分子结构和分子间力、氢键

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1、共价键的特性是什么? 2、共价键的类型有哪些,共价键的极性如何 判断? 3、判断下列分子属于哪种杂化类型? (1)BeCl2 (2)BCl3 (3)PCl3
(4)SiCl4
学习目标
1、掌握分子的极性
2、理解分子间力与氢键
四、分子间作用力
布置任务: 任务一:判断BeCl2、BCl3、SiCl4 、H2S、PH3分子的 极性,并解释原因? 任务二:单质碘难溶于水,易溶于四氯化碳,为什么 ?
180 120 10928' 90 10928' 成键轨道夹角
2
4
s+(3)p 4
NH3 H 2O BeCl 2 BF3 CH 4 实例 HgCl 2 BCl 3 SiCl 4 PH3 H 2S Be(ⅡA) B(ⅢA) C,Si N,P O,S 中心原子 Hg(ⅡB) (ⅣA) (ⅤA) (ⅥA)
ro
r
H2 中的化学键,可以认为是电子自旋相反成对,结果使体
系的能量降低 。 从电子云的观点考虑,可认为 H 的 1s
轨道在两核间重叠,使电子在两核间出现 的几率大,形成负电区。两核吸引核间负 电区,使 2 个 H 结合在一起。
小结: 两个氢原子电子自 旋方式相反,靠近、 重叠,核间形成一 个电子概率密度较 大的区域。系统能 量降低,形成氢分 子。 核间距 R0为74 pm。 共价键的本质——原子轨道重叠, 核间电子概率密度大吸引原子核而成键。
原子之间是共价键。电子式为:
任务一:解释Ca(OH)2和H2O分子中的化学键种类
以及成键过程。 任务二:判断键的极性和分子中共价键的种类: H2O、HF、CH2=CH2

共用电子对是由一个原子或离子单方面提 供而与另一个原子或离子(不需要提供电 子)共用。这样的共价键叫做配位键。
(6)键参数 ①键能
1、基本要点 P32

成键时能级相近的价电子轨道混合杂化,形成新
的成键能力更强的价电子轨道-杂化轨道。

原子轨道杂化时,使成对电子激发到空轨道而成
单个电子,其所需的能量完全由成键时放出的能
量予以补偿。

一定数目的原子轨道杂化后可得数目相同,能量 相等的各杂化轨道,但伸展方向,形状发生改变。
2、杂化轨道的类型 ⑴ sp杂化 Be:2s2
单元二 物质结构基础
高分子材料化学基础

1、同一周期、同一主族原子半径、电离能、电负
复习提问:
性的变化规律?

2、已知下列元素的价电子构型为
3s2,4s24p1,3s23p3,判断它们属于第几周期,第
几族?最高化合价是多少?


3、第二周期各元素的电负性大小次序错误的是 ( ) A、C<O B、O<F C、N<F D、F<He
H H N H

107°18’, NH3分子的构型
为三角锥型。 又如 CO2 , O=C=O
的键角为 180°,则
CO2
分子为直线形 。
又例:
Cl
111 18'
o
124 21'
o
H
121o
H
C=O
Cl
C = C 118o H H
: P
:
N
: H
N
107 18'H H
o
F
F F
102o
H H H
93o18'
1、NCl3分子的构型是三角锥形,是由( )杂化引起的。 A、sp3杂化 B、不等性sp3杂化 C、sp杂化 D、 sp2杂化 2、判断下列分子以属于何种杂化? 分 子 键 角 NH4+ H2 S NH3 107 CO2 180 C2 H4 120
109.5 104.5
总结

布置作业:
复习提问:
AB ( g ) —— A ( g ) + B ( g ) H = EAB
AB分子的键离解能 D(A-B):在常温常压下,断裂1mol键 所需的能量称为键能E。
例:
H2(g) →2H(g) DH-H=E H-H =4300kJ · -1 mol
D(H—Cl)=432kJ· -1, mol D(Cl—Cl)=243kJ· -1 mol
原子轨道重叠部分沿着键轴呈圆柱对称; 成键时,原子轨道发生最大重叠。
+ +

+
+
S-S

px-s
+ +

px-px
π键:
两原子轨道垂直 核间联线并相互 平行进行同号重 叠(肩并肩)
例如两个

px
x
x
+
+
z
px 沿
z
轴方向重叠的情况
原子轨道平行或“肩并肩”重叠; 重叠部分对通过一个键轴的平面具有镜面反对称性; 轨道重叠程度比键小,键能也小,因此稳定性低, 活泼性较高,是化学反应的积极参加者。
2p
C:2s22p2
2s
2p
2s
激发
2p
2s
SP3杂化(以甲烷的分子结构为例)
激发
Sp3杂化 与H的1s轨道重叠 形成4个σ键
CH4分子形成过程
一个s轨道和三个p轨道 杂化,产生四个等同的sp3
杂化轨道, sp3杂化轨道
间夹角109.5º ,呈正四面 体形。

不等性sp3杂化
以H2O为例:
O最外层电子为2s22p4

电子式: 结构式:H-H
分子式
电子式
结构式
Eg写出甲烷、乙烯、乙炔的结构式


2、价键理论
(1)量子力学处理H2分子的结果 两个氢原子电子自旋方式相反,靠近、重 叠,核间形成一个电子概率密度较大的区域。 系统能量降低,形成氢分子。
两个H原子接近 V 0
-D
横坐标 纵坐标
H 原子间的距离, 体系的势能 V,
由表数据可见,H-F, H-Cl, H-Br, H-I 键
长依次递增,而键能依次递减;单键、双键及叁键
的键长依次缩短,键能依次增大,但与单键并非两
倍、叁倍的关系。 一般键长越小,键越强。
③ 键角
键角是分子中键与键之间的夹角 键角和键长是反映分子空间构型的重要参数,它们 均可通过实验测知。 例如: NH3 , H-N-H 键角
N2 分子中两个原子各有三 个单电子,分别占据px、py、
πx N

pz轨道,沿z轴成键时,pz
与pz“ 头碰头” 形成一 个键。则px和 px,py和py “ 肩并肩 ” 形成两个键。
N
πy
N2 分子的1个键,2个键
(5)非极性键和极性键 两个原子吸引电子的能力相同,共用电子 对不偏向任何一个原子,成键的原子不显 电性。这样的共价键叫做非极性共价键, 简称非极性键。如H-H键、Cl-Cl键就是非 极性键。 形成条件:同种非金属原子形成共价键
2p
2s
如果两个p电子直接与H的s电子成键的话,那么
水的键角应该为90度,但是经过实验测得水分
子的键角为104.5度,接近SP3杂化的键角。---
也存在矛盾。
杂化理论:O原子的2s和2p采取sp3杂化,O原子最外层有 6个电子,四个杂化轨道中有两个被两对孤电子对占据, 其余两个轨道被两个单电子占据,与两个H形成两个共价 键。
反之,直线形分子的杂化类型为sp杂化。
⑵ sp2杂化
BF3的空间构型为平面 三角形
B: 2s22p1
F
B
F
F
2s
2p
2p
2s
激发
2p
2s
sp2杂化
一个s轨道和二个p轨道杂化,产生三个等同的
sp2杂化轨道, sp2杂化轨道间夹角120º ,呈平
面三角形。
⑶ sp3杂化
CH4的空间构型为正四 面体型
+
+
Cl2形成
+
pz
z
z pz
+

+
+

P30 H2、N2的形成
(4)共价键的键型
σ键:原子轨道沿核间连线(键轴)方向
进行同号重叠(头碰头)。
HCl 分子中的 3p 和 1s 的成键 + +
键轴:成键的两个原子核间的连线。
按成键轨道与键轴之间的关系,共价键的键型主要分为两种。

以“头碰头”的方式重叠;
(2)价键理论基本要点 P29
•自旋方式相反的未成对价电子互相配对可以形成 共价键; •原子轨道最大程度地重叠。
(3)共价键的特性
①饱和性是指:每个原子成键的总数或以单键
连接的原子数目是一定的。例HCl、H2O
HCl的形成:
②具有方向性:成键原子轨道必须最大限度重叠
3pz 1s
+
+
z HCl

三、杂化轨道理论
杂化:在形成分子时,由于原子的相互影响,若干不同类
型能量相近的原子轨道混合起来,重新组合成一组新的轨
道而改变了原有轨道的状态,这种轨道重新组合的过程叫 做杂化。 杂化轨道:通过杂化所形成的新轨道就称为杂化轨道。

任务三:用杂化理论解释下列分子的空间构 型:HgCl2—直线型,AlCl3---平面三角型, CCl4---正四面体型
不同种类的原子吸引电子的能力不同,共 用电子对必然偏向于吸引电子能力强的一 方,因此吸引电子能力较强的原子就带部 分负电荷,吸引电子能力较弱的原子就带 部分正电荷。这样的共价键叫做极性共价 键,简称极性键。例如,H-Cl 形成条件:不同非金属原子形成共价键

在NaOH中,Na+和OH-之间是离子键,而OH-中H、O
H
H C H H H
N H H NH3 H H H2O O
CH4
孤电子对数: 0 夹 角:109.5º
1 107.3º 三角锥
2 104.5º V形
分子构型: 正四面体
结论:在CH4、NH3和H2O分子中,中心原子都取sp3杂 化,其夹角随孤电子对数的增加而减少。不等性sp3 杂化的空间构型为四面体形,水的分子构型为V形, 氨气的分子构型为三角锥形。
学习目标 1、理解价键理论,键能、键长、键角的概 念及共价键的类型
2、理解杂化轨道理论
第二节 分子结构和分子间力、氢键


相邻的两个或多个原子之间强烈的相互作用, 叫做化学键。 化学键的主要类型有离子键、共价键和金属键 。
任务一:解释Ca(OH)2和H2O分子中的化学键种
类以及成键过程。 任务二:判断键的极性和分子中共价键的种类: H2O、HF、CH2=CH2
电子式
氢原子
钠原子
×
镁原子
氯原子
也可以用电子式来表示物质形成的过程。例如, 氯化钠的形成过程用电子式表示如下:
离子键形成条件
活泼金属:ⅠA、ⅡA 活泼非金属:ⅥA、ⅦA

2、离子键的特征

⑴没有方向性 ⑵没有饱和性
(红球-Na+ ,
绿球-Cl-)
二、共价键
1、共价键的形成 H + H → H2
2s
2p
BeCl2的空间构型为直线形
Cl Be
2s
Cl
2p
2p
2s
激发
如果1个s电子和1个p电子分别与Cl原子成键,则此两个
化学键必然键能和键长不相等,但实验测得两个Be-Cl 键完全一样。---存在矛盾。
sp杂化
1个s轨道和1个p轨道进行sp杂化,形成两个sp杂化轨道,每 个杂化轨道由 ½ S 轨道和 ½ P 轨道组合而成,两个杂化 轨道之间的夹角为180°。因此由sp杂化轨道构成的分子构 型是直线形。
一、离子键

1、离子键的形成 2Na + Cl2 → 2NaCl 钠离子和氯离子之间依靠静电吸引而相互靠近。 随着两种离子的逐渐接近,两者之间的电子和电 子、原子核和原子核的相互排斥作用也逐渐增强, 当两种离子接近至一定距离时,吸引和排斥作用 达到平衡,于是阴、阳离子都在一定的平衡位置 上振动,形成了稳定的化学键。象氯化钠这样, 凡由阴、阳离子间通过静电作用所形成的化学键 叫做离子键。
且以 r — 时的势能值为 纵坐标的势能零点。
从图中可以看出,r = r 0 时,
ro
r
V 值最小,为 V = -D ( D >0,-D<0 ) ,
表明此时两个 H 原子之间形成了化学键。
V
计算还表明,若两个 1s 电 子以相同自旋的方式靠近,则
0

-D
r 越小,V 越大。此时,不形
成化学键。 如图中上方红色曲 线所示,能量不降低 。

任务三:用杂化理论解释下列分子的空间构 型:HgCl2—直线型,AlCl3---平面三角型, CCl4---正四面体型
小结:杂化轨道的类型与分子的空间构型
杂化轨道类型 sp 杂化轨道数 分子构型
直线形 三角形 四面体 三角锥 V型
sp2 3
等性sp3
不等性sp3
参加杂化的轨道 s+p s+(2)p s+(3)p
一般键能越大,键越牢固,由该键构成的分子也 就越稳定。
②键长 键长:分子中成键两原子核间的平均距离。 例:H2分子,l = 74pm
共价键 H-F H-Cl H-Br H-I F-F Cl-Cl Br-Br I-I 键长 键 能 共价键 l/pm E/(kJ·mol-1) 92 570 H-H 127 432 C-C 141 366 C-C - 161 298 C-C - - 141 159 N-N 199 243 N-N - - 228 193 C-H 267 151 O-H 键长 键 能 l/pm E/(kJ·mol-1) 74 436 154 346 134 602 120 835 145 159 110 946 109 414 96 464
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