第十章简化共价键与分子间力优秀PPT.ppt

第十章简化共价键与分子间力第一页，本课件共有47页v化学键化学键(chemical bond)：分子或晶体中相邻分子或晶体中相邻两原子或离子间的强烈作用力，成键能量约两原子或离子间的强烈作用力，成键能量约为几十到几百千焦每摩。为几十到几百千焦每摩。chemical bond 共价键共价键离子键离子键金属键金属键正常共价键正常共价键配位共价键配位共价键 第二页，本课件共有47页路易斯理论路易斯理论Lewis认为认为，分子中的原子都有形成稀有气体电分子中的原子都有形成稀有气体电子结构的趋势，求得本身的稳定子结构的趋势，求得本身的稳定。达到这种结构，达到这种结构，可以不通过电子转移形成离子和离子键来完成，可以不通过电子转移形成离子和离子键来完成，而是通过共用电子对来实现。而是通过共用电子对来实现。如如ClClHH第三页，本课件共有47页 Lewis理论理论的贡献的贡献：提出了一种不同于离子键的新键型，提出了一种不同于离子键的新键型，解释了解释了 x 比较小的元素之间原子比较小的元素之间原子 的成键事实。的成键事实。第四页，本课件共有47页第一节 现代价键理论 1氢分子的形成氢分子的形成 1926年 Heitler 和 London 用量子力学研究氢分子的形成，解释共价键的本质。第五页，本课件共有47页v两氢原子靠近，原子轨道重叠，核间电子云密度两氢原子靠近，原子轨道重叠，核间电子云密度增大，系统能量降低，核间距达增大，系统能量降低，核间距达74 pm(理论值理论值87pm）时形成稳定共价键。）时形成稳定共价键。v两个氢原子的电子自旋相反，轨道才能重叠成键，称两个氢原子的电子自旋相反，轨道才能重叠成键，称为为氢分子的基态氢分子的基态(ground state)。电子自旋方向相同时，轨道重叠部分的波函数电子自旋方向相同时，轨道重叠部分的波函数值值相减，互相抵消，核间电子的概率密度几乎为零，称为相减，互相抵消，核间电子的概率密度几乎为零，称为氢分子的排斥态氢分子的排斥态(repulsion state)。v共价键的本质是电性的，是两核间的电子云密集共价键的本质是电性的，是两核间的电子云密集区对两核的吸引力。区对两核的吸引力。第六页，本课件共有47页第七页，本课件共有47页2现代价键理论现代价键理论1.两个原子自旋相反的单电子配对，原子轨两个原子自旋相反的单电子配对，原子轨道重叠，核间电子云密集，系统能量降低，道重叠，核间电子云密集，系统能量降低，形成稳定的共价键。形成稳定的共价键。2.已键合的电子不能再形成新的化学键；已键合的电子不能再形成新的化学键；3.成键电子的原子轨道要在对称性匹配的条成键电子的原子轨道要在对称性匹配的条件下发生最大程度重叠。件下发生最大程度重叠。第八页，本课件共有47页 共价键的特性共价键的特性方向性：方向性：两成键原子总是沿着原子轨道最大重叠的两成键原子总是沿着原子轨道最大重叠的方向成键。方向成键。饱和性：饱和性：一个原子有几个成单电子，就可以与几个自一个原子有几个成单电子，就可以与几个自旋相反的电子配对，形成几个共价键旋相反的电子配对，形成几个共价键。第九页，本课件共有47页HCl分子形成时，图(a)为最大重叠第十页，本课件共有47页3 3共价共价键键的的类类型型 键v按成键重叠方式：键 正常共价键v按电子对来源：配位共价键 第十一页，本课件共有47页1.键和键和键键键：原子轨道沿键轴（成键核间连线，设为x轴）以“头碰头”方式进行重叠，重叠部分沿键轴呈圆柱形对称分布，形成共价键。如s-s、s-px 和px-px 轨道重叠。第十二页，本课件共有47页 键：例 第十三页，本课件共有47页键特点：键特点：v键可单独存在于两原子间，是构成分子的骨架，键可单独存在于两原子间，是构成分子的骨架，两原子间只可能有两原子间只可能有1个个键。键。v一般地，一般地，p-p重叠形成重叠形成键（记为键（记为p-p）比）比s-s重叠形成重叠形成键（记为键（记为s-s）牢固。）牢固。第十四页，本课件共有47页键：键：互相平行的互相平行的py或或pz轨道则以轨道则以“肩并肩肩并肩”方方式进行重叠，重叠部分垂直于键轴并呈镜式进行重叠，重叠部分垂直于键轴并呈镜面反对称。面反对称。第十五页，本课件共有47页键：例N2第十六页，本课件共有47页p-d 键键 d-d 键键第十七页，本课件共有47页键特点：键特点：v键较易断开，化学活泼性强。键较易断开，化学活泼性强。v一般它是与一般它是与键共存于具有双键或叁键的键共存于具有双键或叁键的 分子中。分子中。第十八页，本课件共有47页 键键、键的差别键的差别键的轨道重叠程度比键的轨道重叠程度比键的轨道重叠程键的轨道重叠程度大，因而度大，因而键比键比键牢固。键牢固。第十九页，本课件共有47页v所有的单键均为所有的单键均为键键v双键：一个双键：一个键，一个键，一个键键v叁键：一个叁键：一个键，两个键，两个键键例：例：N2 NN 一个一个键，两个键，两个键键 C2H4 5五个五个键，键，1个个键键 小结小结：第二十页，本课件共有47页第二节 杂化轨道理论v价价键键理理论论说说明明了了共共价价键键的的形形成成，解解释释了了共共价价键键的的方方向向性性和和饱饱和和性，但阐明多原子分子的空间构型却遇到困难。性，但阐明多原子分子的空间构型却遇到困难。vPauling L等等人人在在价价键键理理论论的的基基础础上上提提出出了了杂杂化化轨轨道道理理论论（hybrid orbital theory）。）。v杂杂化化轨轨道道理理论论实实质质上上仍仍属属于于现现代代价价键键理理论论，但但在在成成键键能能力力、分分子子的的空空间构型等方面丰富和发展了价键理论。间构型等方面丰富和发展了价键理论。第二十一页，本课件共有47页1杂化轨道理论的要点杂化轨道理论的要点v在形成分子时，原子中能量相近的几个原子轨道重新组合在形成分子时，原子中能量相近的几个原子轨道重新组合而形成一组新的原子轨道，这一过程称为杂化，形成的新而形成一组新的原子轨道，这一过程称为杂化，形成的新轨道称为杂化轨道；轨道称为杂化轨道；v杂化轨道数目等于参与杂化的原子轨道数目；杂化轨道数目等于参与杂化的原子轨道数目；v轨道杂化增强原子轨道的成键能力；轨道杂化增强原子轨道的成键能力；杂化轨道形状一头大一头小的葫芦型杂化轨道形状一头大一头小的葫芦型v杂化轨道之间力图在空间取最大夹角分布，使相互间的排斥杂化轨道之间力图在空间取最大夹角分布，使相互间的排斥能最小，故形成的键较稳定。能最小，故形成的键较稳定。不同类型的杂化轨道之间的夹角不同，成键后所形成的分子不同类型的杂化轨道之间的夹角不同，成键后所形成的分子就具有不同的空间构型。就具有不同的空间构型。第二十二页，本课件共有47页2杂杂化化轨轨道道类类型及型及实实例分析例分析1.sp型杂化 2.sp杂化 第二十三页，本课件共有47页vAB2 molecules:BeCl2 Be:2s2 第二十四页，本课件共有47页vsp2杂化 第二十五页，本课件共有47页vAB3 molecules:BF3 B:2s22p1 第二十六页，本课件共有47页vsp3杂化 第二十七页，本课件共有47页vAB4 molecules:CH4 C:2s22p2 第二十八页，本课件共有47页sp型的三种杂化杂化类型spsp2sp3参与杂化的原子轨道1个s+1个p1个s+2个p1个s+3个p杂化轨道数2个sp杂化轨道3个sp2杂化轨道4个sp3杂化轨道杂化轨道间夹角180o120o109o 28空间构型直 线正三角形正四面体实 例BeCl2，C2H2BF3,BCl3CH4，CCl4第二十九页，本课件共有47页2.等性杂化和不等性杂化等性杂化和不等性杂化v等性杂化等性杂化:各个杂化轨道的形状和能量完各个杂化轨道的形状和能量完全相同。全相同。杂化轨道spsp2sp3s成分1/21/31/4p成分1/22/33/4第三十页，本课件共有47页v不等性杂化：不等性杂化：参与杂化的原子轨道中存在孤对电子，则形成参与杂化的原子轨道中存在孤对电子，则形成的杂化轨道的形状和能量不完全相同。的杂化轨道的形状和能量不完全相同。sp3杂化为例杂化为例电子对类型孤电子对成键电子对s成分1/41/4p成分3/4第三十一页，本课件共有47页NH3参与杂化但不成键参与杂化但不成键第三十二页，本课件共有47页H2O参与杂化但不成键参与杂化但不成键第三十三页，本课件共有47页NH3 H2O第三十四页，本课件共有47页第五节 分子间作用力 一、一、分子的极性与分子的极化分子的极性与分子的极化 1 1分子的极性与分子的极性与键键的极性的极性分子的极性分子的极性键的极性键的极性分类分类1 1、极性分子、极性分子2 2、非极性分子、非极性分子 1 1、极性共价键、极性共价键2 2、非极性共价键、非极性共价键联系联系双原子分子两者统一双原子分子两者统一多原子分子两者不一定统一（与电负性和分子空间构型有关多原子分子两者不一定统一（与电负性和分子空间构型有关 ）量度量度电偶极矩电偶极矩电负性差电负性差第三十五页，本课件共有47页2电电偶极矩偶极矩 q d 电电偶极矩偶极矩为为零的分子是非极性分子，零的分子是非极性分子，电电偶极矩愈大偶极矩愈大表示表示分子的极性愈分子的极性愈强强。第三十六页，本课件共有47页非极性分子非极性分子=0分子中键均为非极性键分子中键均为非极性键有极性键有极性键,但分子结构对称但分子结构对称极性分子极性分子分子结构不对称分子结构不对称 0+-+-OHHOcO180.第三十七页，本课件共有47页3 3分子的极化分子的极化分子内正负电荷重心发生相对位移的过程。分子内正负电荷重心发生相对位移的过程。第三十八页，本课件共有47页二、二、van der Waals力力 1.取向力取向力 orientation force极性分子相互作用极性分子相互作用 第三十九页，本课件共有47页2.诱导力诱导力 induction force 极性分子和非极性分子相互作用极性分子和非极性分子相互作用 第四十页，本课件共有47页3.色散力色散力 dispersion force瞬间偶极诱使邻近分子极化瞬间偶极诱使邻近分子极化 第四十一页，本课件共有47页vvan der Waals力的特点力的特点：它是静电引力，作用能比化学键小它是静电引力，作用能比化学键小12个数量级；个数量级；它的作用范围只有几十到几百它的作用范围只有几十到几百pm；它不具有方向性和饱和性；它不具有方向性和饱和性；大多数分子色散力为主。大多数分子色散力为主。van der Waals力的分布力的分布取向力取向力诱导力诱导力色散力色散力非极性分子之间非极性分子之间极性分子和非极性分子之间极性分子和非极性分子之间极性分子之间极性分子之间第四十二页，本课件共有47页例题例题取向力取向力 诱导力诱导力 色散力色散力CO2(g)无无 无无 有有 He,H2O 无无 有有 有有CH3OH,H2O 有有 有有 有有HBr 气体气体 有有 有有 有有I2 ,CCl4 无无 无无 有有 第四十三页，本课件共有47页三、氢键三、氢键（hydrogen bond）第四十四页，本课件共有47页1.氢键的形成条件氢键的形成条件XHY X，Y=F、O、N（虚线所示为氢键）X：电负性大、半径小 Y：电负性大、半径小，外层有孤对电子第四十五页，本课件共有47页2.氢键的特点氢键的特点v氢键的键能化学键弱得多，一般在42 kJmol-1 以下，它比但比 van der Waals力强。v氢键具有饱和性和方向性。饱和性是共价键H原子通常只能形成1个氢键；方向性是以H原子为中心的3个原子XHY尽可能在一条直线上。根据上述讨论，可将氢键看作是较强的、有方向性和饱和性的van der Waals力。HFHFHFHFHFHF第四十六页，本课件共有47页3.分子间氢键和分子内氢键分子间氢键和分子内氢键v同类化合物中能形成分子间氢键的物质，沸点、同类化合物中能形成分子间氢键的物质，沸点、熔点高，如熔点高，如NH3、H2O和和HF。v化合物分子内形成氢键，一般沸点和熔点低。化合物分子内形成氢键，一般沸点和熔点低。v溶质和溶剂间形成氢键，可使溶解度增大。溶质和溶剂间形成氢键，可使溶解度增大。NH3、H2O分子间氢键分子间氢键第四十七页，本课件共有47页