无机及分析化学课件

取向力、诱导力、色散力、氢键
32 离子晶体、原子晶体、金属晶体、分子晶体、混合晶体
例 已知M2+离子的3d轨道中有5个电子，试指出M 原子的核外电子排布和所在周期表中的位置，并用量 子数表示3d轨道中5个电子的运动状态。 解：1s22s22p63s23p63d54s2，四周期ⅦB族。3d有5个电
子，分别为Ψ3，2，-2、Ψ3，2，-1、Ψ3，2，0、Ψ3，2，1、Ψ3， 2，2。+2的M离子有3d轨道，如果增加两个电子，只能 排在4s轨道，由此可以推断M元素的电子排布，此元素 为Mn。d轨道有5个电子，按照Hund规则，5个d电子 分占5个d轨道，且自旋方向相同。
33
例 某元素的电子层结构为1s22s22p63s23p63d104s1 (1)这是什么元素? (2)它有多少能级，多少轨道? (3) 它有几个未成对的电子? 解：为Cu元素，有七个能级，有15个轨道，只 有一个未成对电子。 例 具有下列价电子构型的元素，在周期表中属于哪 一周期，哪一族?
(1) (n-1)d10ns1；(2) ns2np6
•某离子使异号离子变形的能力（或离子产
生电场强度的大小）；
•决定因素： •离子的半径：半径越小，极化力越强 •离子的电荷：电荷越多，极化力越强 •离子的电子构型：2， 18，18+2 >9-17 >8
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• 离子的变形性
离子在电场中的作用下，电子云发生变形的
难易；
主要考虑负离子的影响
强弱主要取决于：
分子间形成氢键使物质的熔沸点升高。
如NH3、H2O、HF，的熔沸点都高于同族氢化物
的熔沸点。 分子内形成氢键，常使其熔、沸点低于同类化合物
的熔沸点。
如邻位硝基苯酚的熔点是45℃；间位和对位的分 别为96℃和114℃。
17
氢键对熔沸点的影响
18
分子内氢键对各种硝基苯酚的影响
有分子内氢键
没有分子内氢键
(1)离子的半径 离子半径越大，变形性越强； (2)离子的电荷 负离子电荷数越高，变形性越强； 正离子的电荷越大，变形性越小 (3)离子的电子构型 当离子的半径和电荷数相近 时，18+2,18电子构型＞9～17电子构型＞8,2电子
构型
26
3、离子极化对物质结构和性质的影响
离子极化对键型的影响
•离子极化导致负离子的电子云明显向正离子移
动，原子轨道重叠增强
•由离子键向共价键的过渡
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卤化银的键型
卤化银
卤素离子半 径/pm 阴、阳离子 半径之和/pm
AgF
136 262
AgCl
181 307
AgBr
195 321
AgI
216 342
实测键长/pm 键型
246 离子键
277 过渡型键
321 过渡型键
342 共价键
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•离子极化会影响化合物的性质
不溶性 金刚石， SiC
不溶性 W，Ag， Cu 30
思考14、石墨中，层与层之间的结合力是 A. 共价键 B. 离子键 C. 金属键
√
D. 范德华力
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微粒波粒二象性
原子核外电 子运动状态 波函数与原子轨道 能级图 多电子核外排布 三原则 元素周期系 元素周期律 原子结构与周期律 元素基本性质的周期性 四个量子数
20
√
思考11、化合物 I. 对羟基苯甲酸，II. 间羟 基苯甲酸，III. 邻羟基苯甲酸和IV. 苯酚，按 沸点由高到低正确排列的是 A. I, II, III, IV B. IV, III, II, I C. II, III, I, IV D. III, I, II, IV 思考12、在酒精的水溶液中，分子间的作用 力有( )。 A. 取向力、 B. 色散力、 C. 诱导力 D. 氢键
分子离得较远
决定诱导作用强弱的因素： • 极性分子的偶极矩： μ愈大，诱导作用愈强。 • 非极性分子的极化率： α愈大，诱导作用愈强。 • 极性分子与极性分子之间；
分子靠近时
• 极性分子与非极性分子之间；
6
3.色散力 由于瞬时偶极而产生的分子间相互作用。
+ _ + _
一大段时间内 的大体情况 _ +
10
例：下列两组物质的色散力大小 1）卤素单质；2）卤化氢 解：卤素单质按色散力从大到小：I2, Br2, Cl2, F2; 卤化氢按色散力从大到小：HI, HBr, HCl, HF 思考：实际上卤化氢中HF的沸点高于HCl, 说明在HF分子 中还存在其它的相互作用？可能是什么？
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三、. 氢键 （hydrogen bond） 1 现象
知识回顾
分子中原子 间作用力 化学键 共价键 sp 、sp2、sp3 轨道杂 化理论 离子键 成键条件、特征、晶格能、物 理性质影响、键的极性 电子配 对理论 σ键和π键
分子空间构型
分子间作用力
取向力、诱导力、色散力 极性分子 1
§5－6 分子间力和氢键
一、分子的极性 1.共价型分子是否有极性，取决于分子中正、负电 荷的分布。
2.分子的极性与键的极性的关系：
① 分子中的化学键均无极性，则分子无极性。 ② 分子中的化学键有极性，但分子的空间构型对称， 键的极性互相抵消，则分子无极性。 ③ 分子中的化学键有极性，分子的空间构型不对称，
键的极性不能抵消，则分子有极性。
2
3.分子极性用偶极矩来衡量
μ = q ·d 偶极矩（单位：德拜（D））是一个矢量，其方向由正到负。
BaCl2等化合物中，熔、沸点逐渐升高。
(3) 颜色 一般若组成化合物的正、负离子都无色，该化合 物也无色；若其中一种离子有色，则该化合物就呈该离子 的颜色。一般极化程度越大，化合物的颜色越深 29
§5.8 晶 体 结 构
晶体类型 结点上的微 粒 结合力 离子晶体 正、负离子 离子键 原子晶体 原子 共价键 分子晶体 极性分子 分子间力、氢 键 非极性分子 分子间力 金属晶体 原子、正 离子 金属键
H
C
O O
H H
O O
C
H
N－ H · · · · N 5.4 O
E / kJ · mol－1
F－H· · · · F O－ H · · · · O 28.0 18.8 H
除了分子间氢键外，还有 分子内氢键。例如，硝酸的分子 内氢键使其熔、沸点较低。
O
N O 16

氢键对化合物性质的影响
对物质熔沸点的影响
熔、沸点
硬度 机械性能
高
硬 脆 熔融态及其 水溶液 导电 易溶于极性 溶剂 NaCl， MgO
很高
很硬 很脆
低
软 弱 固态、液态不 导电，水 溶液导电 易溶于极性溶 剂 HCl，NH3
很低
很软 很弱
有高有低
硬度不一 有延展性
导电、导热 性
溶解性 实例
非导体
非导体
易溶于非极 性溶剂 CO2，I2
良导体
冰 的 氢 键 结 构
氢 氧
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4、 条件
分子中必须有氢原子 ； 分子中含有高电负性且必须有孤对电子的原子。

小半径
5、 特点
• 静电力； • 有方向性,饱和性； • 很弱的键：键能为 10-40kJ•mol-1 。 15
除了HF、H2O、NH3 有分子间氢键外，在有机羧酸、 醇、酚、胺、氨基酸和蛋白质中也有氢键的存在。例如： 甲酸靠氢键形成二聚体。
(HCl)
二、分子间力
1.取向力
两个固有偶极间存在的同极相斥、异极相吸 的定向作用称为取向作用。 两个极性分子相互靠近时，由于同极相斥、异极相 吸，分子发生转动，并按异极相邻状态取向，分子进一 步相互靠近。
分子离得较远
5
+
_
+
_
+ _
+ _
趋向
2.诱导力 由于诱导偶极而产生的分子间相互作用。
+ _ + _ + _
每一瞬间
+
_
+
_
非极性分子的瞬时偶极 之间的相互作用
色散力与分子极化率有关。α大,色散力大。 • 各种分子之间均存在； 同类型分子距离相等时，相对分子质量越大，其色散力越大。 7
•分子间力与分子极性
分子极性 非极性—非极性 非极性—极性 极性—极性 •共性： 色散力 √ √ √ 诱导力 √ √ 取向力
解：(1)属于第四、五、六周期的第ⅠB族；(2)属 于第二、三、四、五、六周期的0族或第ⅧA族。 34
判断下列说法是否正确 (1)一种元素原子最多所能形成的共价单键数目， 等于基态的该种元素原子中所含的未成对电子数；×
(2)共价多重键中必含一条σ键；√ (3)由同种元素组成的分子均为非极性分子；× (4)氢键就是氢和其他元素间形成的化学键；× (5)s电子与s电子间形成的键是σ键，p电子与p电子 间形成的键是π键；× (6)sp3杂化轨道指的是1s轨道和3p轨道混合后，形 成的4个sp3杂化轨道；× (7)极性分子间作用力最大，所以极性分子熔点、 沸点比非极性分子都来得高。 ×
• 没有方向性和饱和性； • 比化学键弱得多：键能为 2~20 kJ•mol-1 。
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•对物理性质的影响
决定物质的熔点、沸点、气化热、熔化热、蒸气压、 溶解度及表面张力及硬度等物理性质的重要因素。
He 分子量
色散作用 分子间力 沸点、熔点 水中溶解度 小 小 小 低 小
Ne
Ar Kr Xe
大 大 大 高 大
偶极的过程。
结果：发生电子云重叠。 阳离子的电场使阴离子发生极化（即阳离子吸引阴 离子的电子云而引起阴离子变形）
阴离子的电场使阳离子发生极化（阴离子排斥阳离
子的电子云而引起阳离子变形） 导致：作用力发生变化。
+
+-
-
决定离子极化强弱因素：离子的极化力和离子的变形性 23
24
2 影响因素 • 离子极化力
√ √
√ √
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§5.7 离子极化
离子置于电场中，
阳离子
阴离子
离子的原子核受到 负电场的吸引，电 子受正电场的吸引
Fra Baidu bibliotek
未极化的简单离子
和负电场的排斥， 离子发生变形而产 生诱导偶极，此过 程为 离子的极化
离子在电场中的极化
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1 基本要点
离子极化：在电场的作用下，正负离子的原子核和电子 发生位移，导致正负离子变形，产生诱导
3
同核原子组成的双(多)原子分子
(H2,Cl2,S8)
X =0，非极性键 =0， 非极性分子 键的极性与分子的极性一致
异核原子组成的双原子分子
X0，极性键 0， 极性分子 键的极性与分子的极性一致 异核多原子分子 键一定有极性，但分子是否有极性取决与 分子几何构型的对称性。 • 不对称结构的H2O：键有极性，分子有极性。 • 对称结构CCl4，CS2、CH4：键有极性，分子无极性。 4
偶极矩越大表示分子的极性越
一些分子的偶极矩μ(×10－30 C· m)
分子式 H2 N2 CO2 CS2 CH4 CO CHCl3 H2S 偶极矩 0 0 0 0 0 0.40 3.50 3.67 分子式 SO2 H2O NH3 HCN HF HCl HBr HI 偶极矩 5.33 6.17 4.90 9.85 6.37 3.57 2.67 1.40
√
a ) 永远存在于共价分子之间；
b ) 力的作用很小（一般为0.2～50 kJ•mol-1 ）； c ) 无方向性和饱和性；
d ) 作用范围有限，是近程力，F ∝ 1 / r7；
e ) 经常是以色散力为主。极性很大的分子以取向 力为主 8

影响因素
分子体积越大，变形性越大，色散力越大。
本质
• 静电力；
沸点℃
邻位 45
间位
对位 OH
96
114
19
思考9、下列各组分子中，化学键均有极性，但分 子偶极矩均为零的是
A. NO2、PCl3、CH4
C. N2、CS2、PH3
√D. CS 、BCl 、PCl (s)
2 3 5
B. NH3、BF3、H2S
√
思考10、二卤甲烷（CH2X2）中，沸点最高的 是 A. CH2I2 B. CH2Br2 C. CH2Cl2 D. CH2F2
(1)溶解度 离子极化作用的结果使化合物的键型从离子键向
共价键过渡，导致化合物在水中的溶解度下降。例如在卤 化银中，溶解度按AgF、AgCl、AgBr、AgI依次递减。 (2)熔沸点 在NaCl、MgCl2、AlCl3化合物中，熔点分别为 801℃、714℃和192℃。在BeCl2、MgCl2、CaCl2、SrCl2、
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2、产生
高电负性原子X和H原 子之间可形成共价键：
X-H
由于X电负性大，共用 电子对强烈地偏向X一 边: +
XH
若遇另一分子中高电 负性Y原子，H可与Y 形成弱键:
X-H……Y-H
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3. 释义
分子中高电负
性原子X以共价键 相连的H原子，可 和另一个高电负性 原子Y之间形成一 种弱键，称氢键。
主量子数 角量子数 磁量子数 自旋量子数
定 轨 道
Pauling不相容原理 能量最低 洪特规则 7个周期、16个族
物 质 结 构 基 础
原子半径、电离势、 电子亲和势、电负性 离子化合物
离子键：无方向和饱和性、离子极化 化学键 共价键：方向和饱和性 分子间作用力 晶体结构
价键理论：σ键和π键 杂化轨道理论： σ键、空间结构