径：(1)离子半径：根据晶体中相邻正负离子间的核间离子半径：根据晶体中相邻正负离子间的核间 距距(d)测出的。测出的。d=r+r-（有效离子半径）（有效离子半径）本讲稿第四页，共四十七页1)对对同同一一主主族族具具有有相相同同电电荷荷的的离离子子而而言言，半半径径自自上上而而下下增增大大。例如：例如：Li+Na+K+Rb+Cs+；F-Cl-Br-I-2)对同一元素的正离子而言对同一元素的正离子而言,半径随离子电荷升高而减半径随离子电荷升高而减 小。例如小。例如:Fe3+Fe2+3)对等电子离子而言，半径随负电荷的降低和正电荷的对等电子离子而言，半径随负电荷的降低和正电荷的 升高而减小。例如：升高而减小。例如：O2-F-Na+Mg2+Al3+4)4)相同电荷的过渡元素和内过渡元素正离子的半径均随相同电荷的过渡元素和内过渡元素正离子的半径均随 原子序数的增加而减小，原子序数的增加而减小，(2)(2)离子半径变化规律离子半径变化规律本讲稿第五页，共四十七页12.1.5 离子极化离子极化 (ionic polarization)分子中原子的核外电子受电场的作用，电子云发生变形，分子中原子的核外电子受电场的作用，电子云发生变形，这种现象称为极化。这种现象称为极化。离离 子子 自自 身身 也也 受受 其其 他他 离离 子子 电电 场场 的的 作作 用用，也也 可可 以以 发发生极化，其结果都是使电子云变形，并使正离子和负离子生极化，其结果都是使电子云变形，并使正离子和负离子之间产生了额外的吸引力。之间产生了额外的吸引力。负离子的半径一般较大，外壳上有较多的电子，易于被诱导，负离子的半径一般较大，外壳上有较多的电子，易于被诱导，变形性大。通常研究离子间的相互作用时，一般考虑正离子的极变形性大。通常研究离子间的相互作用时，一般考虑正离子的极化作用和负离子的变形性。化作用和负离子的变形性。极化和变形极化和变形本讲稿第六页，共四十七页极化力极化力 影响极化力因素决定于离子的半径、电荷和电子构型。影响极化力因素决定于离子的半径、电荷和电子构型。离子电荷愈高、半径愈小，极化力愈强离子电荷愈高、半径愈小，极化力愈强。正离子的电荷相同，。正离子的电荷相同，半径相近，电子层结构对极化力的影响为。半径相近，电子层结构对极化力的影响为。极化力和变形性极化力和变形性变变形形性性 离离子子的的半半径径愈愈大大，变变形形性性愈愈大大。变变形形性性也也与与电电子子构构型型有有关，半径相近的负离子关，半径相近的负离子电子层结构对变形性的影响为电子层结构对变形性的影响为。附加极化作用附加极化作用 负离子被极化后，在一定程度上增强了负负离子被极化后，在一定程度上增强了负离子对正离子的极化作用，离子对正离子的极化作用，结果正离子变形被极化，正离结果正离子变形被极化，正离子被极化后，又增加了它对负离子的极化作用。这种加强子被极化后，又增加了它对负离子的极化作用。这种加强的极化作用称为附加极化。的极化作用称为附加极化。18e(18+2)e(9 17)e8e18e(18+2)e(9 17)e8e本讲稿第七页，共四十七页离子极化对化合物性质的影响离子极化对化合物性质的影响 随着离子极化的增强，离子间的核间距缩短，会引起化随着离子极化的增强，离子间的核间距缩短，会引起化学键型的变化，键的性质可能从离子键逐步过渡到共价键学键型的变化，键的性质可能从离子键逐步过渡到共价键.即即经过一系列中间状态的极化键，最后可转变为极化很小的共经过一系列中间状态的极化键，最后可转变为极化很小的共价键。价键。离子相互极化的增强离子相互极化的增强键的极性增大键的极性增大理想离子键理想离子键（无极化）（无极化）基本上是离子键基本上是离子键（轻微极化）（轻微极化）过渡键型过渡键型（较强极化）（较强极化）基本上是共价键基本上是共价键（强烈极化）（强烈极化）本讲稿第八页，共四十七页离子极化对化合物性质的影响离子极化对化合物性质的影响 熔熔点点和和沸沸点点降降低低 如如，在在BeCl2等等化化合合物物中中，Be2半半径径最最小小，因因此此Be2有有很很大大的的极极化化能能力力，使使Cl发发生生比比较较显显著著的的变变形形，Be2和和Cl之之间间的的键键有有较较显显著著的的共共价价性性。因因此此BeCl2具具有有较较低低的的熔、沸点熔、沸点 （410）。溶溶解解度度降降低低 离离子子极极化化使使离离子子键键逐逐步步向向共共价价键键过过渡渡，结果必然导致化合物在水中溶解度的降低。结果必然导致化合物在水中溶解度的降低。化合物的颜色化合物的颜色 在一般情况下，如果组成化合物的两种离在一般情况下，如果组成化合物的两种离子都是无色的，则化合物也无色，如子都是无色的，则化合物也无色，如NaCl、KNO3，如果其中一，如果其中一种离子无色，则另一种离子的颜色就是该化合物的颜色，如种离子无色，则另一种离子的颜色就是该化合物的颜色，如 K2CrO4 呈黄色。呈黄色。本讲稿第九页，共四十七页可用离子极化观点解释。可用离子极化观点解释。为什么下列各物质溶解度依次减小，为什么下列各物质溶解度依次减小，颜色逐渐加深？颜色逐渐加深？AgF（白色）（白色）AgCl（白色）（白色）AgBr（淡黄色）（淡黄色）AgI（黄色）（黄色）为什么为什么Na2S易溶于水，易溶于水，ZnSZnS难溶于水？难溶于水？Question 1Question 1Solution本讲稿第十页，共四十七页 12.2.1 价键理论价键理论(valence bond theory)基本观点基本观点H2分子的形成分子的形成氢分子的形成氢分子的形成当两个氢原子相互靠近时，若它们的两个电子自旋相反，当两个氢原子相互靠近时，若它们的两个电子自旋相反，随着它们核间距离的减小，随着它们核间距离的减小，1s轨道发生重叠，按照波的叠轨道发生重叠，按照波的叠加原理可以同相位叠加，核间形成一个电子密度较大的区加原理可以同相位叠加，核间形成一个电子密度较大的区域，两核都被电子密度大的区域吸引，体系的能量降低。域，两核都被电子密度大的区域吸引，体系的能量降低。当核间距降到当核间距降到R=R0时，体系的能量处于最低值，达到稳时，体系的能量处于最低值，达到稳定状态，这种状态称为基态。定状态，这种状态称为基态。12.2 共价键和原子晶体本讲稿第十一页，共四十七页 显然，图形反映了在形成分子时两个中性原子间各提供显然，图形反映了在形成分子时两个中性原子间各提供一个自旋方向相反的电子形成共用电子对，电子对定域于两一个自旋方向相反的电子形成共用电子对，电子对定域于两原子之间，形成了一个密度相对大的电子云（负电性），这原子之间，形成了一个密度相对大的电子云（负电性），这就是现代价键理论的基础。就是现代价键理论的基础。本讲稿第十二页，共四十七页 能量最低原理能量最低原理 键合双方各提供自旋方向相反的未成对电子键合双方各提供自旋方向相反的未成对电子 键合双方原子轨道应尽可能最大程度地重叠键合双方原子轨道应尽可能最大程度地重叠因此，共价键的形成条件为：因此，共价键的形成条件为：2.共价键的特征共价键的特征 结合力的结合力的本质是电性的本质是电性的 具有方向性具有方向性（是因为每种元素（是因为每种元素的原子能提供用于形成共价键的轨道的原子能提供用于形成共价键的轨道是具有一定的方向）是具有一定的方向）H Cl 具有饱和性具有饱和性（是指每种元素的原子能提供用于（是指每种元素的原子能提供用于 形成共价键的轨道数是一定的）形成共价键的轨道数是一定的）例如：例如：H O H N N本讲稿第十三页，共四十七页键：键：原子轨道沿核间联线方向进行同号重叠原子轨道沿核间联线方向进行同号重叠,形象的称为形象的称为“头碰头头碰头”。3.共价键的键型共价键的键型 键：键：两原子轨道垂直核间联线并相互平行进行同号两原子轨道垂直核间联线并相互平行进行同号重叠重叠,。形象的称为形象的称为 “肩并肩肩并肩”。本讲稿第十四页，共四十七页XZYzy=N 原子N2分子中的叁键是：分子中的叁键是：一个一个键、两个键、两个 键！表示为：键！表示为：N N本讲稿第十五页，共四十七页形成条件形成条件：成键原子一方提供孤对电子，另一方成键原子一方提供孤对电子，另一方 提提 供空轨道。供空轨道。4.4.配位键（共价键里的一种特殊形式）配位键（共价键里的一种特殊形式）Example本讲稿第十六页，共四十七页5.键参数键参数（bond parameters）分子中两个原子核间的平均距离分子中两个原子核间的平均距离 化化学学键键的的性性质质在在理理论论上上可可以以由由量量子子力力学学计计算算作作定定量量讨讨论论，也也可可以以通通过过表表征征键键的的性性质质的的某某些些物物理理量量来来描描述述，如如：电电负负性性、键键能能、键键长、键角和键级。长、键角和键级。分子中键与键之间的夹角分子中键与键之间的夹角 这两个参数可以通过这两个参数可以通过X射线射线单晶衍射等实验手段测量得到单晶衍射等实验手段测量得到.键长键长(bond length)：键角键角(bond angle)：键长愈长，化学键的强度愈弱；键长愈短，化学键愈强。键长愈长，化学键的强度愈弱；键长愈短，化学键愈强。所以单键一般比双键长；双键一般比三键长。所以单键一般比双键长；双键一般比三键长。本讲稿第十七页，共四十七页 表示在通常外界条件下物质原子间相互作用的强弱。表示在通常外界条件下物质原子间相互作用的强弱。定义为：在定义为：在298 K和和100 kPa下将下将1mol气态双原子分子断气态双原子分子断裂成裂成2 mol气态原子所需要的能量。气态原子所需要的能量。键能键能(bond energy):):对双原子分子：离解能对双原子分子：离解能=键能键能对多原子分子：键能指平均键能对多原子分子：键能指平均键能D(H Cl)=431 kJmol-1 D(Cl Cl)=244 kJ mol-1例如例如 NH3键能愈大，化学键愈牢固，由这种键构成的分子也就愈稳定。键能愈大，化学键愈牢固，由这种键构成的分子也就愈稳定。另外，双键的键能比单键的键能要大；三键的键能比双键的键能大。另外，双键的键能比单键的键能要大；三键的键能比双键的键能大。键的键能比键的键能比 键的键能大。键的键能大。本讲稿第十八页，共四十七页知道了分子中的键长和键角，就可以知道分子的几何构型。用知道了分子中的键长和键角，就可以知道分子的几何构型。用价键理论可以解释一些分子的构型，但有些确与事实不符价键理论可以解释一些分子的构型，但有些确与事实不符,例例如如CH4只能形成两个共价单键，而且键角应是只能形成两个共价单键，而且键角应是900，这与事实不符，这与事实不符，另外根据价键理论另外根据价键理论H2O的键角应是的键角应是900，但实测为，但实测为104.50。这说。这说明价键理论需要修正。明价键理论需要修正。本讲稿第十九页，共四十七页1.杂化轨道理论：杂化轨道理论：1)同一原子中能量相近的原子轨道之间可以通过叠加混杂同一原子中能量相近的原子轨道之间可以通过叠加混杂，形成成键能力更强的新轨道，即杂化轨道。，形成成键能力更强的新轨道，即杂化轨道。2)原子轨道杂化时，一般成对电子激发到空轨道而形成单原子轨道杂化时，一般成对电子激发到空轨道而形成单电子，这个过程所需要的能量完全由成键时放出的能量予电子，这个过程所需要的能量完全由成键时放出的能量予以补偿。以补偿。3)一定数目的原子轨道杂化后可得到数目相同，能量相等一定数目的原子轨道杂化后可得到数目相同，能量相等的各类杂化轨道。的各类杂化轨道。12.2.2 杂化轨道杂化轨道（hybrid orbital）本讲稿第二十页，共四十七页 成键时能级相近的价电子轨道相混杂，形成新成键时能级相近的价电子轨道相混杂，形成新的价电子轨道的价电子轨道杂化轨道杂化轨道1.基本要点基本要点轨道成分变了轨道成分变了总之，杂化后的轨道总之，杂化后的轨道轨道的能量变了轨道的能量变了轨道的形状变了轨道的形状变了结果当然是更有利于成键结果当然是更有利于成键！变了变了 杂化后轨道伸展方向，形状和能量发生改变杂化后轨道伸展方向，形状和能量发生改变 杂化前后轨道数目不变杂化前后轨道数目不变本讲稿第二十一页，共四十七页2.杂化形式杂化形式 sp3杂化杂化2p2s2s2psp3四个四个 sp3 杂化轨道杂化轨道激发激发杂化杂化CH4中共价中共价 键形成键形成基基态态碳碳原原子的结构子的结构杂化轨道杂化轨道本讲稿第二十二页，共四十七页2s2p轨道轨道2s2p2s2psp2三个三个 sp2 杂化轨道杂化轨道激发激发杂化杂化 BCl3 中共中共价键的形成价键的形成基基态态硼硼原原子子的的结结构构杂化轨道杂化轨道 sp2杂化杂化本讲稿第二十三页，共四十七页乙烯分子乙烯分子=H=C+2S2P2S2PSP22Pz乙烯分子结构示意图乙烯分子结构示意图本讲稿第二十四页，共四十七页 sp杂化杂化2s2p2s2psp2p两个两个 sp 杂化轨道杂化轨道激发激发杂化杂化 ClBeCl基基态态铍铍原原子的结构子的结构 BeCl2 中共中共价键的形成价键的形成杂化轨道杂化轨道本讲稿第二十五页，共四十七页H2O中中O原子采取原子采取 sp3 不等性杂化不等性杂化H2O中共价键形成中共价键形成sp3 3 杂化杂化sp3杂化轨道杂化轨道基基态态氧氧原原子的子的 结结 构构本讲稿第二十六页，共四十七页NH3中中N 原子采取原子采取 sp3 不等性杂化不等性杂化NH3中共价键形成中共价键形成sp3杂化杂化基基态态氮氮原原子的子的 结结 构构杂化轨道杂化轨道本讲稿第二十七页，共四十七页3.分子的杂化形式和形状的确定方法分子的杂化形式和形状的确定方法VP=1/2A的价电子数的价电子数+X提供的价电子数提供的价电子数 离子电荷离子电荷数数()首先先确定中心原子首先先确定中心原子A的价层电子对数的价层电子对数VP例例:VP()=(6+40+2)=4负负正正 确定中心原子确定中心原子A的杂化形式的杂化形式由由A的价层电子对数的价层电子对数VP和配位原子和配位原子X的数目确定的数目确定 确定分子形状确定分子形状由由A的价层电子对数的价层电子对数VP和孤对电子数确定和孤对电子数确定本讲稿第二十八页，共四十七页12.3分子间力、氢键与分子晶体分子间力、氢键与分子晶体 12.3.1分子间力分子间力化学键化学键是决定物质化学性质的主要因素。另外，气体在一是决定物质化学性质的主要因素。另外，气体在一定条件下凝聚成液体，甚至凝结成固体都不是由化学键引定条件下凝聚成液体，甚至凝结成固体都不是由化学键引起的。这说明分子之间还存在着相互作用力，就是分子间起的。这说明分子之间还存在着相互作用力，就是分子间力。由于这种力是荷兰物理学家范德华提出，所以也叫力。由于这种力是荷兰物理学家范德华提出，所以也叫范德华力范德华力。范德华力相当弱一般在几至几十范德华力相当弱一般在几至几十kJmol-1，而通常化学，而通常化学键的键能为键的键能为 150-500 kJ mol-1，然而分子间的这种微，然而分子间的这种微弱的作用力对物质的熔点、沸点、表面张力、稳定性都弱的作用力对物质的熔点、沸点、表面张力、稳定性都有较大的影响。有较大的影响。1、分子的极性和偶极矩、分子的极性和偶极矩本讲稿第二十九页，共四十七页 偶极矩偶极矩 bond dipole moment(m m)m m=q d大小相等，符号相反彼此相距为大小相等，符号相反彼此相距为 d 的两的两个电荷（个电荷（+q和和-q）组成的体系称为偶极子，）组成的体系称为偶极子，其电量与距离之积，就是分子的偶极矩。其电量与距离之积，就是分子的偶极矩。例如：例如：H2N2CO2CS2H2SSO2H2OHClHBrHICOHCN00003.665.336.163.432.631.270.406.99分子分子/1030Cm分子的极性是指在分子中正电荷中心与负电荷中心不重合的分子而分子的极性是指在分子中正电荷中心与负电荷中心不重合的分子而产生偶极的现象。产生偶极的现象。本讲稿第三十页，共四十七页d+qq正电荷中心负电荷中心在这种情况下，正电荷中心和负电荷中心不重合，这样分在这种情况下，正电荷中心和负电荷中心不重合，这样分子产生了偶极，成为极性分子。当正电荷中心和负电荷中子产生了偶极，成为极性分子。当正电荷中心和负电荷中心相互重合时，不产生偶极，称为非极性分子。心相互重合时，不产生偶极，称为非极性分子。对于同核双原子分子，正、负电荷中心重合，分子无极性。对于同核双原子分子，正、负电荷中心重合，分子无极性。对于多原子分子，如果有完全对称的结构，分子没有极性对于多原子分子，如果有完全对称的结构，分子没有极性偶极矩是个矢量，其方向指向负电荷中心。偶极矩是个矢量，其方向指向负电荷中心。例如异核双原子例如异核双原子分子：分子：本讲稿第三十一页，共四十七页对于多原子分子，分子的极性可表示为：对于多原子分子，分子的极性可表示为：多原子分子，如果完全对称，分子无极性。多原子分子，如果完全对称，分子无极性。键的极性和分子的极性键的极性和分子的极性化学键有极性分子可能有极性，也可能没有极性。另外键的偶极矩化学键有极性分子可能有极性，也可能没有极性。另外键的偶极矩和分子的偶极矩往往不一致。和分子的偶极矩往往不一致。本讲稿第三十二页，共四十七页分子极性与键的极性方向不一致：分子极性与键的极性方向不一致：分子的偶极矩愈大，分子的极性愈强。分子的偶极矩愈大，分子的极性愈强。2、分子的变形性和极化率、分子的变形性和极化率+分子变形性的定义：分子在外电场的作用下发生变形的性分子变形性的定义：分子在外电场的作用下发生变形的性质称为分子的变形性。质称为分子的变形性。对于非极性分子，对于非极性分子，0 电场中产生诱导偶极矩电场中产生诱导偶极矩本讲稿第三十三页，共四十七页变形性的大小可用公式表示：变形性的大小可用公式表示：诱导诱导E 称为极化率，它反映了分子变形性的称为极化率，它反映了分子变形性的大小。一般，分子越大，越容易变形，大小。一般，分子越大，越容易变形，越大。越大。对于极性分子，本身就存在着偶极，称为固有偶极或永久对于极性分子，本身就存在着偶极，称为固有偶极或永久偶极。由于分子的热运动，这些偶极不可能定向排列，如偶极。由于分子的热运动，这些偶极不可能定向排列，如下图：下图：无外加电场时无外加电场时分子随机取向分子随机取向外电场作用下，外电场作用下，分子定向排列称分子定向排列称定向极化定向极化，但不，但不增加偶极矩。增加偶极矩。外电场进一步作外电场进一步作用，分子产生变用，分子产生变行，产生诱导偶行，产生诱导偶极矩：极矩：固有固有 诱导诱导在外电场作用下，极性分子既有永久偶极，又有诱导偶极在外电场作用下，极性分子既有永久偶极，又有诱导偶极本讲稿第三十四页，共四十七页分子取向、极化和变形除在电场、点电荷作用下产生外，分子取向、极化和变形除在电场、点电荷作用下产生外，在偶极子的作用下也能发生。所以分子之间的相互作用在偶极子的作用下也能发生。所以分子之间的相互作用也能产生极化和变形现象。也能产生极化和变形现象。3、分子间力、分子间力（1）色散力：由瞬时偶极与瞬时偶极相互吸引而产生的分子间力。）色散力：由瞬时偶极与瞬时偶极相互吸引而产生的分子间力。瞬时偶极的产生：瞬时偶极的产生：本讲稿第三十五页，共四十七页众多的非极性分子靠近时，由于存在短暂但及其频繁的瞬时偶极众多的非极性分子靠近时，由于存在短暂但及其频繁的瞬时偶极矩，使得分子之间有一种持续矩，使得分子之间有一种持续 不断的作用力，即色散力。不断的作用力，即色散力。色散力存在于非极性分子与非极性分子之间，分子之间的色散力存在于非极性分子与非极性分子之间，分子之间的作用力以色散力为主。在极性分子和极性分子之间，极性作用力以色散力为主。在极性分子和极性分子之间，极性分子和非极性分子之间都存在着色散力。分子和非极性分子之间都存在着色散力。色散力的大小与色散力的大小与 有关，即与分子的体积有关，分子的体有关，即与分子的体积有关，分子的体积愈大积愈大(分子量愈大分子量愈大)，色散力愈大，色散力愈大。(2)诱导力：由永久偶极与诱导偶极相互作用产生的作用诱导力：由永久偶极与诱导偶极相互作用产生的作用力。力。当极性分子与非极性分子相邻时，极性分子就如同一个外当极性分子与非极性分子相邻时，极性分子就如同一个外电场，使非极性分子发生变形极化，产生诱导偶极。电场，使非极性分子发生变形极化，产生诱导偶极。靠近本讲稿第三十六页，共四十七页极性分子之间也会相互诱导产生诱导偶极，所以极性分子极性分子之间也会相互诱导产生诱导偶极，所以极性分子之间也会产生诱导力。之间也会产生诱导力。诱导力的大小与诱导力的大小与P固有和固有和 有关，固有偶极愈大，诱导力愈有关，固有偶极愈大，诱导力愈大；分子的变形性愈大，诱导力愈大。大；分子的变形性愈大，诱导力愈大。(3)取向力：由永久偶极与永久偶极之间相互作用而产生取向力：由永久偶极与永久偶极之间相互作用而产生的作用力的作用力由于同性相斥、异性相吸的作用，使极性分子间按一定方由于同性相斥、异性相吸的作用，使极性分子间按一定方向排列而产生的静电作用力称为向排列而产生的静电作用力称为取向力取向力本讲稿第三十七页，共四十七页取向力的大小与分子的固有偶极有关，固有偶极愈大，取取向力的大小与分子的固有偶极有关，固有偶极愈大，取向力愈大向力愈大。以上这三种力都是电性力，它没有饱和性和方以上这三种力都是电性力，它没有饱和性和方向性，三种力的大小见下表：向性，三种力的大小见下表：本讲稿第三十八页，共四十七页非极性分子和非极性分子只存在色散力；非极性分子和非极性分子只存在色散力；非极性分子和极性分子存在着色散力和诱导力；非极性分子和极性分子存在着色散力和诱导力；极性分子和极性分子存在着色散力、诱导力和取向力。极性分子和极性分子存在着色散力、诱导力和取向力。它们统称分子间力，其大小与分子距离的它们统称分子间力，其大小与分子距离的6次方成反比，次方成反比，是短程力，范围在是短程力，范围在300 500 pm。通常色散力最大。通常色散力最大（除水分子外）（除水分子外）4、分子间力对物质性质的影响、分子间力对物质性质的影响分子间力对物质物理性质的影响是多方面的。主要是对汽分子间力对物质物理性质的影响是多方面的。主要是对汽化热、熔沸点、溶解度等性质的影响。化热、熔沸点、溶解度等性质的影响。(1)分子间力对对物质熔、沸点的影响：分子间力对对物质熔、沸点的影响：分子间力愈大，物质的熔、沸点愈高。例如：分子间力愈大，物质的熔、沸点愈高。例如：CH4,SiH4,GeH4,SnH4CH4,C2H6,C3H8,C4H10随分子量的增大而增大。随分子量的增大而增大。本讲稿第三十九页，共四十七页(2)分子间力对溶解度的影响分子间力对溶解度的影响溶质与溶剂之间的分子间力愈大，溶质在该溶剂中的溶解度愈大。溶质与溶剂之间的分子间力愈大，溶质在该溶剂中的溶解度愈大。例如例如I2在在CCl4中的溶解度比中的溶解度比I2 在在H2O中的溶解度要大得多。中的溶解度要大得多。(3)分子间力对物质硬度的影响分子间力对物质硬度的影响分子间力愈大，物质的硬度愈大。例如：分子间力愈大，物质的硬度愈大。例如：极性较小的聚乙烯、聚丙烯分子间力较小，硬度较小；而含有极性较小的聚乙烯、聚丙烯分子间力较小，硬度较小；而含有极性基团的有机玻璃等物质，分子间力较大，硬度较大。极性基团的有机玻璃等物质，分子间力较大，硬度较大。12.3.2 氢键氢键在氢化物中，沸点的升高不都是随分子量的增加而升高的在氢化物中，沸点的升高不都是随分子量的增加而升高的。这说明除分子间力影响物质的物理性质以外，还有其它。这说明除分子间力影响物质的物理性质以外，还有其它的因素影响物质的物理性质。这就是氢键。的因素影响物质的物理性质。这就是氢键。本讲稿第四十页，共四十七页1)氢键的形成氢键的形成当氢原子与一个电负性很大而半径很小的原子成键时，由当氢原子与一个电负性很大而半径很小的原子成键时，由于共用电子对强烈的偏移到电负性较大的原子一边，氢原于共用电子对强烈的偏移到电负性较大的原子一边，氢原子几乎成为裸露的质子，这时，这种氢原子可以与另一个子几乎成为裸露的质子，这时，这种氢原子可以与另一个电负性较大并含有孤对电子而且半径较小的原子以静电引电负性较大并含有孤对电子而且半径较小的原子以静电引力靠近，并且钻入该原子的电子云中，产生相互作用力，力靠近，并且钻入该原子的电子云中，产生相互作用力，这种相互作用力称为氢键。如图：这种相互作用力称为氢键。如图：2)氢键形成的条件氢键形成的条件(a)有氢原子参加；有氢原子参加；本讲稿第四十一页，共四十七页(b)有两个电负性较大，而且半径较小以及含有孤对电子的原子。有两个电负性较大，而且半径较小以及含有孤对电子的原子。满足以上条件的原子只有满足以上条件的原子只有N,O,F三种元素的原子。氢键组成的三种元素的原子。氢键组成的表示为：表示为：X-HYX,Y表示表示F,O,N等电负性较大的原子，氢键的键能是指拆等电负性较大的原子，氢键的键能是指拆开开HY键所需的能量；键长是指键所需的能量；键长是指HY原子核之间的距离。原子核之间的距离。易形成氢键的元素有易形成氢键的元素有F、O、N，及，及Cl、S。这些元素的电负性愈大，氢键愈强；原子半径愈小，氢键也愈这些元素的电负性愈大，氢键愈强；原子半径愈小，氢键也愈强。强。氢键的强弱与这些元素的电负性大小、原子半径大小有关，氢键氢键的强弱与这些元素的电负性大小、原子半径大小有关，氢键的强弱顺序为：的强弱顺序为：FHF OHO OHN NHN OHCl OHS本讲稿第四十二页，共四十七页3)氢键的饱和性和方向性氢键的饱和性和方向性氢键的饱和性氢键的饱和性表示一个表示一个XH只能和一个只能和一个Y形成氢键。因为形成氢键。因为氢原子的半径较小，几乎在形成氢键时被电子云所包围，氢原子的半径较小，几乎在形成氢键时被电子云所包围，当另外的原子靠近时就一定会产生电子云的排斥力，当另外的原子靠近时就一定会产生电子云的排斥力，氢键的方向性氢键的方向性是指是指Y原子与原子与XH形成氢键时，其方向尽可形成氢键时，其方向尽可能与能与XH键轴在同一方向，即键轴在同一方向，即XHY尽可能保持尽可能保持180。因。因为这样成键可使为这样成键可使X与与Y距离最远，两原子的电子云斥力最小，距离最远，两原子的电子云斥力最小，形成稳定的氢键形成稳定的氢键氢键的能量也很小，大约与分子间力相当；另外氢键也是氢键的能量也很小，大约与分子间力相当；另外氢键也是短程力，与分子间力相似。短程力，与分子间力相似。形成氢键的几个实例：形成氢键的几个实例：分子间氢键分子间氢键本讲稿第四十三页，共四十七页分子内氢键分子内氢键本讲稿第四十四页，共四十七页4)氢键对物质性质的影响氢键对物质性质的影响(1)对熔、沸点的影响对熔、沸点的影响按分子间力，在卤化氢中，按分子间力，在卤化氢中，HF的分子量最小，熔、沸点应的分子量最小，熔、沸点应该最低，但事实上它的熔、沸点却反常的高，这是由于该最低，但事实上它的熔、沸点却反常的高，这是由于HF能形成氢键，而能形成氢键，而HCl,HBr,HI不能形成氢键，所以不能形成氢键，所以HF的的熔、沸点反常的高。熔、沸点反常的高。本讲稿第四十五页，共四十七页(2)氢键对溶解度的影响氢键对溶解度的影响如果溶质分子与溶剂分子能形成氢键，该溶质在该溶剂中如果溶质分子与溶剂分子能形成氢键，该溶质在该溶剂中的溶解度较大。例如，乙醇和乙醚都是有机分子，前者能的溶解度较大。例如，乙醇和乙醚都是有机分子，前者能溶于水，而后者不能溶于水。另外，溶于水，而后者不能溶于水。另外，NH3能溶于水，这些能溶于水，这些都于氢键有关都于氢键有关如果溶质分子生成分子内氢键则在极性溶剂中溶解度减小，在如果溶质分子生成分子内氢键则在极性溶剂中溶解度减小，在非极性溶剂中溶解度增大，如邻硝基苯酚在水中的溶解度比非极性溶剂中溶解度增大，如邻硝基苯酚在水中的溶解度比对硝基苯酚在水中的溶解度小得多，而在苯中溶解度则相反。对硝基苯酚在水中的溶解度小得多，而在苯中溶解度则相反。本讲稿第四十六页，共四十七页(3)氢键对生物体的影响氢键对生物体的影响在生物体中，广泛存在着氢键，如蛋白质、氨基酸、在生物体中，广泛存在着氢键，如蛋白质、氨基酸、DNA等，蛋白质的二级结构和三级结构都是由于有氢键存在才等，蛋白质的二级结构和三级结构都是由于有氢键存在才能形成。能形成。DNA的双螺旋结构就是由于碱基配对才能形成，的双螺旋结构就是由于碱基配对才能形成，如果升高温度，这时氢键破坏，这样双螺旋结构就遭到破如果升高温度，这时氢键破坏，这样双螺旋结构就遭到破坏。其结构如下：坏。其结构如下：本讲稿第四十七页，共四十七页