藥學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)課件-第9章分子結(jié)構(gòu)-藥學(xué)系第6節(jié)課

1、2021/1/26,11：38,第9章 分子結(jié)構(gòu),第八章 分子結(jié)構(gòu),價(jià)鍵理論能很好地說(shuō)明共價(jià)鍵的形成和分子的空間構(gòu)型.但該理論認(rèn)為分子中的電子仍屬于個(gè)別原子的,沒(méi)有把分子作為一個(gè)整體來(lái)全面考慮,磁性實(shí)驗(yàn)測(cè)得O2分子是順磁性物質(zhì),價(jià)鍵理論,價(jià)鍵理論無(wú)法解釋O2的順磁性,第四節(jié) 分子軌道理論,1.分子中的電子圍繞整個(gè)分子而運(yùn)動(dòng)，每一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都可以用一個(gè)分子軌道（）來(lái)描述。每一個(gè)分子軌道（）都有相應(yīng)的能量和形狀. 2.分子軌道是由原子軌道的線性組合而成，即相加相減。有幾個(gè)原子軌道就可以組合成幾個(gè)分子軌道，在組合產(chǎn)生的分子軌道中，能量低于原來(lái)原子軌道的稱為成鍵分子軌道，能量高于原來(lái)原子軌道的稱

2、為反鍵分子軌道，且成鍵分子軌道和反鍵分子軌道是成對(duì)產(chǎn)生的,一、分子軌道理論基本要點(diǎn),課本P158頁(yè),一、分子軌道理論基本要點(diǎn),一、分子軌道理論基本要點(diǎn),對(duì)稱性匹配原則:若兩原子軌道的對(duì)稱性相同,則稱對(duì)稱性匹配,能組成分子軌道.若兩原子軌道的對(duì)稱性不相同,則稱對(duì)稱性不匹配，不能組成分子軌道,3.原子軌道組合成分子軌道時(shí)，必須遵守對(duì)稱性匹配原則、能量相近原則和最大重疊原則，才能形成有效的分子軌道,PZ呈xy鏡面反對(duì)稱,Px呈xy鏡面對(duì)稱,一、分子軌道理論基本要點(diǎn),兩個(gè)原子軌道對(duì)稱性匹配與不匹配示意圖,一、分子軌道理論基本要點(diǎn),1)s-s原子軌道的組合成分子軌道,成鍵軌道,反鍵軌道,一、分子軌道理論

3、基本要點(diǎn),2)p-p原子軌道的組合,頭碰頭”方式成軌道,一、分子軌道理論基本要點(diǎn),肩并肩”方式成分子軌道,一、分子軌道理論基本要點(diǎn),能量相近原則,兩原子軌道在對(duì)稱性匹下,只有能量相近的原子軌道才能有效地組成分子軌道,同種元素形成雙原子分子，分子軌道是 由能量相同的原子軌道組成的,不同種元素組成的雙原子分子,能量相近原則尤為重要.例如:H原子和F原子結(jié)合成HF分子時(shí),H原子:E1s=1312Kjmol F原子:E1s= 6718Kjmol E2s= 3870Kjmol E2p= 1797Kjmol,能量相近原則,4電子在分子軌道中排布遵守三原則： Pauli w 、 能量最低原理、 Hundsr

4、ule,分子軌道最大重疊原則,分子軌道最大重疊原則與原子軌道最大重疊原則一樣,軌道必須沿著一定的方向進(jìn)行重疊,才能達(dá)到最大程度的重疊,其分子軌道能量愈低,所形成的化學(xué)鍵愈牢固,2py與2pz 、2py*與2pz*軌道的形狀以及能量都相同,稱簡(jiǎn)并軌道,第二周期同核雙原子分子:B2(B,C,N) 即:1s 1s* 2s 2s* 2py = 2pz 2px 2py* = 2pz* 2px,第二周期同核雙原子分子:O2(O,F) 即:1s 1s* 2s 2s* 2px 2py = 2pz 2py* = 2pz* 2px,3、分子軌道的能級(jí),3、分子軌道的能級(jí),第二周期同核雙原子分子:O2 (O,F)

5、2px 2py = 2pz,3、分子軌道的能級(jí),第二周期同核雙原子分子:N2 (B,C) 2py = 2pz 2px,再如N2,3、分子軌道的能級(jí),第二周期同核雙原子分子:B2 (B,C,N) 2py = 2pz 2px,3、分子軌道的能級(jí),1)推測(cè)分子的存在和闡明分子的結(jié)構(gòu): 可以根據(jù)鍵級(jí)的大小來(lái)判斷分子能否存在以及分子的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性. 鍵級(jí): 分子中凈成鍵電子數(shù)(成鍵軌道的電子數(shù)-反鍵軌道的電子數(shù))的一半,4、分子軌道理論的應(yīng)用,一般鍵級(jí)越大鍵能相應(yīng)也越大,分子結(jié)構(gòu)就越穩(wěn)定.鍵級(jí)為零,則分子不可能存在,如:He2和He2+能否存在,2)預(yù)言分子的順磁與反磁性: 凡有未成對(duì)電子的分子就具順磁性

6、,否則就是反磁性的,1s,2,He2,1s*,2,He2,鍵級(jí) = (2-2)/2 = 0,1s,2,1s*,1,鍵級(jí)不為零,能穩(wěn)定存在,不能穩(wěn)定存在,4、分子軌道理論的應(yīng)用,如: O2,4、分子軌道理論的應(yīng)用,KK,2s,2,2s*,2,2px,2,2py,2,2pz,2,2py*,1,2pz*,1,其中有一個(gè)鍵、兩個(gè)三電子鍵. 有兩個(gè)未成對(duì)電子,故具順磁性,如: O2,4、分子軌道理論的應(yīng)用,4、分子軌道理論的應(yīng)用,KK,2s,2,2s*,2,2px,2,2py,2,2pz,2,1,1,其中有一個(gè)鍵、兩個(gè)鍵. 未成有未對(duì)電子,故具反磁性,4、分子軌道理論的應(yīng)用,1.在N2、O2和F2分子中

7、，鍵的穩(wěn)定性順序?yàn)镹2O2F2，根據(jù)分子軌道理論,下列哪種解釋最合理？ A. 在成鍵分子軌道上電子的數(shù)目為N2O2F2 B.電負(fù)性大小為NOF C. 在反鍵分子軌道上電子的數(shù)目為N2O2F2 D. 非金屬的活潑性大小為此N2O2F2 2.下列物質(zhì)中，只需克服分子之間色散力就能沸騰的是 A. CCl4 B. CHCl3 C. CH3Cl D.H2O 3.判斷B2是順磁性物質(zhì)還是反磁性物質(zhì),練習(xí),第五節(jié) 分子間的作用力,分子間的作用力 和氫鍵 INTERMOLECULAR FORCE AND HYDROGEN BOND,課本P164頁(yè),一.鍵的極性和分子的極性,2.極性鍵和非極性鍵,非極性鍵,極性

8、鍵,1.元素電負(fù)性,分子中的原子吸引電子能力的大小,元素電負(fù)性愈大,其原子吸引電子的能力 愈強(qiáng)。元素非金屬性越強(qiáng),其電負(fù)性越大;元素金屬性越強(qiáng),其電負(fù)性越小,一.分子的極性,分子是否有極性取決于整個(gè)分子正負(fù)電荷中心是否重合,分子極性主要與,鍵極性,分子幾何構(gòu)型,有關(guān),鍵的極性主要與構(gòu)成鍵的兩原子電負(fù)性的相對(duì)大小有關(guān),2分子的極性,1.分子間相互吸引作用,偶極: 分子中的正、負(fù)極 固有偶極: 極性分子中本來(lái)存在的偶極,固有偶極,固有偶極,二、 范德華力,取向力,因極性分子的取向而產(chǎn)生的分子間吸引作用,分子的極性越大,取向力越強(qiáng);溫度越高,分子取向越困難,取向力的大小,分子的極性強(qiáng)弱,溫度,有關(guān),

9、二、 范德華力,2)誘導(dǎo)力,誘導(dǎo)力,誘導(dǎo)偶極: 非極性分子在極性分子的誘導(dǎo)下,分子中的電子云與原子核發(fā)生相對(duì)位移,導(dǎo)致正、負(fù)電荷重心不重合,所產(chǎn)生的偶極,二、 范德華力,極性分子的極性越大,非極性分子的變形性越大,誘導(dǎo)力也就越大,誘導(dǎo)力的大小,極性分子的極性強(qiáng)弱,非極性分子的變形性,有關(guān),二、 范德華力,瞬時(shí)偶極: 非極性分子中的電子不斷地運(yùn)動(dòng),原子核不斷振動(dòng), 均會(huì)引起電子云和原子核瞬間相對(duì)位移,使分子中 的正、負(fù)電荷重心瞬間分離而不重合,所產(chǎn)生的偶極,色散力,二、 范德華力,分子間由于瞬時(shí)偶極而產(chǎn)生的作用力. 色散力的大小主要與分子的變形性有關(guān),分子的變形性越大,色散力就越強(qiáng),色散力是分子

10、間最普遍的作用力,不僅 非極性分子間存在色散力,極性分子間也存在色散力,極性分子和非極性分子間也存在色散力,二、 范德華力,電性作用力;不屬于分子內(nèi)的化學(xué)鍵. 作用范圍一般幾百皮米; 作用能一般幾到幾十千焦每摩; 無(wú)方向性和飽和性; 一般色散力是分子間的主要作用力;三種力相對(duì)大小為: 色散力 取向力 誘導(dǎo)力,2.分子間力的特點(diǎn),二、 范德華力,3.分子間力對(duì)物質(zhì)物理性質(zhì)的影響,He Ne Ar Ke Xe,分子量 r 色散作用 分子間力 沸點(diǎn)熔點(diǎn) 水中溶解度,小,大,低,高,小,小,小,小,大,大,大,大,返回節(jié),二、 范德華力,氫化物沸點(diǎn)變化規(guī)律,二、 范德華力,1.氫鍵的形成及條件,1)形

11、成,如HF分子間氫鍵,強(qiáng)極性鍵,電負(fù)性很大半徑小且有孤對(duì)電子,氫鍵,氫鍵的本質(zhì)是靜電作用,氫鍵,強(qiáng)極性鍵(X-H)上的氫核與電負(fù)性很大含有孤對(duì)電子并帶有部分負(fù)電荷的原子之間的靜電吸引力,H幾乎成為一個(gè)裸露的原子核,三、 氫鍵,課本P167頁(yè),式中:X、Y代表F、O、N等電負(fù)性大而原子半徑較小的非金屬原子.、可以是相同,也可以是不同的元素,氫鍵通式:XHY,要有一個(gè)與電負(fù)性很大的元素(X)形成強(qiáng)極性鍵的氫原子; 要有一個(gè)電負(fù)性很大,含有孤對(duì)電子并帶有部分負(fù)電荷的原子(Y); X,Y的原子半徑都要小,2)形成氫鍵條件,三、 氫鍵,2.氫鍵特點(diǎn)和分類,特點(diǎn),分類,同種分子之間可以形成氫鍵,不同分子之

12、間也可以形成氫鍵,例如氨分子與水分子間,具有方向性,每一個(gè)HX只能與Y原子形成一個(gè)氫鍵,XH,三、 氫鍵,4.氫鍵的形成對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響,使物質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)升高,溶解度,粘度增大,密度改變,氫化物的熔、沸點(diǎn),多羥基化合物的粘度,例如:甘油,硫酸,磷酸等,水的密度(分子締合與締合分子,三、 氫鍵,DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)和堿基配對(duì)形成氫鍵示意圖,氫鍵的形成對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響,DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)和堿基配對(duì)形成氫鍵示意圖,氫鍵的形成對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響,冰的結(jié)構(gòu),氫鍵的形成對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響,練習(xí),1.水具有反常的高沸點(diǎn)是由于分子間存在著（ ） A.氫鍵 B.取向力 C共價(jià)鍵 D. 孤電子對(duì) 2.下列物質(zhì)中，只需克服分子間的色散力就能沸騰的是 （ ） A. CCl4 B. CHCl3 C. CH3Cl D.H2O 3.在非極性分子之間存在的分子間力為 力，而在極性分子之間存在著 、 和 力,A,A,色散力,取向力,誘