04-化学键性质和分子的几何形状
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• 孤对-孤对 > 孤对-成键 > 成键-成键； • 多重键相当于一对超级成键电子；
– 分析中心原子的杂化轨道方式，确定结果的合理性； – 分子间作用影响有多结构中心的复杂分子构型
价层电子对总数和中心原子几何构型
价层电子对总 数 2 3 4 价层电子对构 型 直线 平面三角形 四面体 孤对电子 数 0 0 1 0 1 2 5 三角双锥 0 1 2 3 6 八面体 0 1 2 分子构型 直线 平面正三角形 V形 正四面体 三角锥 V形 三角双锥 T形 直线 正八面体 四方锥 平面四方形 实例 HgCl2, CO2 BF3, NO3PbCl2, SO2 CH4, SO42NH3, H3O+ H2O, H2S PCl5 ClF3 I3-, XeF2 SF6, AlF3BrF5, SbF53ICl4-, XeF4
2
H
4
H
骨架的5个C原子都具有立体结构，但是首末的两个CH3-基 团对整个分子构型没有意义，关键的是C2~C4的结构
3个C原子的价层电子对数都是3，没有孤对电子，因此这3 个C均为平面三角形的结构
判断： 该分子有以下两种可能的构型：
O H C H3C C H
O C H3C
O C
C
CH3
C O H CH3
判断：中心原子I是三角双锥形 故对电子在平面最大伸展，所以I3- 总体为线形分子 非极性分子
例 HNO3和NO3O
路易斯结构分别为：
HO
N O
(HNO3)
O
-
OO N O O N
O
O
N O
O-
(NO3-)
都有1个单键和2个双键，没有孤对电子 共3个价层电子对 NO3-具有共振结构，三个O是等同的
判断： • NO3-的分子构型是平面正三角形，键角均为120o
H C H
（其中C=C比C-H长出1/4左右）
H C H
共价键的极性(1)
H H
d+
H
F
d-
非极性 极性 对于单键来说： • 相同原子组成非极性键； • 不同原子组成极性键，电负性大的原子带d-电荷，电负性 小的原子带d+电荷；
q d A B （D）
D是偶极矩的德拜（Debye）单位，1D=3.34×10-30 C∙m
跷跷板形（变形四面体） SF4, TeCl4
例：CO2 路易斯结构： 中心原子 C 2 极性的双键，没有孤对电子 总价层电子对数：2+0=2 判断：CO2线形分子 分子对称，为非极性分子
O
C
O百度文库
例 I 3路易斯结构：
I
I
I
I
中心原子 I 2 非极性单键，3孤对电子 总价层电子对数：2+3=5
I I
例 为什么钢化玻璃壁普通玻璃强度大，而且打碎后成为较圆 的小颗粒？ 解：钢化玻璃由于是骤冷而形成，固体中离子的堆积比较 接近于熔融的玻璃，因此更紧密和无序。这样既具有较大 的晶格能，又没有较大的晶面，因此钢化玻璃强度大，而 碎裂后成为小颗粒。
共价键和共价化合物
金刚石
ATP
血红蛋白
原子晶体
小分子
生物大分子
共价键的极性(2)
O O O
d-
O
d+
O
d-
d-
C
Od+
非极性
极性
极性
对于多重键来说： • 不相同原子组成极性键，键极性的方向需要具体分析； • 相同原子组成键的极性，需要具体分析；
共价键极性如何决定分子极性
H-O共价键偶极矩
• 分子的极性是共价 键极性的矢量加和
– 双原子分子：键的极 性就是分子的极性 – 多原子分子：取决于 键的极性和分子的几 何构型
Na + Cl → Na+ + Cl（2） 正负离子通过密堆积形成稳定的离子晶体，并释放晶格能
Na+ + Cl- → Na+Cl- + 晶格能（lattice energy）
(密堆积晶体)
• 决定离子键强度的主要因素是晶格能大小 • 决定晶格能大小的因素主要包括离子电荷、离子半径和密 堆积的方式
离子晶体的性质
154
134 120
346
610 835
O―O
O=O
148
120
146
495
• 键能大小取决于成键原子的性质 • 对相同原子形成的共价键，键能越大，键长越短；键 的多重性越高，键能越大
键长和键角：决定分子的结合构型
单键 双键 叁键 1.0 0.8~0.9 0.75~0.8
例 已知在乙烯C2H2分子中，C-H键长109pm，C=C键长 134pm，各共价键之间的键角都是120o。请画出乙烯的 分子结构 解：
(1)
H
(2)
其中，结构2的分子基团空间伸展最大，排斥力就小 结构1中有一个分子内的氢键，分子更稳定 所以，该分子的几何构型应为结构1所示。
小测验
• 请写出26号元素的名称和周期表中的位置
化学键性质和分子的几何形状
化学键的分类
化学键
配位键
共价键
离子键
金属键
金属配合物
分子和原子晶体
固体
大多数的生物分子
强电解质盐 骨骼等硬组织
金属
路易斯（Lewis）化学键理论复习
离子键 共价键: or
8电子规则（Octet rule）: 原子 倾向于依靠得到或失去或公用电 子的三种方式之一，形成外层类 似惰性气体原子结构的8个电子 的稳定状态。
• 结构高度对称的分子 总为非极性分子。
分子总体偶极矩
H-O共价键偶极矩
价层电子对互斥理论预测分子的形状
• VSEPR原理：所有价层电子对（包括成键 电子对和孤对电子）都相互排斥，分子的 形状应当采用价层电子对相互远离的构型， 从而使彼此间的相互排斥力达到最小
• 关键词
– 中心原子 – 成键电子对 – 孤对电子
多重键:
不符合8电子规则的结构
F F S F F F F
H H
H B H
H
H
共振结构
BF3
F F B F F F B F F F B F
H3O+
H H O H H H O H H H O H
离子键的形成要点
从分析可知Born-Harbor循环离子键的形成要点：
（1） 发生电子转移形成正负离子
预测分子几何构型的方法
• 正确写出该分子的路易斯结构式，注意标出位于 结构中心原子的孤对电子以及写出该分子的所有 共振结构式； • 计算或直接数出中心原子的价层电子对数。 • 根据价层电子对和孤对电子的总数判断中心原子 的几何构型； • 对中心原子和分子几何构型进行调整：
– 电子对之间的排斥能力不同：
O
-
O
N
120o
O
(NO3-)
• 而HNO3双键间的排斥力较双键-单键要大，因此其分子 构型为等腰三角形：
115o O
HO N O
130o
(HNO3)
例 预测CH3COCH=C(OH)CH3分子的几何构型及并解释
解：此分子的完整路易斯结构式为：
H H C O C H O C H C H
1
3
C H
5
共价键的参数
• 共价键的特点：具有饱和性和方向性
• 键参数：
– 键能: 几百 kJ/mol – 键长: 几百 pm – 键角: 0-180o – 键极性：极性或非极性
键能：共价键的稳定性标度
键能
共价键
共价键 键长 键能 （pm） （kJ/mol）
键长 键能 （pm） （kJ/mol）
C―C
C=C C≡C
• • • • 高熔点、高沸点 硬度大、强度高 晶体易脆 熔融和溶解后导电
外力打击 + + -
红宝石（刚玉）天然矿物、 加工晶体和刚玉晶体中阴阳 离子的排列方式
+ + +
+ + -
+ + +
+ + -
+ + +
晶面
晶面
离子化合物在水中的溶解过程
NaCl盐的溶解包含了主要两个过程 • 首先晶体结构解离成为裸露的Na+和Cl-离子。本解离过程 主要克服晶格能 • 裸离子与溶剂水分子结合、形成水合Na+和Cl-离子。本过 程将释放离子的水合能（hydration energy） 强电解质：水合能大于解离能 难溶盐（slightly soluble ionic compounds）：水合能小于解 离能 晶格能很大的离子化合物如Al2O3、TiO2等基本上不溶于水
– 分析中心原子的杂化轨道方式，确定结果的合理性； – 分子间作用影响有多结构中心的复杂分子构型
价层电子对总数和中心原子几何构型
价层电子对总 数 2 3 4 价层电子对构 型 直线 平面三角形 四面体 孤对电子 数 0 0 1 0 1 2 5 三角双锥 0 1 2 3 6 八面体 0 1 2 分子构型 直线 平面正三角形 V形 正四面体 三角锥 V形 三角双锥 T形 直线 正八面体 四方锥 平面四方形 实例 HgCl2, CO2 BF3, NO3PbCl2, SO2 CH4, SO42NH3, H3O+ H2O, H2S PCl5 ClF3 I3-, XeF2 SF6, AlF3BrF5, SbF53ICl4-, XeF4
2
H
4
H
骨架的5个C原子都具有立体结构，但是首末的两个CH3-基 团对整个分子构型没有意义，关键的是C2~C4的结构
3个C原子的价层电子对数都是3，没有孤对电子，因此这3 个C均为平面三角形的结构
判断： 该分子有以下两种可能的构型：
O H C H3C C H
O C H3C
O C
C
CH3
C O H CH3
判断：中心原子I是三角双锥形 故对电子在平面最大伸展，所以I3- 总体为线形分子 非极性分子
例 HNO3和NO3O
路易斯结构分别为：
HO
N O
(HNO3)
O
-
OO N O O N
O
O
N O
O-
(NO3-)
都有1个单键和2个双键，没有孤对电子 共3个价层电子对 NO3-具有共振结构，三个O是等同的
判断： • NO3-的分子构型是平面正三角形，键角均为120o
H C H
（其中C=C比C-H长出1/4左右）
H C H
共价键的极性(1)
H H
d+
H
F
d-
非极性 极性 对于单键来说： • 相同原子组成非极性键； • 不同原子组成极性键，电负性大的原子带d-电荷，电负性 小的原子带d+电荷；
q d A B （D）
D是偶极矩的德拜（Debye）单位，1D=3.34×10-30 C∙m
跷跷板形（变形四面体） SF4, TeCl4
例：CO2 路易斯结构： 中心原子 C 2 极性的双键，没有孤对电子 总价层电子对数：2+0=2 判断：CO2线形分子 分子对称，为非极性分子
O
C
O百度文库
例 I 3路易斯结构：
I
I
I
I
中心原子 I 2 非极性单键，3孤对电子 总价层电子对数：2+3=5
I I
例 为什么钢化玻璃壁普通玻璃强度大，而且打碎后成为较圆 的小颗粒？ 解：钢化玻璃由于是骤冷而形成，固体中离子的堆积比较 接近于熔融的玻璃，因此更紧密和无序。这样既具有较大 的晶格能，又没有较大的晶面，因此钢化玻璃强度大，而 碎裂后成为小颗粒。
共价键和共价化合物
金刚石
ATP
血红蛋白
原子晶体
小分子
生物大分子
共价键的极性(2)
O O O
d-
O
d+
O
d-
d-
C
Od+
非极性
极性
极性
对于多重键来说： • 不相同原子组成极性键，键极性的方向需要具体分析； • 相同原子组成键的极性，需要具体分析；
共价键极性如何决定分子极性
H-O共价键偶极矩
• 分子的极性是共价 键极性的矢量加和
– 双原子分子：键的极 性就是分子的极性 – 多原子分子：取决于 键的极性和分子的几 何构型
Na + Cl → Na+ + Cl（2） 正负离子通过密堆积形成稳定的离子晶体，并释放晶格能
Na+ + Cl- → Na+Cl- + 晶格能（lattice energy）
(密堆积晶体)
• 决定离子键强度的主要因素是晶格能大小 • 决定晶格能大小的因素主要包括离子电荷、离子半径和密 堆积的方式
离子晶体的性质
154
134 120
346
610 835
O―O
O=O
148
120
146
495
• 键能大小取决于成键原子的性质 • 对相同原子形成的共价键，键能越大，键长越短；键 的多重性越高，键能越大
键长和键角：决定分子的结合构型
单键 双键 叁键 1.0 0.8~0.9 0.75~0.8
例 已知在乙烯C2H2分子中，C-H键长109pm，C=C键长 134pm，各共价键之间的键角都是120o。请画出乙烯的 分子结构 解：
(1)
H
(2)
其中，结构2的分子基团空间伸展最大，排斥力就小 结构1中有一个分子内的氢键，分子更稳定 所以，该分子的几何构型应为结构1所示。
小测验
• 请写出26号元素的名称和周期表中的位置
化学键性质和分子的几何形状
化学键的分类
化学键
配位键
共价键
离子键
金属键
金属配合物
分子和原子晶体
固体
大多数的生物分子
强电解质盐 骨骼等硬组织
金属
路易斯（Lewis）化学键理论复习
离子键 共价键: or
8电子规则（Octet rule）: 原子 倾向于依靠得到或失去或公用电 子的三种方式之一，形成外层类 似惰性气体原子结构的8个电子 的稳定状态。
• 结构高度对称的分子 总为非极性分子。
分子总体偶极矩
H-O共价键偶极矩
价层电子对互斥理论预测分子的形状
• VSEPR原理：所有价层电子对（包括成键 电子对和孤对电子）都相互排斥，分子的 形状应当采用价层电子对相互远离的构型， 从而使彼此间的相互排斥力达到最小
• 关键词
– 中心原子 – 成键电子对 – 孤对电子
多重键:
不符合8电子规则的结构
F F S F F F F
H H
H B H
H
H
共振结构
BF3
F F B F F F B F F F B F
H3O+
H H O H H H O H H H O H
离子键的形成要点
从分析可知Born-Harbor循环离子键的形成要点：
（1） 发生电子转移形成正负离子
预测分子几何构型的方法
• 正确写出该分子的路易斯结构式，注意标出位于 结构中心原子的孤对电子以及写出该分子的所有 共振结构式； • 计算或直接数出中心原子的价层电子对数。 • 根据价层电子对和孤对电子的总数判断中心原子 的几何构型； • 对中心原子和分子几何构型进行调整：
– 电子对之间的排斥能力不同：
O
-
O
N
120o
O
(NO3-)
• 而HNO3双键间的排斥力较双键-单键要大，因此其分子 构型为等腰三角形：
115o O
HO N O
130o
(HNO3)
例 预测CH3COCH=C(OH)CH3分子的几何构型及并解释
解：此分子的完整路易斯结构式为：
H H C O C H O C H C H
1
3
C H
5
共价键的参数
• 共价键的特点：具有饱和性和方向性
• 键参数：
– 键能: 几百 kJ/mol – 键长: 几百 pm – 键角: 0-180o – 键极性：极性或非极性
键能：共价键的稳定性标度
键能
共价键
共价键 键长 键能 （pm） （kJ/mol）
键长 键能 （pm） （kJ/mol）
C―C
C=C C≡C
• • • • 高熔点、高沸点 硬度大、强度高 晶体易脆 熔融和溶解后导电
外力打击 + + -
红宝石（刚玉）天然矿物、 加工晶体和刚玉晶体中阴阳 离子的排列方式
+ + +
+ + -
+ + +
+ + -
+ + +
晶面
晶面
离子化合物在水中的溶解过程
NaCl盐的溶解包含了主要两个过程 • 首先晶体结构解离成为裸露的Na+和Cl-离子。本解离过程 主要克服晶格能 • 裸离子与溶剂水分子结合、形成水合Na+和Cl-离子。本过 程将释放离子的水合能（hydration energy） 强电解质：水合能大于解离能 难溶盐（slightly soluble ionic compounds）：水合能小于解 离能 晶格能很大的离子化合物如Al2O3、TiO2等基本上不溶于水