高中化學(xué) 第9章 分子結(jié)構(gòu)課件

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1、第一節(jié) 離子鍵第二節(jié) 共價鍵的價鍵理論第三節(jié) 軌道雜化理論第四節(jié) 價層電子對互斥理論第五節(jié) 分子軌道理論簡介第六節(jié) 分子作用力和氫鍵 第九章 分子結(jié)構(gòu) 第 一 節(jié) 離 子 鍵一 、 離 子 鍵 理 論 的 基 本 要 點二 、 晶 格 能三 、 影 響 離 子 型 化 合 物 性 質(zhì) 的 主 要 因 素 一 、 離 子 鍵 理 論 的 基 本 要 點 當(dāng) 電 負(fù) 性 較 小 的 活 潑 金 屬 元 素 的 原 子 與 電 負(fù) 性較 大 的 活 潑 非 金 屬 元 素 的 原 子 在 一 定 條 件 下 相 互 接近 時 ， 它 們 都 有 達(dá) 到 穩(wěn) 定 的 稀 有 氣 體 結(jié) 構(gòu) 的 傾 向

2、 ，活 潑 金 屬 原 子 失 去 最 外 層 電 子 ， 形 成 具 有 穩(wěn) 定 電 子層 結(jié) 構(gòu) 的 帶 正 電 荷 的 陽 離 子 ； 而 活 潑 非 金 屬 原 子 得到 電 子 ， 形 成 具 有 穩(wěn) 定 電 子 層 結(jié) 構(gòu) 的 帶 負(fù) 電 荷 的 陰離 子 。 陰 、 陽 離 子 之 間 由 于 靜 電 引 力 相 互 吸 引 ， 當(dāng)它 們 充 分 接 近 時 ， 原 子 核 之 間 及 電 子 之 間 的 排 斥 作用 增 大 ， 當(dāng) 陰 、 陽 離 子 之 間 吸 引 作 用 和 排 斥 作 用 達(dá)到 平 衡 時 ， 系 統(tǒng) 的 能 量 降 到 最 低 ， 陰 、 陽 離 子

3、間 形成 穩(wěn) 定 的 化 學(xué) 鍵 。 這 種 通 過 陰 、 陽 離 子 間 的 靜 電 作用 而 形 成 的 化 學(xué) 鍵 稱 為 離 子 鍵 。 由 于 離 子 的 電 荷 分 布 是 球 形 對 稱 的 ， 它 在 空 間各 個 方 向 與 帶 相 反 電 荷 的 離 子 的 靜 電 作 用 是 相同 的 ， 并 不 存 在 某 一 方 向 吸 引 力 更 大 的 問 題 ，因 此 離 子 鍵 沒 有 方 向 性 。 只 要 空 間 條 件 允 許 ，每 一 個 離 子 可 以 吸 引 盡 可 能 多 的 帶 相 反 電 荷 的離 子 ， 并 不 受 離 子 本 身 所 帶 電 荷 的 限

4、 制 ， 因 此離 子 鍵 也 沒 有 飽 和 性 。 當(dāng) 然 ， 這 并 不 意 味 著 一個 陰 、 陽 離 子 周 圍 排 列 的 帶 相 反 電 荷 離 子 的 數(shù)目 可 以 是 任 意 的 。 實 際 上 ， 在 離 子 晶 體 中 ， 每一 個 陰 、 陽 離 子 中 周 圍 排 列 的 帶 相 反 電 荷 離 子的 數(shù) 目 都 是 固 定 的 。離 子 鍵 主 要 特 征 是 沒 有 方 向 性 和 飽 和 性 。 NaCl 晶 體 示 意 圖 二 、 晶 格 能 標(biāo) 準(zhǔn) 狀 態(tài) 下 使 單 位 物 質(zhì) 的 量 離 子 晶 體 變 為 氣 態(tài) 陽 離 子 和 氣 態(tài) 陰 離 子

5、時 所 吸 收 的 能 量 稱 為 晶 格 能 ， 用 符 號 表 示 。 晶 格 能 可 利 用 Born Haber 循 環(huán) 計 算 得到 。 現(xiàn) 以 NaCl為 例 ， 可 以 設(shè) 想 反 應(yīng) 分 為 以 下幾 個 步 驟 進(jìn) 行 ： laE離 子 鍵 的 強 度 通 常 用 晶 格 能 來 度 量 。 在 2Na(s) + 1/2Cl NaCl(s)f m(NaCl)H d 2(Cl )/2ENa(g) Cl(g)sub m (Na)H i(Na)E ea(Cl)E+Na (g) + Cl (g) 1a(NaCl)E 根 據(jù) Hess 定 律 ， NaCl 的 晶 格 能 為 ： 晶

6、格 能 是 衡 量 離 子 鍵 強 度 的 標(biāo) 志 。 晶 格 能越 大 ， 離 子 鍵 強 度 就 越 大 ， 熔 化 或 破 壞 離 子 晶體 時 消 耗 的 能 量 也 就 越 大 ， 離 子 晶 體 的 熔 點 越高 ， 硬 度 也 越 大 。la sub m i d 2ea f m 1(NaCl) (Na) (Na) (Cl )2(Cl) (NaCl)E H E EE H 三 、 影 響 離 子 型 化 合 物 性 質(zhì) 的 主 要 因 素 離 子 化 合 物 的 性 質(zhì) 在 很 大 程 度 上 決 定 于 離 子 鍵 的強 度 ， 而 離 子 鍵 的 強 度 又 與 離 子 的 半

7、徑 、 離 子 的電 荷 和 電 子 的 構(gòu) 型 密 切 相 關(guān) 。 由 離 子 鍵 形 成 的 化 合 物 稱 為 離 子 型 化 合 物 。 與 原 子 一 樣 ， 單 個 離 子 也 不 存 在 明 確 界 面 。所 謂 離 子 半 徑 ， 是 根 據(jù) 離 子 晶 體 中 陰 、 陽 離 子 的核 間 距 測 出 的 ， 并 假 定 陰 、 陽 離 子 的 平 衡 核 間 距為 陰 、 陽 離 子 的 半 徑 之 和 。 離 子 半 徑 可 用 X 射 線衍 射 法 測 定 ， 如 果 已 知 一 個 離 子 的 半 徑 ， 就 可 求出 另 一 個 離 子 的 半 徑 。 離 子 半

8、徑 具 有 如 下 規(guī) 律 ： （ 1） 同 一 種 元 素 的 陰 離 子 半 徑 大 于 原 子 半 徑而 陽 離 子 半 徑 小 于 原 子 半 徑 ， 且 正 電 荷 越 多 ， 半徑 越 小 。 例 如 ： (一 ） 離 子 半 徑 3 2(F ) (F) (Fe ) (Fe ) (Fe)r r r r r ； （ 2） 同 一 周 期 電 子 層 結(jié) 構(gòu) 相 同 的 陽 離 子 的半 徑 ， 隨 離 子 電 荷 增 加 而 減 小 ； 而 陰 離 子 的 半徑 隨 離 子 電 荷 增 加 而 增 大 。 例 如 : （ 3） 同 一 主 族 元 素 的 電 荷 相 同 的 離 子

9、的 半徑 ， 隨 電 子 層 數(shù) 增 加 而 增 大 。 例 如 : 離 子 半 徑 對 離 子 的 強 度 有 較 大 的 影 響 ， 一般 說 來 ， 當(dāng) 離 子 所 帶 電 荷 相 同 時 ， 離 子 的 半 徑越 小 ， 陰 、 陽 離 子 之 間 的 吸 引 力 就 越 大 ， 離 子鍵 的 強 度 也 越 大 。+ + 3+ 2(Na ) (Mg ) (Al ) (F ) 孤 對 電 子 -成 鍵 電 子 對 成 鍵 電 子 對 -成 鍵 電 子 對 利 用 價 層 電 子 對 互 斥 理 論 預(yù) 測 分 子 或 離 子 的空 間 構(gòu) 型 的 步 驟 如 下 ： （ 1） 確 定

10、中 心 原 子 的 價 層 電 子 對 數(shù) ： 價 層 電 子 對 數(shù) （ 中 心 原 子 的 價 電 子 數(shù) 配 位 原 子 提 供 的 電 子 數(shù) )/2 （ 2） 根 據(jù) 中 心 原 子 的 價 層 電 子 對 數(shù) ， 找 出 相應(yīng) 的 電 子 對 排 布 ， 這 種 排 布 方 式 可 使 電 子 對 之 間靜 電 斥 力 最 小 。 （ 3） 根 據(jù) 中 心 原 子 的 價 層 電 子 對 的 排 布 方 式 ，把 配 位 原 子 排 布 在 中 心 原 子 周 圍 ， 每 一 對 電 子 連接 一 個 配 位 原 子 ， 未 結(jié) 合 配 位 原 子 的 電 子 對 就 是孤 對 電

11、 子 。 若 中 心 原 子 的 價 電 子 對 全 部 是 成 鍵 電子 對 ， 則 分 子 或 離 子 的 空 間 構(gòu) 型 與 中 心 原 子 的 價層 電 子 對 的 排 布 方 式 相 同 ； 若 價 層 電 子 對 中 有 孤對 電 子 ， 應(yīng) 根 據(jù) 成 鍵 電 子 對 、 孤 對 電 子 之 間 的 靜電 斥 力 的 大 小 ， 選 擇 靜 電 斥 力 最 小 的 結(jié) 構(gòu) ， 即 為分 子 或 離 子 的 空 間 構(gòu) 型 。 二 、 價 層 電 子 對 互 斥 理 論 的 應(yīng) 用 實 例 在 CH4 中 ， C 有 4個 電 子 ， 4個 H 提 供 4個 電子 ， C 的 價

12、層 電 子 總 數(shù) 為 8個 ， 價 層 電 子 對 為 4對 。 C 的 價 層 電 子 對 的 排 布 為 正 四 面 體 ， 由 于價 層 電 子 對 全 部 是 成 鍵 電 子 對 ， 因 此 CH4 的 空間 構(gòu) 型 為 正 四 面 體 。（ 一 ） CH4 的 空 間 構(gòu) 型 （ 二 ） 的 空 間 構(gòu) 型 在 中 ， Cl 有 7個 價 電 子 ， 不 提 供 電子 ， 再 加 上 得 到 的 1個 電 子 ， 價 層 電 子 總 數(shù) 為 個 ， 價 層 電 子 對 為 4對 。 Cl的 價 層 電 子 對 的 排 布為 四 面 體 ， 四 面 體 的 3 個 頂 角 被 3個

13、O占 據(jù) ， 余下 的 一 個 頂 角 被 孤 對 電 子 占 據(jù) ， 因 此 為 三角 錐 形 。 3ClO3ClO 3ClO 8O （ 三 ） PCl5 的 空 間 構(gòu) 型 在 PCl5 中 ， P 有 5個 價 電 子 ， 5 個 Cl分 別 提供 1個 電 子 ， 中 心 原 子 共 有 5對 價 層 電 子 對 ， 價層 電 子 對 的 空 間 排 布 方 式 為 三 角 雙 錐 ， 由 于 中心 原 子 的 價 層 電 子 對 全 部 是 成 鍵 電 子 對 ， 因 此PCl5 的 空 間 構(gòu) 型 為 三 角 雙 錐 形 。 利 用 價 層 電 子 對 互 斥 理 論 ， 可 以

14、預(yù) 測 大 多數(shù) 主 族 元 素 的 原 子 所 形 成 的 共 價 化 合 物 分 子 或離 子 的 空 間 構(gòu) 型 。 中 心 原 子 的 價 層 電 子 對 的 排 布 和 ABn 型 共 價 分 子 的 構(gòu) 型價 層電 子對 排布 成鍵電子對數(shù) 孤對電子對數(shù) 分 子類 型 電 子 對 的 排布 方 式 分 子 構(gòu) 型 實 例直 線形 23 平 面三 角形 2 0 AB2 直 線 形 HgCl23 0 AB 32 1 AB2 價層電子對數(shù) 平 面 三 角 形 BF 3角 形 PbCl2 價層電子對數(shù) 價 層電 子對 排 成 鍵電 子對 數(shù) 孤 對電 子對 數(shù) 分 子類 型 電 子 對 的

15、 排 布 分 子 構(gòu) 型 實 例布 方 式 4 四 面體 4 0 AB43 1 AB 32 2 AB2 正 四 面 體 CH4三 角 錐 形 NH3角 形 H2O 價 層電 子對 數(shù) 價 層電 子對 排 成 鍵電 子對 數(shù) 孤 對電 子對 數(shù) 分 子類 型 電 子 對 的 排 分 子 構(gòu) 型 實 例布 布 方 式 3I體5 三 角雙 錐 5 0 AB54 1 AB43 2 AB32 3 AB2 三 角 雙 錐 PCl5變 形 四 面 SF4T形 ClF3直 線 形 價 層電 子對 數(shù) 價 層 電子 對 排 成 鍵電 子對 數(shù) 孤 對電 子對 數(shù) 分 子類 型 電 子 對 的 排 分 子 構(gòu) 型

16、 實 例布 布 方 式 形 4ICl6 八 面 體 6 0 AB65 1 AB54 2 AB4 正 八 面 體 SF6四 方 錐 形 IF5平 面 正 方 第 五 節(jié) 分 子 軌 道 理 論 簡 介一 、 分 子 軌 道 理 論 的 基 本 要 點二 、 分 子 軌 道 的 形 成三 、 同 核 雙 原 子 分 子 的 分 子 軌 道 能 級 圖四 、 分 子 軌 道 理 論 的 應(yīng) 用 實 例 一 、 分 子 軌 道 理 論 的 基 本 要 點 (1) 在 分 子 中 ， 電 子 不 再 屬 于 某 個 原 子 ， 也不 局 限 在 兩 個 相 鄰 原 子 之 間 ， 而 是 在 整 個 分

17、 子 空間 區(qū) 域 內(nèi) 運 動 ， 分 子 中 每 個 電 子 的 空 間 運 動 狀 態(tài)用 波 函 數(shù) (稱 為 分 子 軌 道 ） 來 描 述 ， 每 一 個 波函 數(shù) 都 有 相 對 應(yīng) 的 能 量 和 形 狀 , 為 分 子 中 的電 子 在 空 間 出 現(xiàn) 的 概 率 密 度 。 分 子 軌 道 與 原 子 軌道 的 不 同 之 處 ， 主 要 是 分 子 軌 道 是 多 中 心 （ 多 原子 核 ） 的 ， 而 原 子 軌 道 是 一 個 中 心 (單 原 子 核 )的 。 2 （ 2） 作 為 一 種 近 似 處 理 ， 可 以 認(rèn) 為 分 子 軌 道是 由 原 子 軌 道 線

18、性 組 合 而 成 的 。 組 合 成 的 分 子 軌道 的 數(shù) 目 等 于 參 與 組 合 的 原 子 軌 道 的 數(shù) 目 。 兩 個原 子 軌 道 線 性 組 合 得 到 兩 個 分 子 軌 道 和 ，其 中 一 個 是 成 鍵 分 子 軌 道 ， 其 能 量 EI 比 兩 個 原 子軌 道 中 能 量 較 低 的 軌 道 還 低 ； 另 一 個 是 反 鍵 分 子軌 道 ， 其 能 量 EII比 兩 個 原 子 軌 道 中 能 量 較 高 的 軌道 還 要 高 。 1 2 分 子 軌 道 的 能 量 低 于 A， B原 子 軌 道 的 能 量 ，稱 為 成 鍵 分 子 軌 道 ； 分 子

19、 軌 道 的 能 量 高 于A， B 原 子 軌 道 的 能 量 ， 稱 為 反 鍵 分 子 軌 道 。ABAB （ 3） 為 了 有 效 地 組 合 成 分 子 軌 道 ， 參 與 組 合的 原 子 軌 道 必 須 滿 足 以 下 三 條 原 則 : 對 稱 性 匹 配 原 則 ： 只 有 對 稱 性 相 同 的 原子 軌 道 才 能 組 合 成 分 子 軌 道 。 所 謂 對 稱 性 相 同 ，可 以 理 解 為 兩 個 原 子 軌 道 以 兩 個 原 子 核 連 線 為 軸（ 指 定 為 x 軸 ） 旋 轉(zhuǎn) 時 ， 原 子 軌 道 角 度 分 布的 正 、 負(fù) 號 都 發(fā) 生 改 變 或

20、 都 不 發(fā) 生 改 變 。 180原 子 軌 道 對 稱 性 示 意 圖 能 量 相 近 原 則 ： 只 有 能 量 接 近 的 兩 個 對稱 性 匹 配 的 原 子 軌 道 才 能 有 效 地 組 合 成 分 子 軌 道而 且 原 子 軌 道 的 能 量 越 接 近 ， 組 合 成 的 分 子 軌 道越 有 效 。 軌 道 最 大 重 疊 原 則 ： 能 量 相 近 、 對 稱 性匹 配 的 兩 個 原 子 軌 道 線 性 組 合 分 子 軌 道 時 ， 應(yīng) 盡可 能 使 原 子 軌 道 重 疊 程 度 最 大 ， 以 使 成 鍵 分 子 軌道 的 能 量 盡 可 能 降 低 。 ， （

21、4） 電 子 在 分 子 軌 道 上 的 排 布 ， 遵 循 能 量 最低 原 理 、 Pauli 不 相 容 原 理 和 Hund 規(guī) 則 。 （ 5） 分 子 中 共 價 鍵 的 強 度 用 鍵 級 來 度 量 ， 鍵級 的 定 義 為 ： 鍵 級 =（ 成 鍵 電 子 數(shù) 反 鍵 電 子 數(shù) ） 2一 般 來 說 ， 鍵 級 越 大 ， 原 子 間 形 成 的 共 價 鍵 就 越牢 固 ， 分 子 就 越 穩(wěn) 定 。 / 二 、 分 子 軌 道 的 形 成 根 據(jù) 分 子 軌 道 的 對 稱 性 不 同 ， 可 以 將 分 子 軌道 分 為 分 子 軌 道 和 分 子 軌 道 。 兩 個

22、 原 子 軌 道沿 著 連 接 兩 個 核 軸 線 （ x 軸 ） 以 “ 頭 碰 頭 ” 方式組 合 成 的 分 子 軌 道 稱 為 分 子 軌 道 ； 兩 個 原 子 軌道 垂 直 于 軸 線 以 “ 肩 并 肩 ” 方 式 組 合 成 的 分 子軌道 稱 為 分 子 軌 道 。 （ 一 ） s 原 子 軌 道 的 組 合 兩 個 原 子 的 ns 軌 道 沿 連 接 兩 個 原 子 核 的 軸線 進(jìn) 行 線 性 組 合 ， 可 得 到 兩 個 分 子 軌 道 。 分 布 在 分 子 軌 道 上 的 電 子 稱 為 電 子 ， 分布 在 成 鍵 分 子 軌 道 上 的 電 子 稱 為 成

23、鍵 電 子 ，而 分 布 在 反 鍵 分 子 軌 道 上 的 電 子 稱 為 反 鍵 電子 。 成 鍵 電 子 使 分 子 的 穩(wěn) 定 性 增 大 ， 而 反 鍵 電 子使 分 子 的 穩(wěn) 定 性 降 低 。 由 電 子 的 成 鍵 作 用 構(gòu) 成的 共 價 鍵 稱 為 鍵 ， 由 一 個 成 鍵 電 子 構(gòu) 成 的 共價 鍵 稱 為 單 電 子 鍵 ， 由 一 對 成 鍵 電 子 構(gòu) 成 的共 價 鍵 稱 為 雙 電 子 鍵 (簡 稱 鍵 )， 由 一 對 成鍵 電 子 和 一 個 反 鍵 電 子 構(gòu) 成 的 共 價 鍵 稱 為 三 電子 鍵 。 一 對 成 鍵 電 子 和 一 對 反 鍵

24、電 子 不 能形 成 共 價 鍵 。 (二 ) p 原 子 軌 道 的 組 合 兩 個 原 子 的 npx 軌 道 沿 連 接 兩 個 原 子 核 的 軸 線(x 軸 )以 “ 頭 碰 頭 ” 方 式 進(jìn) 行 線 性 組 合 ， 可 以 得兩 個 分 子 軌 道 。 當(dāng) 選 定 鍵 軸 為 x 軸 時 ， 兩 個 原 子 的 npy 軌道 或 npz 軌 道 垂 直 于 鍵 軸 以 “ 肩 并 肩 ” 方 式 組合 成 兩 個 分 子 軌 道 。 分 布 在 分 子 軌 道 上 的 電 子 稱 為 電 子 ， 由電 子 成 鍵 作 用 構(gòu) 成 的 共 價 鍵 稱 為 鍵 。 由 一 個成 鍵

25、電 子 構(gòu) 成 的 共 價 鍵 稱 為 單 電 子 鍵 ， 由 一對 成 鍵 電 子 構(gòu) 成 的 共 價 鍵 稱 為 雙 電 子 鍵 （ 簡稱 鍵 ） ， 由 一 對 成 鍵 電 子 和 一 個 反 鍵 電 子構(gòu) 成 的 共 價 鍵 稱 為 三 電 子 鍵 。 一 個 成 鍵 電 子和 一 對 反 鍵 電 子 不 能 形 成 共 價 鍵 。 三 、 同 核 雙 原 子 分 子 的 分 子 軌 道 能 級 圖 同 核 雙 原 子 的 分 子 軌 道 能 量 的 高 低 由 參 與 組合 的 原 子 軌 道 的 能 量 高 低 及 重 疊 程 度 大 小 兩 個 因素 決 定 。 從 原 子 軌

26、道 的 能 量 考 慮 ， 1s 軌 道 的 能 量低 于 2s， 多 電 子 原 子 的 2s軌 道 的 能 量 低 于 2p。 從原 子 軌 道 重 疊 程 度 考 慮 ， 在 成 鍵 的 核 間 距 下 ， 兩個 2s 軌 道 或 兩 個 2px 軌 道 之 間 的 重 疊 程 度 比 兩 個2py 或 兩 個 2pz軌 道 之 間 的 重 疊 程 度 大 ， 即 鍵 的重 疊 程 度 比 鍵 的 重 疊 程 度 大 。 因 此 ， 成 鍵 軌道 和 反 鍵 軌 道 間 的 能 量 差 比 成 鍵 軌 道 和 反 鍵軌 道 間 的 能 量 差 小 。 只 有 一 個 電 子 ， 其 電

27、子 排 布 為 ，形 成 一 個 單 電 子 鍵 。 的 鍵 級 為 0.5， 所形 成 的 單 電 子 鍵 的 鍵 能 較 小 ， 故 易 解離 。 由 于 中 有 1 個 未 成 對 電 子 ， 因 此 具 有順 磁 性 。四 、 分 子 軌 道 理 論 的 應(yīng) 用 實 例+2H+2H +2H +2H +2H 1(1s)(一 ) 的 結(jié) 構(gòu) 有 3 個 電 子 ， 其 電 子 排 布 為 ， 形 成 了 一 個 三 電 子 鍵 。 的 鍵 級 為 ， 所 形 成 的 三電 子 鍵 的 鍵 能 較 小 ， 故 易 解 離 。 由 于 中 有 1個 未 成 對 電 子 ， 因 此 具 有 順

28、磁 性 。+2He+2He+2He 2 (1s)(2 1)/2 0.5 1 *(1s)(二 ) 的 結(jié) 構(gòu)+2He +2He (三 ) N2 的 結(jié) 構(gòu) N2共 有 14 個 電 子 ， 其 電 子 排 布 為 其 中 四 對 電 子 對 成 鍵 的 貢 獻(xiàn) 較 小 ， 對 成 鍵 有 貢 獻(xiàn) 的 主 要 是 和 三 對 電 子 ， 形 成 兩 個 鍵 和 一 個 2 2 2 4 2u g u u g(1 ) (2 ) (2 ) (1 ) (3 ) 2 2 2u g u(1 ) (2 ) (2 )和 和及 2g(3 ) (10 4)/2=3 2g(1 )2g(1 )4u(1 )鍵 ， 鍵 級

29、為 。 N2 中 沒 有 未 成 對電 子 ， 為 反 磁 性 物 質(zhì) 。 O2 共 有 個 電 子 ， 其 電 子 排 布 為 對 成 鍵 有 貢 獻(xiàn) 的 2 2 2 2 2*(1s) (2s) *(2s) (2p ) (2p )x y2 2 1 2 1,(2p ) (2p ) *(2p ) (2p ) *(2p ) x y y z z 2(1s)，是 。 2 (2p )x 2 1(2p ) *(2p )y y2 1(2p ) *(2p ) z z16的 鍵 級 為 (10-6)/2=2， 其 結(jié) 構(gòu) 可 表 示 為 ： (四 ) O2 的 結(jié) 構(gòu)2 1 1(2p ) *(2p ) *(2p

30、 )z y z 其 中 ， 形 成 一 個 鍵 ，各 形 成 一 個 三 電 子 鍵 。 O2 O O. . . 第 六 節(jié) 分 子 間 作 用 力 和 氫 鍵一 、 分 子 的 極 性二 、 分 子 間 作 用 力三 、 氫 鍵 一 、 分 子 的 極 性 分 子 中 都 含 有 帶 正 電 荷 的 原 子 核 和 帶 負(fù)電 荷 的 電 子 ， 由 于 原 子 核 所 帶 正 電 荷 與 電 子所 帶 負(fù) 電 荷 相 等 ， 因 此 分 子 是 電 中 性 的 。 設(shè)想 分 子 中 有 一 個 “ 正 電 荷 中 心 ” 和 一 個 “ 負(fù)電 荷 中 心 ” ， 如 果 分 子 的 正 、

31、負(fù) 電 荷 中 心 重合 ， 則 為 非 極 性 分 子 ； 如 果 正 、 負(fù) 電 荷 的 中心 不 重 合 ， 則 為 極 性 分 子 。 雙 原 子 分 子 的 極 性 與 化 學(xué) 鍵 的 極 性 是 一 致的 ， 如 果 化 學(xué) 鍵 有 極 性 ， 分 子 為 極 性 分 子 ； 反之 ， 如 果 化 學(xué) 鍵 沒 有 極 性 ， 則 分 子 為 非 極 性 分子 。 但 在 多 原 子 分 子 中 ， 分 子 的 極 性 不 僅 與 化學(xué) 鍵 的 極 性 有 關(guān) ， 還 與 分 子 的 空 間 構(gòu) 型 有 關(guān) 。如 果 分 子 中 化 學(xué) 鍵 是 極 性 鍵 ， 但 分 子 的 空 間

32、 構(gòu)型 是 完 全 對 稱 的 ， 則 正 、 負(fù) 電 荷 中 心 重 合 ， 為非 極 性 分 子 ； 如 果 分 子 的 中 化 學(xué) 鍵 為 極 性 鍵 ，但 分 子 的 空 間 構(gòu) 型 不 對 稱 ， 則 正 、 負(fù) 電 荷 中 心不 重 合 ， 為 極 性 分 子 。 分 子 的 極 性 的 大 小 常 用 分 子 電 偶 極 矩 來 衡量 。 分 子 電 偶 極 矩 等 于 正 電 荷 中 心 (或 負(fù) 電荷 中 心 ) 的 電 量 q 與 正 、 負(fù) 電 荷 中 心 間 的 距 離d 的 乘 積 ： 分 子 電 偶 極 矩 越 大 ， 分 子 的 極 性 就 越 大 ；分 子 電

33、偶 極 矩 越 小 ， 分 子 的 極 性 就 越 小 ； 分 子電 偶 極 矩 為 零 的 分 子 是 非 極 性 分 子 。=q d 一 些 分 子 的 分 子 電 偶 極 矩 與 分 子 空 間 構(gòu) 型H2N2CO2CS2CCl4CH4H 2SH2ONH3 0 0 0 0 0 0 3.63 6.17 4.29 直 線 形直 線 形直 線 形直 線 形正 四 面 體正 四 面 體角 形角 形三 角 錐 形 SO2CHCl3COO3HFHClHBrHIBF3 5.28 3.63 0.33 1.67 6.47 3.60 2.60 1.27 0 角 形四 面 體直 線 形角 形直 線 形直 線

34、形直 線 形直 線 形平 面 正3010 C m 3010 C m 分 子 分 子 分 子 空間 構(gòu) 型分 子 空 間 構(gòu) 型三 角 形 二 、 分 子 間 作 用 力 分 子 中 的 電 子 和 原 子 核 都 在 不 停 運 動 著 ， 在運 動 過 程 中 它 們 之 間 會 發(fā) 生 瞬 時 的 相 對 位 移 ， 在一 瞬 間 分 子 的 正 、 負(fù) 電 荷 中 心 不 重 合 ， 產(chǎn) 生 瞬 時偶 極 。 當(dāng) 兩 個 非 極 性 分 子 充 分 接 近 時 ， 兩 個 分 子的 正 、 負(fù) 電 荷 中 心 同 時 處 于 異 極 相 鄰 的 狀 態(tài) 而 產(chǎn)生 吸 引 作 用 。 這

35、種 由 非 極 性 分 子 的 瞬 時 偶 極 產(chǎn) 生的 吸 引 作 用 稱 為 色 散 力 。 雖 然 瞬 時 偶 極 存 在 時 間極 短 ， 但 是 這 種 情 況 不 斷 重 復(fù) ， 因 此 色 散 力 始 終存 在 著 。(一 ) 色 散 力 由 于 在 極 性 分 子 中 也 會 產(chǎn) 生 瞬 時 偶 極 ， 因此 不 僅 非 極 性 分 子 之 間 存 在 色 散 力 ， 而 且 非 極性 分 子 與 極 性 分 子 之 間 及 極 性 分 子 之 間 也 存 在色 散 力 。 (二 ) 誘 導(dǎo) 力 當(dāng) 極 性 分 子 與 非 極 性 分 子 充 分 接 近 時 ， 在 極性 分

36、子 固 有 偶 極 的 影 響 下 ， 非 極 性 分 子 原 來 重 合的 正 、 負(fù) 電 荷 中 心 發(fā) 生 相 對 的 位 移 而 產(chǎn) 生 誘 導(dǎo) 偶極 ， 在 極 性 分 子 的 固 有 偶 極 與 非 極 性 分 子 的 誘 導(dǎo)偶 極 之 間 產(chǎn) 生 靜 電 作 用 力 。 這 種 極 性 分 子 固 有 偶極 與 非 極 性 分 子 的 誘 導(dǎo) 偶 極 產(chǎn) 生 的 作 用 力 稱 為 誘導(dǎo) 力 。 當(dāng) 極 性 分 子 充 分 接 近 時 ， 在 固 有 偶 極 的 相 互影 響 下 ， 每 個 極 性 分 子 的 正 、 負(fù) 電 荷 中 心 的 距 離被 拉 大 ， 也 產(chǎn) 生 誘

37、 導(dǎo) 偶 極 ， 因 此 誘 導(dǎo) 力 也 存 在 于極 性 分 子 之 間 。 (三 ) 取 向 力 極 性 分 子 的 正 、 負(fù) 電 荷 中 心 不 重 合 ， 分 子 中存 在 固 有 偶 極 。 當(dāng) 極 性 分 子 充 分 接 近 時 ， 極 性 分子 的 固 有 偶 極 間 同 極 相 斥 、 異 極 相 吸 ， 在 空 間 的運 動 循 著 一 定 的 方 向 ， 而 處 于 異 極 相 鄰 的 狀 態(tài) 。這 種 由 于 極 性 分 子 的 偶 極 定 向 排 列 產(chǎn) 生 的 靜 電 作用 力 稱 為 取 向 力 。 取 向 力 的 本 質(zhì) 是 靜 電 作 用 ， 顯然 ， 極 性

38、 分 子 的 分 子 電 偶 極 矩 越 大 ， 取 向 力 就 越大 。 綜 上 所 述 ， 在 非 極 性 分 子 之 間 ， 只 存 在 色 散力 ； 在 極 性 分 子 與 非 極 性 分 子 之 間 ， 存 在 色 散 力和 誘 導(dǎo) 力 ； 在 極 性 分 子 之 間 存 在 色 散 力 、 誘 導(dǎo) 力和 取 向 力 。 對 于 大 多 數(shù) 分 子 來 說 ， 色 散 力 是 主 要的 ； 只 有 當(dāng) 分 子 的 極 性 很 大 時 ， 取 向 力 才 比 較 顯著 ； 而 誘 導(dǎo) 力 通 常 很 小 。 三 、 氫 鍵 當(dāng) 氫 原 子 與 電 負(fù) 性 大 、 半 徑 小 的 X 原

39、 子(X=F， O， N) 以 共 價 鍵 結(jié) 合 后 ， 共 用 電 子 對偏 向 于 X 原 子 ， 氫 原 子 幾 乎 變 成 了 “ 裸 核 ” 。“ 裸 核 ” 的 體 積 很 小 ， 又 沒 有 內(nèi) 層 電 子 ， 不 被其 他 原 子 的 電 子 所 排 斥 ， 還 能 與 另 一 個 電 負(fù)性 大 、 半 徑 小 的 Y 原 子 (Y= F， O， N) 中 的孤 對 電 子 產(chǎn) 生 靜 電 吸 引 作 用 。 這 種 產(chǎn) 生 在 氫原 子 與 電 負(fù) 性 大 的 元 素 原 子 的 孤 對 電 子 之 間的 靜 電 吸 引 稱 為 氫 鍵 。 氫 鍵 具 有 方 向 性 和

40、飽 和 性 。 氫 鍵 的 方 向 性 是指 形 成 氫 鍵 時 ， X， H， Y 原 子 盡 可 能在 同 一 直 線 上 ， 這 樣 可 使 X 原 子 與 Y 原 子 之 間距 離 最 遠(yuǎn) ， 兩 原 子 間 的 斥 力 最 小 。 但 形 成 分 子 內(nèi)氫 鍵 時 ， 由 于 結(jié) 構(gòu) 的 限 制 ， X， H， Y 往 往 不 能 在同 一 直 線 上 。 氫 鍵 的 飽 和 性 是 指 一 個 分 子 只能 與 一 個 Y 原 子 形 成 氫 鍵 ， 當(dāng) 分 子 與 一 個Y 原 子 形 成 氫 鍵 后 ， 如 果 再 有 一 個 Y 原 子 接 近 時 ， 則 這 個 原 子 受

41、 到 上 的 X，Y 原 子 的 排 斥 力 遠(yuǎn) 大 于 H 原 子 對 它 的 吸 引 力 ， 使 中 的 H 原 子 不 可 能 再 與 第 二 個 Y 原 子形 成 第 二 個 氫 鍵 。 X Y X H 水 分 子 間 的 氫 鍵 氫 鍵 可 分 為 分 子 間 氫 鍵 和 分 子 內(nèi) 氫 鍵 兩 種 類型 。 一 個 分 子 的 鍵 與 另 一 個 分 子 中 的 原 子 形成 的 氫 鍵 稱 為 分 子 間 氫 鍵 ； 一 個 分 子 的鍵 與 該 分 子 內(nèi) 的 Y原 子 形 成 的 氫 鍵 稱 為 分 子 內(nèi) 氫 鍵 。X H X H 氫 鍵 通 常 用 表 示 ， 其 中 X

42、 和 Y 代表 F， O， N 等 電 負(fù) 性 大 、 半 徑 小 的 非 金 屬 元 素的 原 子 ； 代 表 氫 鍵 。 Y 形 成 分 子 間 氫 鍵 時 ， 使 分 子 之 間 產(chǎn) 生 了 較 大的 吸 引 力 ， 因 此 化 合 物 的 熔 點 、 沸 點 升 高 。 如 果溶 質(zhì) 分 子 與 溶 劑 分 子 之 間 形 成 氫 鍵 ， 將 使 溶 質(zhì) 與溶 劑 分 子 之 間 的 結(jié) 合 力 增 強 ， 導(dǎo) 致 溶 質(zhì) 的 溶 解 度增 大 。 而 形 成 分 子 內(nèi) 氫 鍵 時 ， 常 會 使 化 合 物 的 熔點 、 沸 點 降 低 。 若 溶 質(zhì) 分 子 生 成 分 子 內(nèi) 氫 鍵 ， 則在 極 性 溶 劑 中 的 溶 解 度 減 小 ， 而 在 非 極 性 溶 劑 中的 溶 解 度 增 大 。