分子结构1
1.分子结构-共价键
反应生成2molHCl 2molHCl时 1 molH2与1molCl2反应生成2molHCl时，其理论分析数 据与实验数据略有差异， 据与实验数据略有差异，下图表示上述反应能量变化 的理论分析示意图： 的理论分析示意图：
释放” 吸收” ①化学键断裂需要 （填“释放”或“吸收”）能 量； ②图中共释放的能量 kJ/mol； kJ/mol； 大于” ③该反应的反应物的总能量 （填“大于”、“ 等于” 小于” 反应产物的能量， 等于”或“小于”）反应产物的能量，所以该反应是 __反应 __反应
1.经验规律： 1.经验规律：象一氧化碳和氮分子这样具有 经验规律 相同电子数( 相同电子数(指分子或离子中全部电子总数或 价电子总数) 价电子总数)和相同原子数的两个或两个以上 的分子或离子，它们的分子结构相似， 的分子或离子，它们的分子结构相似，性质 相似。这条规律就叫做等电子原理。 相似。这条规律就叫做等电子原理。具有等 电子的物质， 电子的物质，如一氧化碳和氮分子就彼此叫 做等电子体。 做等电子体。 2.互为等电子体应该满足的条件 互为等电子体应该满足的条件： 2.互为等电子体应该满足的条件： 在微粒的组成上， ①在微粒的组成上，微粒所含原子数目相同 在微粒的构成上， ②在微粒的构成上，微粒所含电子数目相同 在微粒的结构上， ③在微粒的结构上，微粒中原子的空间排列 方式相同
3.应用：应用等电子原理， 3.应用：应用等电子原理，可利用已知的分子的 应用 构型（几何构型、电子构型） 构型（几何构型、电子构型）和物理性质对相应 等电子分子的构型和物理性质进行预测。 等电子分子的构型和物理性质进行预测。 4.典型事例 典型事例： 4.典型事例： ① N2O与CO2是等电子体 硅和锗是良好的半导体材料， ②硅和锗是良好的半导体材料，他们的等电子体 磷化铝（AlP）砷化镓（GaAs） 磷化铝（AlP）砷化镓（GaAs）也是很好的半导体 材料 白锡(β (β与锑化锢是等电子体， ③白锡(β-Sn2)与锑化锢是等电子体，它们在低温 下都可转变为超导体 ④SiCl4、SiO44-、SO42-的原子数目和价电子总数都 相等，它们互为等电子体， 相等，它们互为等电子体，都形成正四面体立体 构型。 构型。
第2节DNA分子的结构1
小麦、大肠杆菌、噬菌体、酵母菌、HIV的遗传物 质分别是 。
艾弗里实验证明：S型菌的DNA才是使R型菌产生 稳定遗传变化的物质。其实验设计中的关键思路 是 。
噬菌体侵染细菌实验中，噬菌体将 内，利用 ，合成出 该实验的结论是 注入细菌 。
。
第 2 节
D N A
的 结 构
脱氧. 4.
5.
目的要求： 材料用具： 模型设计： 用 代表 三种小分子如何连接？ 每条链的脱氧核苷酸如何连接？ 如何体现反向平行？ 如何体现两条链间的互补配对？
。
若某DNA分子片 断中含有100个碱基 对，问有多少种可能 的碱基对排列次序？
A T C G
1951年
威尔金 斯 DNA的X射 线衍射图
两人对DNA结构怀有浓厚的兴趣，受威尔金 斯启发，两人进行了大量的模型构建的工作。
1962年
威尔金斯 沃森 和克里克获诺贝尔奖
模型构建：制作DNA双螺旋结构模型
能使生物大分子非常复杂的空间结构以完整的、 简明扼要的形象表示出来
化学键与分子结构1
共价键的形成与类型
1s
↑↓
↑↓ ↑↓ ↑↓
2s
2p
HF
H
F
s － p σ键
共价键的形成与类型
心键等。
σ键的特点是重叠的电子在两核连线上，受原子核束 缚力较大，重叠程度也大，比较牢固，σ键绕轴旋转 时，电子云重叠程度不受影响。
π键的特点是重叠的电子云分布在两核连线的两方， 受原子核束缚力小，电子云重叠程要比σ键小得多， 所以π键不如σ键牢固。π键绕键轴(两轴连线)旋转后 会发生破裂。 所以π键电子的能量较高，易活动，其化学性质较σ 键活泼。 一般来说，π健不能独立存在，总是和σ键一起形成 双键或叁键。
复杂分子的路易斯结构式确定：
有时，一个分子在不改变其中的原子的排列的
情况下，可以写出一个以上合理的路易斯结构
式，为解决这一问题，鲍林提出所谓的“共振”
的概念，认为该分子的结构是所有这些正确的 路易斯结构式的总和，真实的分子结构是这些 结构式的“共振混合体”。
共振论在有机化学中仍有广泛应用。有助于理 解路易斯结构式的局限性。
计算可用价电子的数目。在分子中为每一个原 子贡献的价电子相加，对于负离子要加上离子 的电荷数，对于正离子要减去离子的电荷数。 + 以NH4 和NO3 为例：
画出分子或离子的结构草图，用单键把原子连 接起来，使每个原子的电子总数为8(含成键电 子对和非成键电子对)。如原子的排列有几种可 能，则用化学或物理方法确定哪一种可能的结 构是正确的，它一般分子形成过程的能量变化
共价键的形成与类型
根据共价键形成的本质，请解释氢分子为 H 2 而 不是H3？
↑↓
1s
H2
根据H2分子的形成过程，讨论HF分子、H2O分 子和NH3分子的形成
分子结构与化学键角
分子结构与化学键角化学是研究物质组成、性质和变化的一门科学。
在化学中，分子结构和化学键角是两个重要的概念。
分子结构描述了分子的组成和排列方式，而化学键角则表示原子之间的键的角度。
本文将探讨分子结构与化学键角之间的关系以及其在化学中的重要性。
一、分子结构的概念与分类分子是由原子通过化学键连接而成的，分子结构描述了分子中原子的组成和相对位置。
根据原子排列方式的不同，分子结构可以分为线性分子、非线性分子和离子晶体。
1. 线性分子：线性分子是指原子按照直线排列的分子结构，原子间的化学键角为180°。
典型的例子包括氧气（O2）和二氯化碳（CCl2）。
2. 非线性分子：非线性分子是指原子按照非直线排列的分子结构，原子间的化学键角不等于180°。
非线性分子可以分为三角形分子、四面体分子等各种形状。
例如，水（H2O）是一个非线性分子，氢氧键角为104.5°。
3. 离子晶体：离子晶体是由阳离子和阴离子通过离子键连接而成的固体结构。
离子晶体中不存在分子结构，但仍然存在化学键角。
例如，氯化钠（NaCl）就是一个离子晶体，其中的氯化钠分子中存在钠离子和氯离子之间的化学键角。
二、化学键角的定义与测定方法化学键角是指相邻原子之间的键的角度。
键的类型包括单键、双键和三键，不同类型的键对应不同的化学键角。
1. 单键：单键是由一个原子间的共价键构成的，键角通常介于104.5°到120°之间。
单键的最常见例子是碳氢化合物中的碳原子与氢原子之间的键角。
2. 双键：双键是由两个原子间的共价键构成的，键角通常介于120°到150°之间。
典型的例子包括乙烯（C2H4）中的碳碳双键。
3. 三键：三键是由三个原子间的共价键构成的，键角通常为180°。
例如，乙炔（C2H2）中的碳碳三键。
测定化学键角的方法有很多种，包括实验方法和计算方法。
实验方法主要包括X射线衍射和核磁共振等技术。
dna分子的结构1
你注意到了吗？
两条长链上的脱 氧核糖与磷酸交 替排列的顺序是 稳定不变的。
A
G
T
C
长链中的碱基对 的排列顺序是千 变万化的。
你注意到了吗？
两条长链上的脱 氧核糖与磷酸交 替排列的顺序是 稳定不变的。
DNA分子的 特异性就体现在特 定的碱基（对）排 列顺序中。
长链中的碱基对 的排列顺序是千 变万化的。
• 此时，生物大分子结构会议在意大利举行， 威尔金斯在富兰克林不知情的情况下在报 告中展示了ＤＮＡ的Ｘ射线衍射照片，这 给沃森留下了极深的印象。不久后，沃森 来到剑桥大学遇到了克里克，他们的配合 成为科学家合作的典范。物理学家出身的 克里克可以帮助沃森分析衍射图谱，而沃 森可以帮助克里克理解生物学的内容。
沃森和克里克在构建模型的过程中， 利用了他人的哪些经验和成果？ 沃森和克里克在构建模型的过程 中，出现了哪些错误？他们是如 何对待和纠正错误的？
思考与讨论：
• １、请你根据前面的资料回答有关问题 • （１）ＤＮＡ是由几条链构成的，它具有 怎样的立体结构？ • （２）ＤＮＡ的基本骨架是由哪些物质组 成的？它们位于ＤＮＡ的什么部位？ • （３）ＤＮＡ中的碱基是如何配对的？它 们位于ＤＮＡ的什么部位？
• 在那时候，人们已经知道了脱氧核糖核酸（ DNA） 可能是遗传物质，但是对于DNA的结构，以及它 如何在生命活动中发挥作用的机制还不甚了解。 就在这时，富兰克林加入了研究DNA结构的行 列——在相当不友善的环境下。她负责起实验室 的DNA项目时，有好几个月没有人干活。同事威 尔金斯不喜欢她进入自己的研究领域，但他在研 究上却又离不开她。他把她看作搞技术的副手， 她却认为自己与他地位同等，两人的私交恶劣到 几乎不讲话。在那时的科学界，对女科学家的歧 视处处存在，女性甚至不被准许在大学的高级休 息室里用午餐。她们无形中被排除在科学家间的 联系网络之外，而这种联系对了解新的研究动态、 交换新理念、触发灵感极为重要。
双原子分子的结构1
1 R
aa ab
1 Sab
因为aa ≈1/R,故只有依靠 ab 才能使E1<EH ，而 ab又
是φa 、 φb相互重叠而产生的，所以φa 、 φb相互
重叠是使H+与H之间有可能成键的基本原因。
对H2+中共价键较全面的分析--收缩效应及极化效应
基态
1
1
(era erb )
2（1 Sab )
成键分子轨道吸引态
解久期方程式可得：
E1,2
1 2
(a
b
)
(a b)2 4 2
即: E1 b h
在上两式中
E2 a h
h 1 2
(a b )2 4 2 (a b )
1). 对称性一致(匹配)原
则
原子轨道具有各种类型，因而也有着各种不同的空间对称性（指原子轨 道的角度部分）。由下两图可见：由于相互组合的原子轨道的空间对称
将上式分别对 c1，c2 求偏导得久期方程组：
c1(H aa ESaa ) c2(H ab ESab ) 0 c1(H ab ESab ) c2(H bb ESbb ) 0
由久期方程组的非零解要求,得到久期行列式(方程)：
H aa ESaa H ab ESab
H ab ESab H bb ESbb
变分原理 对于给定体系的哈密顿算符Ĥ，如果存在任意归一化的
品优波函数（即合格波函数）φ，则有
(式中为变分函数，
E0 为Ĥ 的最低本征值， 即体系基态能量)
此式表明，体系的哈密顿算符Ĥ关于φ的平均能量Ē必是体系基态能量E0 的上限，这就是变分原理。如果φ不是归一化的,则有
线性变分法 选择若干个已知函数进行线性组合，即
按照定核近似，H2+的核间距可作为常数，核间排斥能成为恒 值，这样电子在核势场中的哈密顿算符和薛定谔方程分别为
分子结构笔记
分子结构主要涉及共价键的形成和类型，以及化学键的参数。
共价键的形成是原子间通过共用电子对形成的化学键。
共价键有δ键和π键两种类型。
δ键是两原子在成键时，电子云采取“头碰头”的方式重叠形成的共价键（重叠程度大），这种重叠方式符合能量最低，最稳定。
π键则是两原子间通过肩并肩的方式重叠形成。
化学键的参数包括键角和极性。
键角是指多原子分子中，两个共价键之间的夹角，它决定了分子的立体结构和分子的极性。
极性是指不同元素原子间形成的共价键，而元素的电负性（元素非金属性）差值越大，共用电子对偏移越多，极性越大。
希望以上信息对你有帮助，更多分子结构知识可以查询教科书或咨询化学老师。
第2章 分子结构1-离子键
性越强。
6
3.离子极化作用对离子化合物性质的影响 化学键的性质由离子键逐渐向共价键过渡，表现
出化合物的熔沸点降低、在极性溶剂中溶解度减小 、颜色逐渐加深等性质变化。
例如AgF，AgCl，AgBr， AgI: 熔沸点： AgF > AgCl > AgBr > AgI
溶解度： AgF > AgCl > AgBr > AgI 颜色： AgF < AgCl < AgBr < AgI
分子结构 (在线1：离子键)
化学键：分子内或原子、离子晶体中相邻原 子或相邻离子间强烈的相互作用力称为~。
离子键：正、负离子间通过静电引力形成。 化学键 金属键：通过共用能流动的自由电子形成。
共价键：通过共用电子对形成。 人类发现和合成的化合物90%以上都是 以共价键相结合的。
2
第一节 离子键
一、离子键的形成 Δχ >1.7的非金属和金属原子相遇时，有达到稳定结 构倾向，发生电子的转移，形成正、负离子；正、 负离子间以静电引力形成离子键。
7
二、离子键的特点 离子键没有饱和性和方向性。
三、影响离子键强弱的因素 离子的电荷、半径和电子构型。
1.离子的电荷 电荷越高，化合物离子键越强。
3
2.离子的半径 （1）电子层越多，离子半径越大； （2）同一周期正离子的离子半径比负离子小； （3）同一周期正、负离子的离子半径都随核电荷数的
增大而减小。
离子半径越小，化合物的离子键越强。离子键强弱 用晶格能（U）来衡量：
U Z Z r0
4
3.离子的电子构型 1）正离子的电子层构型一般有5种： （1） 2电子构型Li＋、Be2＋ （2） 8电子构型Na＋、Mg 2＋ （3） 9~17电子构型Mn 2＋ 、Fe2＋ （4）18电子构型Ag＋、Cu＋ （5） (18+2)电子构型Pb2＋ 、Sn2＋ 2）不同构型的正离子与负离子的离子键强弱： 18+2或18构型 > 9~17构型 > 8电子层构型 因为正离子电子构型越大，半径越小，离子键越强。
高分子的结构1
3.2.4 高聚物的分子量及分子量分布
(1) 高聚物的分子量
聚合物的分子量具有统计平均的意义，不同的 统计方法得到不同的平均分子量。
设一块高聚物总共有N个分子，质量为W。 其中相对分子质量为M1 的分子有N1个，占总分 子数的分数为x1,质量为W1 = N1M1，占总质量的 分数为w1；
相对分子质量为M2 的分子有N2个，占总分子 数的分数为x2,质量为W2 = N2M2，占总质量的 分数为w2；
习题:
1 均聚物结构单元的键接方式有哪些?共聚物 的序列结构与其类型的关系?
2 什么是高分子链的构型?聚苯乙烯和聚丁二 烯分别可以有那些构型?
3 高分子的构象的定义是什么? 能否通过改 变构象的方式改变聚丙烯的等规度?
4 高分子链的柔顺性是由什么引起的?如何表 征高分子链的柔顺性?
5 影响高分子链的柔顺性有哪些因素?它们如 何影响?
聚合物的单晶一般在极稀溶液(<0.1％)中缓慢结晶形成
B、聚合物球晶
聚合物在没有外力或流动的情况下，由熔体冷却或从浓 溶液(>1％)中结晶，倾向于形成球状晶体，称为球晶。
黑十字消光图案是聚合物球晶的 双折射性和对称性的反映
球晶模型及PE球晶的电镜照片
当聚合度一定时, 均方末 端距或均方根末端距越 小, 链越柔顺.
柔性链, 刚性链.
3.2.3 高分子（单）链的柔性及影响因素
高分子链通过单键内旋转而改变其构象 的性质，称为柔性。
高分子链的柔性大小取决于单键内旋 转的难易．
高分子链的柔性有平衡态柔性和动态 柔性之分
（1）主链结构
主链中含有C-O，C-N，Si-O、-O-以及 孤立C=C键，内旋转容易，大分子链柔顺
如：聚丙烯通常形成单斜晶胞，但是在一定的温度 范围内，特别是在一些特殊成核剂存在时或特定的 结晶条件下，可结晶形成六方和三方晶胞。三种晶 跑中，分子链都旋转形成H31螺旋链，所不同的是 相邻结构单元的相对位置以及左旋或右旋的差别。
第二章 分子结构 (1)
一、选择题1、CO分子中存在的化学键是（C ）A、Π键、ơ键B、Π键、配位健C、ơ键、Π键、配位健D、ơ键、配位健2、N2分子中存在的化学键是（ D）A、一个Π键、一个ơ键B、一个ơ键C、一个Π键、两个ơ键D、两个Π键、一个ơ键3、下列分子中，两个相邻共价键的夹角最小的是（ D ）A、BF3 B、H2S C、NH3D、H2O4、BF3分子的空间构型为（B ）A、直线型B、平面正三角形C、三角锥型D、正四面体型5、下列分子和离子中，中心原子成键轨道不是sp2杂化的是（ D ）A、NO3－B、HCHO C、BF3D、NH36、NCl3分子中，N原子与三个氯原子成键所采用的轨道是（ B ）A、两个sp轨道，一个p轨道成键B、三个sp3轨道成键C、P X、P y 、P z 轨道成键D、三个sp2轨道成键7、下列化合物中，极性最大的是（ B ）A、CS2 B、H2S C、SO3D、SnCl48、下列分子中，偶极矩不等于零的是（ C ）A、BeCl2 B、BF3C、NF3D、CO29、下列分子为极性分子的是(A )A、H2O B、CH4C、CO2 D、BF310、下列液态物质中只需克服色散力就能使之沸腾的是（ D ）A、H2O B、CO C、HF D、Xe11、极化能力最强的离子应具有的特性是（B ）A、离子电荷高、离子半径大B、离子电荷高、离子半径小C、离子电荷低、离子半径小D、离子电荷低、离子半径大12、下列各组离子中，离子的极化力最强的是（ C ）A、K＋、Li＋B、Ca2+、Mg2+C、Fe3+、Ti4＋D、Sc3＋、Y3＋13、下列物质熔点最高的是（B ）A、H2S B、H2OC、H2Se D、H2Te14、下列分子中，中心原子的杂化类型和分子的空间构型都与NH3相同的是（C ）A、H2O B、H2S C、PCl3D、SiH415、下列液态物质中，只须克服色散力就可以沸腾的是（A ）A、CS2 B、CHCl3C、HClD、H2SO416、除少数分子外，一般分子之间的作用力主要是（B ）A、氢键B、取向力C、诱导力D、色散力17、杂化轨道理论认为（B ）A、参加杂化的各原子轨道都必须提供电子。
化学分子结构
化学分子结构化学分子结构是研究化学物质的构成和组成方式的重要内容之一。
它描述了化合物中原子之间的连接方式以及它们之间的空间排列关系。
通过了解分子结构，我们可以更深入地理解化学物质的性质和反应行为，为合成新的化合物、改良材料性能和探索新的科学领域开辟了道路。
一、分子结构的基本概念和组成要素化学物质由原子构成，而分子则由原子通过共价键连接而成。
分子结构描述了原子之间的连接方式和它们在空间中的相对位置。
分子结构的主要组成要素包括原子类型、原子间的键、键的角度和键的长度。
1. 原子类型不同种类的化学元素具有不同的原子类型。
每种原子类型都有特定的化学性质和价电子数，从而决定了其参与反应的方式和可能的结构。
常见的原子类型包括氢、氧、碳、氮等。
2. 原子间的键原子之间的连接通过化学键实现。
最常见的化学键类型是共价键，它是通过共享电子对来连接原子的。
共价键可以分为单键、双键和三键，取决于原子之间共享的电子对数量。
除了共价键，还有离子键、金属键和氢键等其他类型的化学键。
3. 键的角度和键的长度键的角度和键的长度也是分子结构的重要特征。
键的角度是指连接两个原子的键的方向相对于分子的相对角度。
键的长度则是指连接两个原子的键的实际长度，它决定了分子的几何形状和空间排列方式。
二、分子结构的表示方法为了更清晰地表达分子结构，化学家们发展了一系列的表示方法。
其中最常见的方法包括结构式、线角式和空间填充式。
1. 结构式结构式是一种二维图形表示方法，它通过化学键和原子符号来描述分子的连接方式。
结构式可以精确地表示化学键的类型、键的角度和键的长度。
其中最常见的结构式包括平面式、简化式和骨架式等。
平面式将分子中的原子和键都画在一个平面上，简化式通过简化分子结构的表示方式来减少图形的复杂性，骨架式则只画出分子的骨架结构。
2. 线角式线角式是一种简化的结构表示方法，它通过线段和角度来描述化学键的连接方式。
线段表示化学键，而角度则表示键的连接方向。
第二章 共价键理论和分子结构1
第二章共价键理论和分子结构两个或多个原子之所以能结合在一起形成稳定的分子（或晶体），是因为原子之间存在着某种强烈的相互作用，即化学键。
因此，化学所关心的就是化学键。
典型的化学键可归纳为共价键、离子键和金属键等三种，广义的化学键还包括范德华力（Van der Waals）和氢键。
其中，较主要的是共价键，因绝大多数分子，尤其是种类繁多的有机分子都含有共价键。
研究共价键的理论主要有价键（Valence bond，即VB）理论和分子轨道（Molecular orbital，即MO）理论，两者都是在20世纪30年代通过量子力学对H2分子的近似处理方法发展起来，其中，价键理论很重视化学图像，而MO理论中的分子轨道更具普遍的数学形式，因此，两者各有所长，有些概念和理念已相互采用。
又因MO理论能解释价键理论不能解释的一些实验现象，且较易程序化，故随着计算机的发展，已成为当今研究化学键理论的主流方法。
本章着重讨论MO理论及其在分子结构中的应用。
§2.1 价键理论要点价键理论强调电子配对，其要点如下：（1）原子A和原子B各有一未成对电子，且自旋相反，则可配对形成共价键。
若A和B原子各有两个或三个未成对电子，则可两两配对形成共价双键和共价三键。
若A原子有两个未成对电子而B原子只有一个，则A原子和两个B原子形成AB2型分子。
（2）两个原子的未成对电子配对后，就不能和第三个原子的单电子配对，即共价键具有饱和性。
（3）两个原子间的电子云重叠越多，所形成的共价键越稳定，这就是电子云的最大重叠原理，表明共价键具有方向性。
尽管价键理论可解释共价键的饱和性和方向性，但还是有些实验现象不能自然地解释。
如O原子的基组态为1s22s22p4，有两个未成对电子，当O原子结合形成O2后，O2分子中应不再有未成对电子，但磁化率测定结果表明O2是顺磁性的，即其分子中有单电子存在。
又如，C 原子的基组态为1s 22s 22p 2，也有两个未成对电子，与O 原子应形成双键，但按照CO 分子的键长及键能数据与有机物中的C -O 单键和C=O 双键比较结果（见表1），CO 中C 与O 应该是以叁键相结合。
化学键与分子结构1离子键理论
1916 年德国科学家 Kossel ( 科塞尔 ) 提出离子键理论。 一 离子键的形成 1 形成过程 以 NaCl 为例 。 第一步 电子转移形成离子： Cl + e —— Cl － 3s 2 3p 5 —— 3s 2 3p 6 Na － e —— Na+ ， 相应的电子构型变化： 2s 2 2p 6 3s 1 —— 2s 2 2p 6 ， 形成 Ne 和 Ar 的稀有气体原子的结构，形成稳定离子。 第二步 靠静电吸引， 形成化学键 。
在形成离子键时，以放热的形式，释放较多的能量。
q1 q 2 F r2
1 作用力的实质是静电引力 q1 ，q2 分别为正负离子所带电量 ， r 为正负离子的核间距离。 2 离子键无方向性和饱和性
与任何方向的电性不同的离子相吸引，所以无方向性； 且只要是正负离子之间，则彼此吸引，即无饱和性。 学习了共价键以后，会加深对这个问题的理解。
极性增大 非极性共价键 极性共价键 离子键
化合物中不存在百分之百的离子键，即使是 NaF 的化学 键，其中也有共价键的成分。即除离子间靠静电相互吸引外，尚 有共用电子对的作用。 X > 1.7 ，实际上是指离子键的成分大于 50 %。 2° 易形成稳定离子 Na + Ag + 2s 2 2p 6，Cl－ 3s 2 3p 6 ，达到稀有气体式稳定结构。 4d10 ， Zn 2 + 3d10 ， d 轨道全充满的稳定结构。
H 6 = H 1 + H2 + H 3 + H 4 + H 5 H 5 = H 6 － ( H1 + H 2 + H 3 + H 4 ) U = H1 + H 2 + H 3 + H 4 － H 6 = S + 1/2 D + I1 － E － f HmӨ
分子的空间结构第1课时课件高二下学期化学人教版选择性必修2
空间结构
实例
直线型 V型
平面型 三角锥型 正四面体型
CO2、BeCl2、CS2 H2O、H2S
BF3、BCl3、CH2O NH3、PH3 CH4、CCl4
本节小结
对点训练
1、下列分子的空间结构模型正确的是( D ) A. CO2的空间结构模型： B. H2O的空间结构模型： C. NH3的空间结构模型： D. CH4的空间结构模型：
红外光谱仪
质谱仪
X射线衍射仪
知识精讲
一、分子结构的测定 分子中的原子不是固定不动的，而是不断地振动着的。化学键就像
弹簧一样也不停的振动，不同的化学键振动频率、振动方式是不相同的。
乙醛分子空间结构模型
知识精讲
一、分子结构的测定 1、红外光谱仪
红外光谱仪
红外光谱仪工作原理
一束红 透过
分子吸收红外线 检测仪 红外 对比
由于孤电子对对成键电子对的排斥作用更大，使键角变小；并且 孤电子对数越多排斥作用越大，键角越小。 注意：价层电子对互斥模型不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子
对点训练
1、下列微粒的VSEPR模型与空间立体构型一致的是( C )
A. H2O
B. SO2
C. BF3
D. SO32-
2、下列粒子的VSEPR模型为四面体，且空间构型为三角锥形的是( B )
知识精讲
【问题1】怎么用杂化轨道理论解释NH3的空间结构呢？
孤电子对 形成σ键
N原子
↑↓
↑↑↑
2p
2s
基态
sp3杂化
↑↓ ↑ ↑ ↑
sp3 杂化轨道
H原子 ↑
↑
1s
1s
3个N－H相互垂直 键角为90°
分子生物学(第五版)(一)
分子生物学（第五版）（一）引言概述：分子生物学是现代生物学中的一个重要分支，它研究生命体内分子层面的结构、功能和相互作用。
本文将介绍《分子生物学（第五版）》的内容，旨在帮助读者深入理解分子生物学的基本原理和应用。
本文将从分子结构、遗传物质、基因表达、基因调控和遗传变异等五个方面进行阐述。
正文内容：一、分子结构：1. 生命分子的组成：a. 碳水化合物的结构和功能；b. 蛋白质的结构和功能；c. 脂质的结构和功能；d. 核酸的结构和功能。
2. 分子间相互作用：a. 氢键的形成和性质；b. 范德华力的作用机制；c. 疏水作用和疏水效应；d. 离子间相互作用的重要性。
3. 分子的空间结构：a. 氨基酸序列和蛋白质的三维结构；b. DNA的双螺旋结构及其稳定性；c. RNA的次级结构和功能。
二、遗传物质：1. DNA的复制：a. DNA的准备过程；b. DNA的复制酶及其功能；c. DNA复制的机制。
2. RNA的合成和加工：a. 转录的步骤和参与者；b. RNA的修饰和加工过程；c. RNA的转运和翻译。
3. 遗传密码和蛋白质合成：a. 遗传密码的排列和读取；b. 蛋白质合成的过程和调控；c. 翻译后修饰对蛋白质功能的影响。
三、基因表达：1. 转录的调控：a. 转录因子的作用和调控网络；b. DNA甲基化和表观遗传调控；c. 过程中的转录激活和抑制。
2. RNA的稳定性和降解：a. RNA降解的机制和相关酶；b. RNA稳定性的调控；c. RNA降解与基因表达的关系。
3. 蛋白质合成的调控：a. 翻译前的调控机制；b. 翻译后的调控机制；c. 蛋白质翻译和功能的关联。
四、基因调控：1. 染色质结构和基因组编码：a. 染色质的组织和压缩；b. 染色质修饰和基因组编码；c. 基因组重复序列的功能和调控。
2. 转录组学方法和技术：a. 基于RNA-seq的转录组学分析；b. 谷氨酰-tRNA合成酶中的嵌合体络合物；c. 转录因子和miRNA调控研究进展。
DNA分子的结构1
1911年
美国生物化学 家莱文和琼斯 确定：DNA的基 本组成单位是 脱氧核苷酸
请绘制脱氧核苷酸的结构简式
1911年
科学界普遍认 为：DNA是由四 种脱氧核苷酸 构成的长链。
1951年
美国生物化学 家莱文和琼斯 确定：DNA的基 本组成单位是 脱氧核苷酸
思考：脱氧核苷酸 是怎样连成一条链 的呢？
英国生物物理学 家威尔金斯和物 理学家富兰克林 DNA衍射图谱
资料分析1
磷酸 亲水
碱基 疏水
亲水磷 酸头部
疏水脂肪 酸尾部
磷脂分子
请结合磷脂双分子层的排布方式思考，碱 基排列在外部的模型为什么会被否定？
资料分析2
X衍射照片显示，DNA双链之间 的距离是一定的。
请结合以上资料思考，为什么相同碱基配 对的模型也会被否定？
就一定同时含有40个胞嘧啶
建模 请同学们分小组构建DNA
分子双螺旋结构模型。
展示 请小组代表展示模型。
思考：本小组的模型与其他 小组有什么相同的结构？又 有什么不同的结构？
思考 小结：碱基排列顺序不同
含有10个碱基对的DNA分子片段,理论 上有多少种不同的排列方式？
410种
TAGC ATCG
小结：DNA分子具有多样性。
1911年
科学界普遍认 为：DNA是由四 种脱氧核苷酸 构成的长链。
生物学家沃森和 物理学家克里克 构建DNA双螺旋结 构模型
1951年 1952年
美国生物化学 家莱文和琼斯 确定：DNA的基 本组成单位是 脱氧核苷酸
英国生物物理学 家威尔金斯和物 理学家富兰克林 DNA衍射图谱
奥地利生物化 学家查哥夫 碱基数据表
1951年
化学键与分子结构1
9
10
12
NaF：NaCl晶型，离子为Ne型电子构型
V0 (NaF )
zz N Ae2 A (1 r0
1 n
)
11 N Ae2 1.747 (1 1 )
231
7
902.1kJ gmol 1
通常由Born-Lande公式求出晶格能，再进一 步计算电离能、亲合能等
影响晶格能的因素： ① 离子的电荷(晶体类型相同时) ② 离子的半径(晶体类型相同时) ③ 晶体的结构类型 ④ 离子电子层结构类型
89(8) 118(8) 112(8)
123(10) Ti4+
139(12) 134(12) 61
Zr4+ 72(6)
Nb5+ 64
离子电子构型
• 价电子构型影响最大 • 简单负离子 • 正离子：复杂
– Li+，Be2+ – K+，Al3+ – Ag+，Zn2+ – Sn2+，Pb2+ – Fe2+，Ni2+，Mn2+
导电性
化学键定义（Pauling）： 如果两个原子（或原子团
）之间的作用力强得足以形成 足够稳定的、可被化学家看作 独立分子物种的聚集体，它们 之间就存在化学键。
简单地说，化学键是指分 子内部原子之间的强相互作用 力。
《The Nature of the Chemical Bond》
化学键类型
• ⑦极化作用较强的阳离子的盐溶于水或在 潮湿的空气中发生水解：
• AlCl3 + 3H2O = Al(OH)3 + 3HCl • SiCl4 + 4H2O = H4SiO4 + 4HCl
分子的立体结构1
(2)、当中心原子上有孤对电子（未成键的电子 对），孤对电子也要占据中心原子周围的空间， 并参与相互排斥。
成键电子对数+孤电子对=价层电子对数
价层电子对 互斥理论 略去孤对电子 VSEPR模型
分子的立体构型
参照三维设计P19的“重典诠释”
利用价层电子对互斥理论，探究以下分子的空间构型。
化学式 中心原子含 有孤对电子 对数 中心原子结 VSEPR模型 分子空间构型 合的原子数
2+ H 2O ↓ H2O→Cu←OH2 ↑ H 2O 天蓝色
中心离子：Cu2+ NH3：配体 配位数：4
实验2-2：向硫酸铜溶液中滴加氨水，观察现象。 继续滴加，观察现象。 加入乙醇，观察现象。 Cu2++2NH3· H2O=Cu(OH)2↓+2NH4+ Cu(OH)2 + 4NH3 = [Cu(NH3)4]2+ + 2OH深蓝色溶液 蓝色沉淀 2+ NH3 ↓ H3N→Cu←NH3 ↑ NH3 四氨合铜离子
金属阳离子/过渡金属原 子/高价态非金属元素
中心原子/离子
注意：配位共价键和正常共价键只是在形成过程上 存在不同，一旦形成之后两者是完全等价的。
3、配合物：通常把金属离子（或原子）与某些分子 或离子以配位键结合形成的化合物称为配位化合物， 简称配合物。 常见的配合物： [Cu(H2O)4]2+
四水合铜离子
思考：
1、甲烷为何是正四面体结构？ 2、氨分子空间结构为三角锥形，键 角107°18′，为何铵根离子的空间结构为 正四面体，键角皆为109°28′？
三、杂化轨道理论 （一）理论要点： 在形成分子时，由于原子的互相影响，若 干个不同类型、能量相近的原子轨道混合 起来，重新组合成一组新轨道，这种轨道 重新组合的过程叫做杂化。 杂化所形成的新轨道称为杂化轨道。
双原子分子结构1
Contents
H2+的结构和共价健本质 分子轨道理论 同核双原子分子的结构 异核双原子分子的结构
化学键的分类
离子键 闭壳——闭壳（带电粒子，库仑力作用） 闭壳（带电粒子，库仑力作用） 闭壳 闭壳 共价键 开壳——开壳（共有电子——饱和性、方向性） 开壳（共有电子 饱和性、 开壳 开壳 饱和性 方向性） 金属键 金属正离子与自由电子间相互吸引
J -K E2 = EH + 1-S
E1＜EH ＜ E2
E1：随R的变化出现一 的变化出现一 最低点，但与实验测定 最低点， 值还有较大差别 E2：随R的增加而单调 的增加而单调 下降， 下降，当R趋近于无穷 趋近于无穷 大时，E2为0 大时，
1 ψ1 = (φa +φb ) 2 + 2S
1 ψ2 = (φa −φb ) 2 − 2S
a b) a b ab ab
=
=
1 4 − 4S
1 4 − 4S
2 ab
∫
(ψ − ψ ) d τ
2 2 a b
2 ab
(1 − 1) = 0
例3：若某函数的线性组合形式为 ψ = c (ψ + c c • ψ ) ，利用归 ：
1 1 2 1 2
一化条件试求c 一化条件试求 1=c2
1
c 时，1 = (S11 + 2 S12 + S 22 )
<E> =∫ψ*Ĥψdτ /∫ψ*ψdτ≥ E0 ψ ψ τ ψψ τ
据此原理，利用求极值的方法，找出能量最低 据此原理，利用求极值的方法，找出能量最低 时对应的波函数，即为和体系（基态） 时对应的波函数，即为和体系（基态）相近似的波 函数。 函数。
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Na (s) S Na(g) I
+
½ F2(g) 1/2D
ΔfHm
NaF(S)
+
F(g) -A F-(g)
-U0
Na+(g) +
1 U 0 f H m ( NaF2） S ( Na ) DF F I ( Na ) A( F ) 2
(在上述计算中，吸收能量取正值，释放能量取负值）
上边三种物质的性质的不同是由什么引起的？反映出什么问题？
不同的外在性质反应了不同的内部结构
各自内部的结合力不同
Pauling L 在<<The Nature of The Chemical Bond>>中提出了用 得最广泛的化学键定义：如果两个原子（或原子团）之间的作用 力强得足以形成足够稳定的、可被化学家看作独立分子物种的聚 集体，它们之间就存在化学键.简单地说，化学键是指分子内部原 子之间的强相互作用力.
在实际计算中，将O2-的离子半径取作 140pm (即 140×10-12m), 并以此为基准计算其 它离子的半径。 例：在 MgO晶体中，相邻的Mg2+和O2-的核间 距为 212 pm， 则Mg2+的离子半径为： r (Mg2+) = 212 pm – 140 pm = 72 pm
离子半径变化规律： a) 具有同一电子结构的正负离子中，负离子半径
价键理论的基本要点： （1）电子配对原理： A、B两个原子各有一个未成对电子，且它 们的自旋相反，则两电子相互靠近配对，可形 成稳定的共价键（共价单键），形成AB分子
N(2px12py12pz1)+N(2px12py12pz1)→N≡N
2H(1s1) +O(2px12py1)→H—O—H
(2)能量相近原理:
2. 碳碳双键不能以σ键为轴自由旋转。
例：N2分子中共价键类型
N(2px12py12pz1)+N(2px12py12pz1)→N≡N
单键 按VB法
(σ键 )
双键 （σ键+π键） 重键
叁键 （σ键+2π键）
成键两原子之间，有且只有一个σ键
共价键形成条件 • • • • (i) 要有单电子， (ii) 原子轨道能量相近， (iii) 电子云最大重叠， (iv) 必须相对于键轴具有相同对称性原子 轨道（即波函数角度分布图中的 +、+ 重 叠， 、 重叠，称为对称性一致的重 叠）。
1）当电负性相差较大的金属原子和非金属 原子在一定的反应条件下相互接近时，由于 有达到稳定的电子结构的倾向而分别失去或 得到电子生成正离子和负离子。
Na + Cl Na+ + Cl-
2）正离子和负离子由于静电引力相互吸引 而形成离子晶体，在离子晶体中，正离子和 负离子形成离子键
Na+ + ClNaCl
2)没有方向性
离子的电荷是球对称分布，任一离子可 以在各个方向吸引带有异号电荷的离子， 并不存在某一方向上有差异。
3)没有饱和性
只要空间条件许可，每一个离子可吸引尽可能多 的带异号电荷的离子。但一些离子周围所排布的 异号相反电荷离子的数目是一定的 ，是因为空间 条件不允许 每个Na+与其周围的6个Cl-相互吸引
（3）参与杂化的原子轨道能量要相近
1S与2P，能量相差大，不可行
（4）形成的杂化轨道的数目等于参加杂 化的原子轨道数目
1个S + 1个P
杂化
2 个SP杂化轨道
（5）杂化轨道成分：
SP杂化轨道中，含有1/2s轨道和1/2p轨道成分
sp2杂化轨道中含1/3s轨道和2/3p轨道成分
（6）杂化轨道空间伸展方向会改变，轨道有 更强的方向性和更强的成键能力
1、价键理论（电子配对理论）(Heitler-London) Valencebond Theory
H E 当两原子的电 子自旋相反时的 势能曲线
当两原子的电 子自旋相同时的 势能曲线
H
↑↑ H2分子的排斥态 r r0 ↑↓ H2分子的基态
云两 的个 分氢 布原 情子 况接 近 时 ， 电 子
共价键的本质： 当两个原子接近时，两原子中自旋相反的 未成对电子轨道重叠，电子云密集，系统 能量降低，成为两原子的共享电子对而形 成化学键—共价键
2.2 共价键和价键理论
经典的共价键理论（路易斯）：
键合的原子通过共享电子对而联结在一起 ，每一个参与 成键的原子都应达到稀有气体原子稳定的电子层构型， 即外层电子ns2np6构型，即所谓的“八隅律”。
Lewis学说的局限性：
1）电子带负电，同性相斥，为何形成电子对 2）不能解释BCl3 , PCl5
离子键的形成
nNa(3s1 ) I 1 nNa (2s 2 2p6 ) 496kJmol
1
- ne -
nCl(3s 3P ) nCl (3s 2 3p6 ) A348.7kJmol1
2 5 ne-静电引力 nNa Cl
形成条件 XA-XB>2.0
（7）不同的杂化方式导致杂化轨道的空 间分布不同，由此决定了分子的空间几 何构型不同
2.杂化类型与分子的空间模型
sp杂化轨道 : 1sp 杂化轨道 = 1/2 s + 1/2p; sp - sp轨道间夹角为180°
一个sp 杂化轨道
80 0
形成化学键 -450 kJ· -1 mol
NaCl的晶体形成时显然有能量 变化，右图为其形成时的势能曲线.
250 Na+CL
当到达最低点时，引力与斥力达到
平衡状态.
500
2 R0 4
6 8 R/102pm
10
12
14
3、离子键的特征 1）本质是静电作用
Z1 Z 2 e 2 离子视为点电荷，F R
化学键理论可以解释: ● 分子的形成与稳定性 ● 共价键的本质及饱和性 ● 分子的几何构型和共价键的方向性 ● 化学键与分子的物化性质间的关系
已明确了的化学键类型
离 子 配 键 电价键 离子键 电价配键 离子偶极配键 电子对键 （单、双、叁键） 化 学 键 共价键 双原子 共价键 单电子键 极 性 键 非极性键 共价配键 配键
C
O
3.3 轨道杂化理论 ( Pauling, 1931) Hybridization Theory
实验测得 CCl4、 CH4等的立体构型为正四 面体（tetrahedral）
C和H形成的C-H化合物中，应该形成CH2, 但实际上是形成了CH4，怎样解释？
1、轨道的杂化 在同一个原子中能量相近的不同类型的几 个原子轨道在成键时可以相互叠加而组成同等 数量的能量完全相同的杂化原子轨道 注意要点： (1) 原子形成杂化轨道的一般过程 激发 杂化 轨道重叠 (2)杂化发生于分子的形成过程中，杂化轨 道属于中心原子
晶格能的应用： 1. 可以比较离子键的强度和晶体的稳定性。 晶格能越大，离子键的强度也越大，晶体的 熔点越高，硬度越大
影响晶格能大小的因素
1）离子电荷越大，离子键的强度也越大
NaCl MgO（强） 2）离子半径越小，离子键的强度也越大 NaCl
U: 786.7
NaI
686.2 (KJ/mol)
3.1.3 离子的特征 1.离子半径 在离子型晶体中，相邻离子的核间距等于两个 离子的半径之和
π键 ：成键时两原子轨道以“肩并肩”的方式 发生重叠，重叠部分对通过键轴、密 度为零的一个平面呈反对称分布
两个原子的原子 核的连线称为键 轴。
一般说来，π键的重叠程度小于 σ键，所以π键的键能比σ键的 键能小，更易于发生化学反应。
π键的特征 1. π键键能较σ键低，不稳定，易打开；具 有较 大的化学活性。
(2) 正常共价键和配位共价键 正常共价键：共用电子对由成键的两个原子 共同提供。 配位共价键：共用电子对由成键原子中的一个 原子提供 H H N : + H+ H H H N H
H
CO:
C: 1s2 2s2 2px1 2py1 2pz0 O: 1s2 2s2 2px1 2py1 2pz2 一个 键，一个键 ,一个配位 键
两个原子形成共价键时，其成键轨道能量要相近。
例如：H2中1s～1s轨道成键；HF中H的1s与F的 2p轨道成键等
(3)最大重叠原理: 原子轨道重叠时，轨道重叠越多，电 子在两核间出现的机会越大，形成的化学 键越稳定，因此，共价键应尽可能地沿原 子轨 道最大重叠方向形成。
3、共价键的特点： (1)共价键具有饱和性 每个原子成键的总数或以单键连接的相邻 原子数是一定的
第三章 分子结构
化学键的定义 (definition of chemical bond)
什么是化学键？
2Na (s) + Cl2 (g)
Color State 银灰色 固体 极强 黄绿色 气体 极弱
sodium
2NaCl (s)
无色 晶体 极弱 熔融导电 sodium chloride
Electrical conductivity
s－p、p－p、p－d原子轨道的重叠都有方向性
例：H2S分子的成键
例：HF
H： 1s1 1
9F：
1s22s22p5
+ +
+
+
最大重叠（头碰头） 非最大重叠
问：H2O是怎样成键的？
H： 1s1 1
8O： 22s22p4 1s
+ + + +
H O H
4、共价键的类型： (1) σ键和π键 σ键 ：成键的两原子以“头碰头”的方式，沿 键轴（两原子核连线方向）发生轨道 重叠。重叠部分对键轴呈园柱形对称