分子结构PPT讲稿.ppt

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1、分子结构第1页，共75页，编辑于2022年，星期五分子是物质能独立存在并保持其化学特分子是物质能独立存在并保持其化学特性的最小微粒。物质的化学性质主要决定性的最小微粒。物质的化学性质主要决定于分子的性质，而分子的性质是由其内部于分子的性质，而分子的性质是由其内部结构决定的。因此讨论分子结构对了解物结构决定的。因此讨论分子结构对了解物质的性质和化学反应规律具有重要意义质的性质和化学反应规律具有重要意义。第2页，共75页，编辑于2022年，星期五化学组成化学组成 构成分子的原子种类和数目构成分子的原子种类和数目 分分 子子 结结 构构化学键化学键 分子中直接相邻原子间的主要分子中直接相邻原子间的主

2、要 强相互作用强相互作用(离子键、共价键、金属键离子键、共价键、金属键)空间构型空间构型 分子中原子的连接次序、空间排分子中原子的连接次序、空间排布布,键长、键角、几何形状等键长、键角、几何形状等分子间力分子间力 分子与分子间的弱相互作用分子与分子间的弱相互作用(定定向力、诱导力、色散力向力、诱导力、色散力)结构与理化性质的关系结构与理化性质的关系第3页，共75页，编辑于2022年，星期五7.1离子键离子键7.1.1离子键理论离子键理论7.1.2离子键特征离子键特征7.1.3决定离子化合物性质的因素决定离子化合物性质的因素7.1.4离子晶体离子晶体7.1.5晶格能晶格能7.2共价键共价键7.2

3、.1价键理论价键理论7.2.2杂化轨道理论杂化轨道理论第4页，共75页，编辑于2022年，星期五7.3分子间力和氢键分子间力和氢键7.3.1分子间力分子间力7.3.2氢键氢键第5页，共75页，编辑于2022年，星期五19161916年德国化学家柯塞尔，基于稀有气体年德国化学家柯塞尔，基于稀有气体原子的电子层结构特别稳定的事实，提出了离原子的电子层结构特别稳定的事实，提出了离子键理论。认为，当电负性很小的金属原子和子键理论。认为，当电负性很小的金属原子和电负性很大的非金属原子相互靠近时，前者易电负性很大的非金属原子相互靠近时，前者易失去电子变成阳离子，后者易得到电子变成阴失去电子变成阳离子，后者

4、易得到电子变成阴离子。而正、负离子靠离子。而正、负离子靠静电引力静电引力作用结合在一作用结合在一起，这种静电引力作用称为起，这种静电引力作用称为离子键离子键。如。如NaClNaCl的的形成。形成。7.1.1离子键理论离子键理论7.1离子键离子键第6页，共75页，编辑于2022年，星期五 Cl e Cl-1s22s22p63s23p5 1s22s22p63s23p6 (=3.0)ArNa+Cl-Na+Cl-Na+Cl-(离子型分子离子型分子)静电引力静电引力 离子键离子键 Na -e Na+1s22s22p63s1 1s22s22p6 (=0.9)Ne第7页，共75页，编辑于2022年，星期五

5、离子键可存在于气体分子中（离子键可存在于气体分子中（LiFLiF），大量），大量的是存在于离子晶体中。的是存在于离子晶体中。一般情况下，以离子键结合的化合物都一般情况下，以离子键结合的化合物都 是以是以离子晶体的形式存在，离子的电荷分布是球形对称离子晶体的形式存在，离子的电荷分布是球形对称的，只要空间条件许可，它可以从不同方向吸引多的，只要空间条件许可，它可以从不同方向吸引多个带有相反电荷的离子。所以，个带有相反电荷的离子。所以，NaClNaCl、CsClCsCl均为化均为化学式。学式。第8页，共75页，编辑于2022年，星期五7.1.2离子键的特征离子键的特征 (1)由正负离子形成由正负离子

6、形成本质是静电引力本质是静电引力:F=q+q/r2 (2)无方向性和饱和性无方向性和饱和性 离子可近似地看成一个弥漫着电子云的离子可近似地看成一个弥漫着电子云的圆球，离子电荷分布是球形对称的，所以离圆球，离子电荷分布是球形对称的，所以离子能从任何方向吸引带相反电荷的离子；而子能从任何方向吸引带相反电荷的离子；而且尽可能多地吸引异号离子，只受空间大小且尽可能多地吸引异号离子，只受空间大小的限制。的限制。第9页，共75页，编辑于2022年，星期五(3)键的离子性大小取决于正、离子电负性差值大小键的离子性大小取决于正、离子电负性差值大小 电电负负性性差差值值越越大大，电电子子的的偏偏向向越越明明显显

7、，相相互互作作用用越越强强。实实验验表表明明，电电子子的的转转移移不不可可能能完完全全。因因任任何何一一个个电电子子在在核核外外的的全全部部空空间间都都有有可可能能出出现现，只只是是几几率率不不同同而而已。已。例如例如 CsF：成键作用中，离子性：成键作用中，离子性：92%，共价性：共价性：8%对于对于AB型化合物而言：型化合物而言：X 1.7 时时，可可视视为为离离子子键键。X=1.7 离离子子性性占占50%，对对单单键键而而言言，就就可可视视为为离离子子键键。（但但HF例例外外，X=1.78。）X 1.7 时，可视为共价键。时，可视为共价键。第10页，共75页，编辑于2022年，星期五7.

8、1.3决定离子化合物性质的因素离子的特征：决定离子化合物性质的因素离子的特征：1、离子半径、离子半径:一般来说一般来说,离子半径越小离子半径越小,离子间的吸引力越大离子间的吸引力越大,相应化相应化 合物的熔合物的熔点也越高点也越高.2、离子电荷、离子电荷:离子电荷越高离子电荷越高,对相反电荷的离子静电引力越强对相反电荷的离子静电引力越强,相应化合物的熔相应化合物的熔点也越高点也越高.3、离子的电子构型、离子的电子构型:2电子构型电子构型:最外层为最外层为2个电子个电子8电子构型电子构型:最外层为最外层为8个电子个电子18电子构型电子构型:最外层为最外层为18个电子个电子18+2电子构型电子构型

9、:最外层为最外层为2个电子个电子,次外层为次外层为18个电子个电子917电子构型电子构型:最外层电子为最外层电子为917个个离子的电子构型对化合物的性质有一定的影响离子的电子构型对化合物的性质有一定的影响,如如,Na+,Cu+离子电荷相同离子电荷相同半径相近半径相近,但但NaCl易溶于水而易溶于水而CuCl却不溶于水却不溶于水.因为前者是离子型化合物因为前者是离子型化合物,而后而后者是共价型化合物者是共价型化合物.第11页，共75页，编辑于2022年，星期五1.晶体的基本概念晶体的基本概念 晶体：晶体：具有规则几何外形的固体。具有规则几何外形的固体。7.1.4离子晶体离子晶体ionic cry

10、stal晶格：晶格：将组成晶体的正负离子视为几何上的点，将组成晶体的正负离子视为几何上的点，由这些点在空间呈现规则的排列的几何构型，称由这些点在空间呈现规则的排列的几何构型，称为晶格。点的位置称为晶格结点。为晶格。点的位置称为晶格结点。第12页，共75页，编辑于2022年，星期五2.离子晶体的特点离子晶体的特点无确定的分子量无确定的分子量 NaCl 晶体是个大分子，晶体中无单独的晶体是个大分子，晶体中无单独的NaCl 分子存在。分子存在。NaCl 是化学式，因而是化学式，因而 58.5 可以认为是化学式量，不是分子量可以认为是化学式量，不是分子量。导电性导电性 水溶液或熔融态导电，是通过离子的

11、定向水溶液或熔融态导电，是通过离子的定向迁移完成的，而不是通过电子流动导电迁移完成的，而不是通过电子流动导电。第13页，共75页，编辑于2022年，星期五 熔点沸点较高熔点沸点较高 NaCl MgO m.p.801 C 2800 C b.p.1413 C 3600 C第14页，共75页，编辑于2022年，星期五由由于于正正负负离离子子间间的的静静电电作作用用力力较较强强，所所以以离离子子晶晶体体一一般般具具有有较较高高的的熔熔点点及及沸沸点点。由由库库仑仑定定律律可可知知，离离子子所所带带的的电电荷荷越越高高，离离子子半半径径越越小小，静静电电作作用用力力也也就就越越大大，离离子子晶晶体体的熔

12、点及沸点也就越高。的熔点及沸点也就越高。第15页，共75页，编辑于2022年，星期五硬度高硬度高 延展性差延展性差 因离子键强度大，所以硬度高因离子键强度大，所以硬度高。但受。但受到外力冲击时，易发生位错，导致破碎到外力冲击时，易发生位错，导致破碎。第16页，共75页，编辑于2022年，星期五+位错位错+受力时发生错位，使正正离子相切，负负离受力时发生错位，使正正离子相切，负负离子相切，彼此排斥，离子键失去作用，故离子晶子相切，彼此排斥，离子键失去作用，故离子晶体无延展性体无延展性。如。如 CaCO3 可可 用于雕刻，而不可用用于雕刻，而不可用于锻造，即不具有延展性于锻造，即不具有延展性。F第

13、17页，共75页，编辑于2022年，星期五 定义：在标准状态下，按下列化学反应计量定义：在标准状态下，按下列化学反应计量式使离子晶体变为气体正离子和气态负离子时所式使离子晶体变为气体正离子和气态负离子时所吸收的能量称为晶格能，用吸收的能量称为晶格能，用U U 表示。表示。U U7.1.5晶格能（晶格焓）MaXb(s)aMb+(g)+bXa-(g)(g)Cl+(g)NaNaCl(s)-+例如：例如：第18页，共75页，编辑于2022年，星期五Born-Haber循环循环K(g)Br(g)U-+KBr(s)+升升华华焓焓电离能电离能气化热气化热电子亲和能电子亲和能键能键能第19页，共75页，编辑于

14、2022年，星期五则：则：U U =689.1kJmol-1=89.2kJmol-1=418.8kJmol-1=15.5kJmol-1=96.5kJmol-1=-324.7kJmol-1=-689.1kJmol-1=295.3kJmol-1上述数据代入上式求得：上述数据代入上式求得：+=第20页，共75页，编辑于2022年，星期五 离子电荷数大离子电荷数大,离子半径小的离子晶体晶格能离子半径小的离子晶体晶格能大大,相应表现为熔点高、硬度大等性能。相应表现为熔点高、硬度大等性能。晶格能对离子晶体物理性质的影响：晶格能对离子晶体物理性质的影响：NaCl型型离子晶体离子晶体Z1Z2r+/pmr-/p

15、mU/kJ mol-1熔点熔点/oC硬度硬度NaFNaClNaBrNaIMgOCaOSrOBaO1111222211112222959595956599113135136181195216140140140140920770733683414735573360309199280174766228002576243019233.22.52.5HClHBrHI 第52页，共75页，编辑于2022年，星期五CO2：C-O 键有极性，但分子无极性，键有极性，但分子无极性，CO2为线性分子。为线性分子。BF3:B-F:B-F键有极性，分子无极性，为平面结构，键有极性，分子无极性，为平面结构，NH3:N-

16、H键有极性，分子有极性，为三角锥结构键有极性，分子有极性，为三角锥结构对于多原子分子：对于多原子分子：键有极性键有极性,分子不一定有极性分分子不一定有极性分子，还与分子的空间构型有关系子，还与分子的空间构型有关系如：如：第53页，共75页，编辑于2022年，星期五分子极性的量度分子极性的量度 偶极矩偶极矩q：正（负）电荷重心：正（负）电荷重心(电荷集中点电荷集中点)的电量的电量d：正、负电荷重心的距离：正、负电荷重心的距离 偶极矩是一个矢量，其方向是从正极到偶极矩是一个矢量，其方向是从正极到负极。负极。=q d第54页，共75页，编辑于2022年，星期五分子的偶极矩分子的偶极矩(1030 Cm

17、)分子式分子式偶极矩偶极矩分子式分子式偶极矩偶极矩H2N2CO2CS2CH4COCHCl3H2S000000.403.503.67SO2H2ONH3HCNHFHClHBrHI5.336.174.909.856.373.572.671.40第55页，共75页，编辑于2022年，星期五 2.分子间力的本质和类型分子间力的本质和类型（1）色散力色散力 非极性分子在某一瞬间总会有一个偶极非极性分子在某一瞬间总会有一个偶极存在，这种偶极叫做存在，这种偶极叫做瞬时偶极瞬时偶极。靠近的两靠近的两分子间由于同极相斥异极相吸，瞬时偶极分子间由于同极相斥异极相吸，瞬时偶极间总是处于异极相邻的状态。我们把瞬时间总是

18、处于异极相邻的状态。我们把瞬时偶极间产生的分子间力叫做偶极间产生的分子间力叫做色散力色散力.定义定义:分子间的相互作用称为分子间分子间的相互作用称为分子间力，力，又叫范德华力。又叫范德华力。第56页，共75页，编辑于2022年，星期五非极性分子的瞬时偶极非极性分子的瞬时偶极之间的相互作用之间的相互作用由于瞬时偶极而产生的分子间相互作用。由于瞬时偶极而产生的分子间相互作用。绝大部份时间内的绝大部份时间内的大体情况大体情况一瞬间一瞬间第57页，共75页，编辑于2022年，星期五 虽然瞬时偶极存在的时间极短，但偶极异极虽然瞬时偶极存在的时间极短，但偶极异极相邻的状态总是不断地重复着，所以任何分子相邻

19、的状态总是不断地重复着，所以任何分子(不论极性与否不论极性与否)相互靠近时，都存在相互靠近时，都存在着色散力。着色散力。同族元素单质及其化合物，随分子量的增同族元素单质及其化合物，随分子量的增加，分子体积越大，瞬时偶极矩也越大，色散加，分子体积越大，瞬时偶极矩也越大，色散力越大。力越大。第58页，共75页，编辑于2022年，星期五 （2）诱导力）诱导力非非极极性性分分子子受受极极性性分分子子电电场场的的作作用用，原原来来重重合合的的正正、负负电电荷荷重重心心分分离离开开来来产产生生诱诱导导偶偶极极。诱诱导导偶偶极极与与极极性性分分子子固固有有偶偶极极间间的的作作用用力力叫叫诱诱导导力力。另另一

20、一方方面面，诱诱导导偶偶极极又又反反作作用用于于极极性性分分子子，使使其偶极长度增加，进一步加强了相互吸引力。其偶极长度增加，进一步加强了相互吸引力。说明：说明：当当极极性性分分子子和和非非极极性性分分子子靠靠近近时时，首首先先两两个个分分子子都都有各自的瞬时偶极，显然是存在着色散力的。有各自的瞬时偶极，显然是存在着色散力的。第59页，共75页，编辑于2022年，星期五决定诱导作用强弱的因素：决定诱导作用强弱的因素：极性分子的偶极矩：极性分子的偶极矩：愈大，诱导作用愈强。愈大，诱导作用愈强。非极性分子的极化率：非极性分子的极化率：愈大，诱导作用愈强。愈大，诱导作用愈强。诱导偶极而产生的分子间相

21、互作用。诱导偶极而产生的分子间相互作用。分子离得较远分子离得较远分子靠近时分子靠近时第60页，共75页，编辑于2022年，星期五 （3）取向力取向力 当当极极性性分分子子相相互互靠靠近近时时，它它们们的的固固有有偶偶极极间间相相互互作作用用，两两个个分分子子在在空空间间按按照照异异极极相相邻邻的的状状态态取取向向。由由于于固固有有偶偶极极的的取取向向而而引引起起的的分分子子间间的的力力叫叫做做取向力取向力。分子离得较远分子离得较远取向取向诱导诱导第61页，共75页，编辑于2022年，星期五分子极性分子极性色散作用色散作用 诱导作用诱导作用 取向作用取向作用 非非-非非 非非-极极 极极-极极

22、分子间力是三种吸引力的总称，其大小分子间力是三种吸引力的总称，其大小一般为几一般为几 kJmol1，比化学键小，比化学键小 12 个数量个数量级。级。第62页，共75页，编辑于2022年，星期五分子间的吸引作用分子间的吸引作用(1022 J)分子分子取向能取向能诱导能诱导能色散能色散能总和总和HeArXeCOCCl4HClHBrHIH2ONH30000.0002101.20.390.02111.95.20000.003700.360.280.100.650.630.052.9184.61167.815332.65.60.052.9184.61169.416331511第63页，共75页，编辑于

23、2022年，星期五分子间力的特点：分子间力的特点：l不同情况下，分子间力的组成不同。例如，非极性分子不同情况下，分子间力的组成不同。例如，非极性分子之间只有色散力；极性分子之间有三种力，并以色散力之间只有色散力；极性分子之间有三种力，并以色散力为主，仅仅极性很大的分子例外。为主，仅仅极性很大的分子例外。l分子间力作用的范围很小分子间力作用的范围很小(一般是一般是300500pm)。l 分子间作用力较弱，既无方向性又无饱和性。分子间作用力较弱，既无方向性又无饱和性。第64页，共75页，编辑于2022年，星期五分子量分子量色散作用色散作用分子间力分子间力沸点熔点沸点熔点水中溶解度水中溶解度HeNe

24、Ar Kr Xe小小大大小小大大小小大大小小大大低低高高小小大大 决定物质的熔、沸点、气化热、熔化热、蒸气决定物质的熔、沸点、气化热、熔化热、蒸气压、溶解度及表面张力等物理性质的重要因素。压、溶解度及表面张力等物理性质的重要因素。分子间力的意义：分子间力的意义：第65页，共75页，编辑于2022年，星期五 HF HCl HBr HI沸点沸点/85.0 66.7 35.419.9色散作用色散作用 弱弱 强强沸点沸点 低低 高高HF沸点为何反常的高？沸点为何反常的高？原因原因存在存在氢键氢键。HF 分子中，共用电子对强烈偏向电负性大的分子中，共用电子对强烈偏向电负性大的 F 原子一侧原子一侧,几乎

25、成为裸露的几乎成为裸露的 H 原子核与另一个原子核与另一个 HF 分分子中子中 F 原子的孤对电子之间产生的吸引作用称为氢原子的孤对电子之间产生的吸引作用称为氢键。键。7.3.2氢键氢键第66页，共75页，编辑于2022年，星期五第67页，共75页，编辑于2022年，星期五1.氢键的形成条件：氢键的形成条件：分子中有分子中有H和和电负性大、半径小电负性大、半径小且有且有孤对电子孤对电子的元素的元素(F，O，N)存在才能形成氢键。存在才能形成氢键。2.氢键的特点：氢键的特点：键能小键能小 E(FH F)28kJmol1氢键的强度顺序氢键的强度顺序:FHFOHOOHNNHN具有饱和性和方向性具有饱

26、和性和方向性第68页，共75页，编辑于2022年，星期五 氢氢键键的的方方向向性性是是指指Y原原子子与与XH形形成成氢氢键键时时，将将尽尽可可能能使使氢氢键键与与XH键键轴轴在在同同一一方方向向，即即XHY三个原子在同一直线。三个原子在同一直线。FF（O、N）HFHdl 氢氢键键的的饱饱和和性性是是指指每每一一个个XH只只能能与与一一个个Y原子形成氢键。原子形成氢键。第69页，共75页，编辑于2022年，星期五 除了除了HF、H2O、NH3 有分子间氢键外，在有有分子间氢键外，在有机羧酸机羧酸、醇、酚、胺、氨基酸和蛋白质中也有氢醇、酚、胺、氨基酸和蛋白质中也有氢键的存在。例如：甲酸靠氢键形成二

27、聚体。键的存在。例如：甲酸靠氢键形成二聚体。HCOOHHOOHC第70页，共75页，编辑于2022年，星期五 除了分子间氢除了分子间氢键外，还有键外，还有分子分子内氢键内氢键。例如，。例如，硝酸的分子内氢硝酸的分子内氢键使其熔、沸点键使其熔、沸点较低。较低。第71页，共75页，编辑于2022年，星期五 3.氢键对物质性质的影响氢键对物质性质的影响 氢键通常是物质在液态时形成的，但形成后氢键通常是物质在液态时形成的，但形成后有时也能继续存在于某些晶态甚至气态物质中。氢有时也能继续存在于某些晶态甚至气态物质中。氢键的存在影响到物质的某些性质。如分子间氢键使键的存在影响到物质的某些性质。如分子间氢键

28、使物质物质熔、熔、沸点沸点升高；在极性溶剂中，如果溶质升高；在极性溶剂中，如果溶质分子与溶剂分子之间形成氢键，则溶质的分子与溶剂分子之间形成氢键，则溶质的溶解溶解度度增大；液体分子间如果形成氢键，有可能发生增大；液体分子间如果形成氢键，有可能发生缔合现象缔合现象,分子缔合的结果会影响液体的分子缔合的结果会影响液体的密度密度。第72页，共75页，编辑于2022年，星期五 水分子之间有缔合现象：水分子之间有缔合现象：常常温温下下液液态态水水除除了了简简单单H2O 分分子子外外，还还有有(H2O)2 ，(H2O)3 (H2O)n 等等缔缔合合分分子子存存在在。升升高高温温度度，有有利利于于缔缔合合分分子子的的解解离离；降降低低温温度度，有有利利于于水水分分子子的的缔缔合合，温温度度降降至至0，全全部部水水分分子子结结成成巨巨大大的的缔缔合合物物冰冰。液液态态水水凝凝固固为为固固态态冰冰，是是水水分分子子高高度度缔缔合合的的结结果果，密密度变小。度变小。第73页，共75页，编辑于2022年，星期五第74页，共75页，编辑于2022年，星期五蛋白质分子内的氢键蛋白质分子内的氢键第75页，共75页，编辑于2022年，星期五