分子结构Word下载.docx
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电离能很小的金属原子:
Na
0.9
496
K
0.8
419
电子亲合能很大的非金属原子:
Cl
3.0
-348.8
O
3.5
-141
电负性相差大的元素相遇,一失电子,一得电子,它们之间以静电引力相结合,形成离子键。
④:
阳阴离子间具有静电引力,两原子的电子云间存在排斥力,两原子核间存在相互排斥力,当两原子接近到一定距离,引力=斥力,(此时整个体系能量最低),形成离子键。
2、离子键的特征
①本质:
阴、阳离子间的静电引力
②无方向性、饱和性
只要空间允许,尽可能多地吸引带相反电荷的离子(任何方向,尽可能多)。
但总体来说,有一定比例。
二、离子的特性
1、离子的电荷
离子化合物AmBn:
An+,Bm-
+n﹥+3,很少见
2、离子的电子层结构
简单阴离子的电子构型,一般与同周期希有气体原子电子层构型相同。
简单的阳离子构型:
3、离子半径
将阴阳离子看成是保持着一定距离的两个球体。
d=r++r-单位:
pm(10-12m)
规律:
①同一元素:
负离子半径>原子半径>正离子半径
低价负离子半径>高价负离子半径
低价正离子半径>高价正离子半径
例:
②同一周期
从左到右,阳离子:
正电荷数↑,半径↓
阴离子:
负电荷数↓,半径↓
③同一主族
电荷数基本相同,从上到下,半径↑(∵电子层增加)
离子半径↓,离子间引力↑,离子键强度↑,熔、沸点↑,硬度↑
第二节共价键理论
1916年,路易斯提出共价键理论。
靠共用电子对,形成化学键,得到稳定电子层结构。
定义:
原子间借用共用电子对结合的化学键叫作共价键。
对共价键的形成的认识,发展提出了现代价键理论和分子轨道理论。
一、价键理论(电子配对法)
1、氢分子共价键的形成和本质(应用量子力学)
当两个氢原子(各有一个自旋方向相反的电子)相互靠近,到一定距离时,会发生相互作用。
每个H原子核不仅吸引自己本身的1s电子还吸引另一个H原子的1s电子,平衡之前,引力>排斥力,到平衡距离d,能量最低:
E0﹤2E,形成稳定的共价键。
H原子的玻尔半径:
53pm,说明H2分子中两个H原子的1S轨道必然发生重叠,核间形成一个电子出现的几率密度较大的区域。
这样,增强了核间电子云对两核的吸引,削弱了两核间斥力,体系能量降低,更稳定。
(核间电子在核间同时受两个核的吸引比单独时受核的吸引要小,即位能低,∴能量低)
2、价键理论要点
①要有自旋相反的未配对的电子
H↑+H↓-→H↑↓H表示:
H:
H或H-H
②电子配对后不能再配对即一个原子有几个未成对电子,只能和同数目的自旋方向相反的未成对电子成键。
如:
N:
2s22p3,N≡N或NH3
这就是共价键的饱和性。
③原子轨道的最大程度重叠
(重叠得越多,形成的共价键越牢固)
3、共价键的类型
①σ键和π键(根据原子轨道重叠方式不同而分类)
s-s:
σ键,如:
H-H
s-p:
H-Cl
p-p:
Cl-Cl
π键,
单键:
σ键
双键:
一个σ键,一个π键
叁键:
一个σ键,两个π键
N≡N
σ键的重叠程度比π键大,∴π键不如σ键牢固。
σ键
π键
原子轨道重叠方式
头碰头
肩并肩
能单独存在
不能单独存在
沿轴转180O
符号不变
符号变
牢固程度
牢固
差
含共价双键和叁键的化合物重键容易打开,参与反应。
②非极性共价键和极性共价键
根据共价键的极性分(电子云在两核中的分布),由同种原子组成的共价键为非极性共价键。
H2,O2,N2等
一般来说,不同种原子组成的共价键为极性共价键。
HCl,H2O,NH3等
共价键极性的强弱,可由成键原子的电负性的大小来表示。
极性共价键是非极性共价键和离子键的过渡键型。
③配位共价键(配位键)
原子或离子有空轨道有孤对电子
配位键的离子或分子很普遍(第九章)
二、键参数
表征共价键的物理量叫键参数。
键能:
共价键的强度
键长、键角:
以共价键形成的分子的空间构型(几何构型)
1、键能:
衡量共价键强弱的物理量。
指298.15K,101.3KPa条件下,
AB(g)-→A(g)+B(g)所需的E(KJ/mol)
双原子分子,其键能=离解能D,如Cl2,HCl
多原子分子,指的是平均键能:
CH4D1=435.1KJ/mol;
D2=443.5KJ/mol;
D3=443.5KJ/mol;
D4=338.9KJ/mol;
E(C-H)=(D1+D2+D3+D4)/4=415.25KJ/mol
2、键长(用X射线法):
成键的两个原子核之间的距离。
两个原子共价半径之和=键长
键长越短,键能越大,共价键越牢固。
3、键角
键长和键角确定,分子构型就确定了。
价键理论比较简明地阐述了共价键的形成过程和本质,并成功地解释了共价键的饱和性和方向性,但在解释分子的空间构型(结构)方面发生一定困难。
三、杂化轨道理论和分子的几何构型
CH4,C的四价问题
1931年,Pauling、Slater在价键理论的基础上,提出杂化轨道理论。
1、杂化轨道的概念
①什么叫杂化轨道?
能量相近的原子轨道混合起来,重新组成一组能量相同的轨道,这一过程,称原子轨道杂化,组成的新轨道叫杂化轨道。
②原子轨道杂化后,使一头肥大,电子云分布更集中,成键能力更强。
原子轨道
杂化轨道
成键能力:
S﹤P﹤SP﹤SP2﹤SP3
2、杂化轨道的类型和分子的几何构型
①SP杂化和分子的几何构型
HgCl2
Hg5d106s2
BeCl2,ⅡB族形成的AB2型分子都为直线形。
②SP2杂化和分子的几何构型
BF3
③SP3杂化和分子的几何构型
CCl4
如CH4,SiH4,SiCl4,CCl4等
3、不等性杂化
有孤对电子参加的不等性杂化
①H2O分子的几何构型
孤对电子不成键,能量较低,对成键电子云排斥更大,使两个O-H键角压缩成104.5O,(而正四面体型为109.5O)(两孤对电子之间夹角>109.5O)
斥力:
孤对电子-孤对电子>孤对电子-成键电子>成键电子-成键电子
②NH3的几何构型
无孤对电子参加的不等性杂化
C2H4的分子构型:
--部分杂化
三个sp2杂化轨道与两个H及另一个C成σ键,一个p轨道与C成π键。
第三节分子间力和分子晶体
一、分子间作用力
1、分子的极性
任何以共价键结合的分子中,存在带正电荷的原子核、带负电荷的电子。
∴分子中存在正电荷中心("
+"
极)、负电荷中心("
-"
极)
两中心重合,整个分子无极性,称为非极性分子;
两中心不重合,整个分子有极性,称为极性分子。
①由共价键结合的双原子分子,键的极性和分子极性一致;
O2、N2、H2、Cl2非极性键,非极性分子。
HI、HBr极性键,极性分子。
②由共价键结合的多原子分子,键的极性与分子极性不完全一致,而与几何构型有关
③分子极性的大小通常用偶极矩来度量。
μ=q×
d
μ:
偶极矩,由实验测得;
是矢量,方向从正极到负极
q:
原子的正或负中心,一端的电荷量,单位:
库仑(C),
1个电子的电量=1.602×
10-19C
d:
正负电荷中心间距离,单位:
米(m),其数量级相当于原子距离,≈10-11m
μ≈10-30C·
m
测定μ,①可判断分子极性大小;
②可判断多原子分子是否具有对称结构。
2、分子的变形性
①什么叫分子的变形性?
在外电场作用下,分子中的正负电荷中心的位置发生改变,产生"
诱导偶极"
,这种现象称为分子的极化或变形极化。
分子受极化后,分子外形发生改变,称为分子的变形。
②影响分子变形性的内在因素
分子中的原子数越多,原子半径越大(分子越大),分子中电子数越多,变形性越大。
③分子在外电场作用下的变形程度,用极化率α来度量
3、分子间力
①分子间力
范德华,1873年首先提出,又称为范德华力。
说明分子间距离很近时,存在作用力。
ⅰ)色散力(一切分子之间)
一段时间内某一瞬间
总的情况(由于原子核、电子云的不断运动)
色散力与分子的变形性(以极化率度量)成正比,与分子间距离R6成反比。
色散力↑,熔、沸点↑。
ⅱ)诱导力
极性分子非极性分子产生诱导偶极
诱导力与极性分子的μ2成正比
与被诱导分子的变形性成正比
与分子间距离的R6成反比
发生在非极性分子与极性分子之间及极性分子与极性分子之间。
ⅲ)取向力(极性分子与极性分子之间)
与T成反比
非极性分子之间,存在:
色散力P224,表8-5
极性分子与非极性分子间:
色散力、诱导力
极性分子之间,存在:
色散力、取向力、诱导力
②分子间作用力的特性
ⅰ)分子间作用力是存在于分子间的一种永久性吸引作用。
ⅱ)是一种短程力,作用范围:
300-500pm,因此,只有当分子之间距离很近时,才有分子间作用力。
当距离很远时,这种力消失。
ⅲ)没有方向性和饱和性。
(分子间力实质为静电引力)
ⅳ)强度为化学键的1/10~1/100。
ⅴ)除μ很大的分子(如H2O)外,分子间作用力以色散力为主。
③分子间作用力对物质物理性质的影响
4、氢键
氢化物
ⅦA
HF
HCl
HBr
HI
b.p.(℃)
19.5
-84.9
-67
-35.4
ⅥA
H2O
H2S
H2Se
H2Te
ⅤA
NH3
PH3
AsH3
SbH3
①氢键形成的条件
O、N、F电负性大,原子半径小,具有孤对电子,易形成氢键。
F
N
χ
4.0
共价半径(pm)
64
66
70
99
从左到右形成氢键能力减弱。
注意:
ⅰ)不同分子亦会形成氢键
H3N……H-O-H
ⅱ)分子内亦会形成氢键
②氢键的强度和性质
ⅰ)强度:
比化学键小得多
与分子间力相同数量级,是键能的1/20。
ⅱ)具有方向性和饱和性
③氢键的形成对物质b.p.、m.p.的影响
显著升高
二、物质溶解度原理
结构相似者(溶剂、溶质结构相似)易溶,即"
相似相溶"
L-L:
CH3OH,C2H5OH在水(H-O-H)中易溶
S-L:
离子型盐易溶于氢键型溶剂(极性大);
非极性化合物易溶于非极性或低极性溶剂。
三、分子晶体
作用力
极性分子
如:
冰
范德华力(氢键)
非极性分子
干冰CO2(S)、I2、P4、S8
范德华力(色散力)
固体熔化,直到气化,不打断共价键,仅破坏分子间力,氢键。
分子间力比化学键弱,∴m.p.低,硬度小。
第四节离子极化
1931年,德国化学家法扬斯(Fijans)首先提出了离子极化作用,常称法扬斯学派。
一、基本观点
先把化学键看作纯粹的离子键,但正负离子不是简单的点电荷,核外有电子层结构,考虑相互作用,相互的电子云会发生重叠,使离子键带有一定程度的共价性。
二、离子极化作用(离子间的相互极化)
三、离子极化力和变形性
1、主极化的一方--(一般是正离子)提供电场。
其强度用极化力表示,极化力指离子使其它离子变形(即极化)的能力。
半径↓,正电荷数↑,极化力↑
电荷相同,半径相近时:
18,18+2电子型>9-17电子型>8电子型
2、被极化的一方--(一般是负离子)在电场作用旧,发生变形。
其变形性大小用极化率来度量。
半径↑,负电荷数↑,变形性↑
负电荷相同,半径相近时:
18电子型>18+2电子型>9-17电子型>8电子型
四、离子极化的后果
1、对化学键键型的影响
AgF
AgCl
AgBr
AgI
离子晶体
过渡型晶体
共价型晶体
极化力不变,而变形性↑
2、离子极化作用导致化合物的颜色变深
白色
淡黄色
黄色
相互极化作用越强,颜色越深。
3、离子极化作用导致化合物的溶解度降低
易溶
由于极性降低,溶解度依次降低
4、离子极化作用对卤化物m.p.的影响
共价性↑,m.p.↓
离子极化理论还不完善,尚在继续研究。
小结
参考资料
参考书
1.覃特营编:
《无机化学》高等医学院校检验专业专科教材,中国医药科技出版社(2000年)
2.梅文杰编:
《无机化学》(供临床、预防、口腔、药学、护理、检验、影像等专业用)(卫生部“十一五”规划教材,全国高等医药教材建设研究会规划教材,人民卫生出版社(2009年)
3.张天蓝编:
《无机化学》人民卫生出版社(1987年)第五版)
4.侯新初编:
《无机化学》中国医药科技出版社(2007年)
5.《无机化学》徐春祥主编,高等教育出版社
6.《无机化学》北京师范大学等编,高等教育出版社
杂志
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思
考
与
练
习
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记
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