雜化軌道理論

1、5.4 雜化軌道理論與分子間作用力以甲烷以甲烷(CH(CH) )為例，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測知：為例，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測知：（1 1）CHCH分子的空間結(jié)構(gòu)分子的空間結(jié)構(gòu)正四面體的空間結(jié)構(gòu)；正四面體的空間結(jié)構(gòu)； （2 2）四個(gè)）四個(gè)C CH H鍵都是等同的鍵都是等同的( (鍵長和鍵能都相等鍵長和鍵能都相等) )；（3 3）夾角）夾角( (即鍵角即鍵角) )均為均為1091092828。教學(xué)內(nèi)容： 四、雜化軌道理論 五、分子間相互作用力 六、氫鍵 第四節(jié) 晶體結(jié)構(gòu) 目的、要求：初步掌握雜化軌道理論，會用雜化軌道理論解釋分子的空間結(jié)構(gòu)，了解分子間作用力的形成過程，掌握幾種晶體的結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)、難點(diǎn)：雜化軌道理論。5.4 雜化

2、軌道理論與分子間作用力雜化軌道理論的要點(diǎn)雜化軌道理論的要點(diǎn) （1 1）某原子成鍵時(shí)，在鍵合原子的作用下，價(jià)層中若干個(gè)）某原子成鍵時(shí)，在鍵合原子的作用下，價(jià)層中若干個(gè)能級相近的原子軌道有可能改變原有的狀態(tài)，能級相近的原子軌道有可能改變原有的狀態(tài)，“混雜混雜”起來起來并重新組合成一組利于成鍵的新軌道并重新組合成一組利于成鍵的新軌道( (稱雜化軌道稱雜化軌道) )，這一過程，這一過程稱為原子軌道的雜化稱為原子軌道的雜化( (簡稱雜化簡稱雜化) )。 （2 2）同一原子中能級相近的）同一原子中能級相近的n n個(gè)原子軌道，組合后只能得到個(gè)原子軌道，組合后只能得到n n個(gè)雜化軌道。個(gè)雜化軌道。 （3 3）

3、雜化軌道比原來未雜化的軌道成鍵能力強(qiáng)，形成的化）雜化軌道比原來未雜化的軌道成鍵能力強(qiáng)，形成的化學(xué)鍵鍵能大，使生成的分子更穩(wěn)定。學(xué)鍵鍵能大，使生成的分子更穩(wěn)定。 價(jià)鍵理論的局限性價(jià)鍵理論的局限性 5.4 雜化軌道理論與分子間作用力雜化類型與分子幾何構(gòu)型雜化類型與分子幾何構(gòu)型 （1 1）spsp雜化雜化 同一原子內(nèi)由一個(gè)同一原子內(nèi)由一個(gè)nsns軌道和一個(gè)軌道和一個(gè)npnp軌道發(fā)生的雜化，稱軌道發(fā)生的雜化，稱為為spsp雜化。雜化后組成的軌道稱為雜化。雜化后組成的軌道稱為spsp雜化軌道。雜化軌道。spsp雜化可以雜化可以而且只能得到兩個(gè)而且只能得到兩個(gè)spsp雜化軌道。雜化軌道。 5.4 雜化軌道

4、理論與分子間作用力5.4 雜化軌道理論與分子間作用力（2 2）spsp2 2雜化雜化 同一原子內(nèi)由一個(gè)同一原子內(nèi)由一個(gè)nsns軌道和二個(gè)軌道和二個(gè)npnp軌道發(fā)生的雜化，軌道發(fā)生的雜化，稱為稱為spsp2 2 雜化。雜化后組成的軌道稱為雜化。雜化后組成的軌道稱為spsp2 2雜化軌道。雜化軌道。5.4 雜化軌道理論與分子間作用力（3 3）spsp3 3雜化雜化 同一原子內(nèi)由一個(gè)同一原子內(nèi)由一個(gè)nsns軌道和三個(gè)軌道和三個(gè)npnp軌道發(fā)生的雜化，稱軌道發(fā)生的雜化，稱為為spsp3 3雜化，雜化后組成的軌道稱為雜化，雜化后組成的軌道稱為spsp3 3雜化軌道。雜化軌道。spsp3 3雜化可雜化可以

5、而且只能得到四個(gè)以而且只能得到四個(gè)spsp3 3雜化軌道。雜化軌道。 5.4 雜化軌道理論與分子間作用力5.4 雜化軌道理論與分子間作用力（4 4）spsp3 3不等性雜化不等性雜化 有些分子的成鍵，表面來看與有些分子的成鍵，表面來看與CHCH分子的成鍵似乎毫無共分子的成鍵似乎毫無共同之處。譬如同之處。譬如NHNH分子的成鍵似乎與分子的成鍵似乎與BFBF分子類似，中心原子分子類似，中心原子也將采取也將采取spsp雜化的方式成鍵，鍵角也應(yīng)為：雜化的方式成鍵，鍵角也應(yīng)為：120120，但實(shí)測，但實(shí)測結(jié)果鍵角卻為：結(jié)果鍵角卻為：1071071818，與，與lO9lO92828更為接近些。更為接近些。

6、 5.4 雜化軌道理論與分子間作用力5.4 雜化軌道理論與分子間作用力5.4 雜化軌道理論與分子間作用力 第三周期及其后的元素原子，價(jià)層中有第三周期及其后的元素原子，價(jià)層中有d軌道，若軌道，若(nl)d或或nd軌道與軌道與ns，np軌道能級比較接近，成鍵時(shí)有可能發(fā)生軌道能級比較接近，成鍵時(shí)有可能發(fā)生s-p-d(或或d-s-p)型雜化。如型雜化。如SF6分子中的分子中的S采取采取sp3d2雜化成鍵。雜化成鍵。 第六周期及其后的元素原子，價(jià)層中有第六周期及其后的元素原子，價(jià)層中有f f軌道，成鍵時(shí)還軌道，成鍵時(shí)還可能發(fā)生可能發(fā)生f-d-s-pf-d-s-p型雜化。型雜化。 5.4 雜化軌道理論與分

7、子間作用力三、分子間相互作用力 分子間力是決定物質(zhì)的沸點(diǎn)、熔點(diǎn)、氣化熱、熔化分子間力是決定物質(zhì)的沸點(diǎn)、熔點(diǎn)、氣化熱、熔化熱、溶解度、表面張力以及粘度等物理性質(zhì)的主要因素。熱、溶解度、表面張力以及粘度等物理性質(zhì)的主要因素。 （一）分子的極性和變形性（一）分子的極性和變形性分子的極性（前已述）分子的極性（前已述） 5.4 雜化軌道理論與分子間作用力分子的變形性分子的變形性 如果把一非極性分子置于電容器的兩個(gè)極板之間，分子中如果把一非極性分子置于電容器的兩個(gè)極板之間，分子中帶正電荷的原子核被吸引向負(fù)電極，而電子云被吸引向正電帶正電荷的原子核被吸引向負(fù)電極，而電子云被吸引向正電極。其結(jié)果，電子云與核發(fā)

8、生相對位移，造成分子的外形發(fā)極。其結(jié)果，電子云與核發(fā)生相對位移，造成分子的外形發(fā)生變化，使原來重合的正、負(fù)電荷中心彼此分離，分子出現(xiàn)生變化，使原來重合的正、負(fù)電荷中心彼此分離，分子出現(xiàn)了偶極。這個(gè)偶極稱為了偶極。這個(gè)偶極稱為誘導(dǎo)偶極誘導(dǎo)偶極。 5.4 雜化軌道理論與分子間作用力 綜上所述，在電場作用下，分子的正、負(fù)電荷中心分離綜上所述，在電場作用下，分子的正、負(fù)電荷中心分離而產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極的過程稱為分子的變形極化；分子中因電子而產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極的過程稱為分子的變形極化；分子中因電子云與核發(fā)生相對位移而使分子外形發(fā)生變化的性質(zhì)，就稱為云與核發(fā)生相對位移而使分子外形發(fā)生變化的性質(zhì)，就稱為分子的變形性。電

9、場越強(qiáng)，分子的變形越顯著，誘導(dǎo)偶極越分子的變形性。電場越強(qiáng)，分子的變形越顯著，誘導(dǎo)偶極越大。大。 由此可見，極性分子在電場中的極化包括分子的定向極由此可見，極性分子在電場中的極化包括分子的定向極化和變形極化兩方面。化和變形極化兩方面。 5.4 雜化軌道理論與分子間作用力（二）分子間力（二）分子間力 分子之間的相互吸引作用分子之間的相互吸引作用 （1 1）非極性分子和非極性分子之間）非極性分子和非極性分子之間 由于每個(gè)分子中的電子都在不斷地運(yùn)動，原子核都在由于每個(gè)分子中的電子都在不斷地運(yùn)動，原子核都在不停地振動，使電子云與原子核之間經(jīng)常會發(fā)生瞬時(shí)的相不停地振動，使電子云與原子核之間經(jīng)常會發(fā)生瞬時(shí)

10、的相對位移，使分子的正、負(fù)電荷中心暫時(shí)不重合，產(chǎn)生瞬時(shí)對位移，使分子的正、負(fù)電荷中心暫時(shí)不重合，產(chǎn)生瞬時(shí)偶極。偶極。 分子之間由于瞬時(shí)偶極而產(chǎn)生的作用力稱為色散力。分子之間由于瞬時(shí)偶極而產(chǎn)生的作用力稱為色散力。 5.4 雜化軌道理論與分子間作用力5.4 雜化軌道理論與分子間作用力（2 2）非極性分子和極性分子之間）非極性分子和極性分子之間 非極性分子在極性分子固有偶極作用下會發(fā)生變形極非極性分子在極性分子固有偶極作用下會發(fā)生變形極化，產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極，使非極性分子與極性分子之間還產(chǎn)生化，產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極，使非極性分子與極性分子之間還產(chǎn)生一種相互吸引作用，這種誘導(dǎo)偶極與固有偶極之間的作用一種相互吸引作用

11、，這種誘導(dǎo)偶極與固有偶極之間的作用力稱為誘導(dǎo)力。力稱為誘導(dǎo)力。 5.4 雜化軌道理論與分子間作用力5.4 雜化軌道理論與分子間作用力（3 3）極性分子和極性分子之間）極性分子和極性分子之間 極性分子由于有固有偶極，當(dāng)極性分子相互靠近時(shí)，極性分子由于有固有偶極，當(dāng)極性分子相互靠近時(shí)，如前所述，會發(fā)生定向極化，由于固有偶極的取向而產(chǎn)生如前所述，會發(fā)生定向極化，由于固有偶極的取向而產(chǎn)生的作用稱為取向力。另外，極性分子定向排列后還會進(jìn)一的作用稱為取向力。另外，極性分子定向排列后還會進(jìn)一步發(fā)生變形極化，產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極。步發(fā)生變形極化，產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極。5.4 雜化軌道理論與分子間作用力5.4 雜化軌道理論與分

12、子間作用力分子間力的特點(diǎn)和影響因素分子間力的特點(diǎn)和影響因素 （1 1）分子間力是存在于分子間的一種電性作用力；）分子間力是存在于分子間的一種電性作用力； （2 2）作用范圍僅為幾百皮米（）作用范圍僅為幾百皮米（pmpm）。當(dāng)分子距離大于）。當(dāng)分子距離大于500pm500pm，作用力就顯著減弱；作用力就顯著減弱； （3 3）分子間力雖然比化學(xué)鍵鍵能約?。┓肿娱g力雖然比化學(xué)鍵鍵能約小1 12 2個(gè)數(shù)量級，但個(gè)數(shù)量級，但對由共價(jià)型分子所組成的物質(zhì)的一些物理性質(zhì)影響很大；對由共價(jià)型分子所組成的物質(zhì)的一些物理性質(zhì)影響很大； （4 4）沒有方向性和飽和性；）沒有方向性和飽和性； （5 5）對大多數(shù)分子來說

13、，色散力是分子間主要的作用力，）對大多數(shù)分子來說，色散力是分子間主要的作用力，三種力的相對大小一般為：色散力三種力的相對大小一般為：色散力取向力取向力 誘導(dǎo)力。誘導(dǎo)力。 5.4 雜化軌道理論與分子間作用力分子間力對物質(zhì)物理性質(zhì)的影響分子間力對物質(zhì)物理性質(zhì)的影響 液態(tài)物質(zhì)分子間力越大，氣化熱就越大，沸點(diǎn)就越高；液態(tài)物質(zhì)分子間力越大，氣化熱就越大，沸點(diǎn)就越高；固態(tài)物質(zhì)分子間力越大，熔化熱就越大，熔點(diǎn)就越高。一固態(tài)物質(zhì)分子間力越大，熔化熱就越大，熔點(diǎn)就越高。一般來說，結(jié)構(gòu)相似的同系列物質(zhì)分子量越大，分子變形性般來說，結(jié)構(gòu)相似的同系列物質(zhì)分子量越大，分子變形性也越大，分子間力越強(qiáng)，物質(zhì)的沸點(diǎn)、熔點(diǎn)也就

14、越高。也越大，分子間力越強(qiáng)，物質(zhì)的沸點(diǎn)、熔點(diǎn)也就越高。 分子間力對液體的互溶度以及固、氣態(tài)非電解質(zhì)在液分子間力對液體的互溶度以及固、氣態(tài)非電解質(zhì)在液體中的溶解度也有一定影響。溶質(zhì)或溶劑體中的溶解度也有一定影響。溶質(zhì)或溶劑( (指同系物指同系物) )的極的極化率越大，分子變形性和分子間力越大，溶解度也越大。化率越大，分子變形性和分子間力越大，溶解度也越大。 5.4 雜化軌道理論與分子間作用力（三）氫鍵（三）氫鍵 不僅同種分子之間可以存在氫鍵，某些不同種分子之間不僅同種分子之間可以存在氫鍵，某些不同種分子之間也可能形成氫鍵。也可能形成氫鍵。 氫鍵結(jié)合的情況：氫鍵結(jié)合的情況：X-HX-HY Y。式中

15、。式中X X和和Y Y代表代表F F，O O，N N等電等電負(fù)性大而原子半徑較小的非金屬原子。負(fù)性大而原子半徑較小的非金屬原子。X X和和Y Y可以是兩種相可以是兩種相同的元素，也可以是兩種不同的元素。同的元素，也可以是兩種不同的元素。 5.4 雜化軌道理論與分子間作用力 第一種把第一種把X-HY整個(gè)結(jié)構(gòu)叫氫鍵，因此氫鍵的鍵長就整個(gè)結(jié)構(gòu)叫氫鍵，因此氫鍵的鍵長就是指是指X與與Y之間的距離之間的距離, 例如例如F-HF的鍵長為的鍵長為255pm。 第二種把第二種把HY叫做氫鍵，這樣叫做氫鍵，這樣HF之間的距離之間的距離163pm才算是氫鍵的鍵長。才算是氫鍵的鍵長。 5.4 雜化軌道理論與分子間作用

16、力形成氫鍵的條件是：形成氫鍵的條件是： （1 1）要有一個(gè)與電負(fù)性很大的元素）要有一個(gè)與電負(fù)性很大的元素(X)(X)形成強(qiáng)極性鍵形成強(qiáng)極性鍵的氫原子；的氫原子； （2 2）還要有一個(gè)電負(fù)性也很大，含有孤電子對并帶有）還要有一個(gè)電負(fù)性也很大，含有孤電子對并帶有部分負(fù)電荷的原子部分負(fù)電荷的原子(Y)(Y)； （3 3）X X與與Y Y的原子半徑都要較小。的原子半徑都要較小。 5.4 雜化軌道理論與分子間作用力氫鍵的方向性和飽和性氫鍵的方向性和飽和性 氫鍵的方向性是指：氫鍵的方向性是指：Y Y原子與原子與X-HX-H形成氫鍵時(shí)，將盡可形成氫鍵時(shí)，將盡可能使氫鍵與能使氫鍵與X-HX-H鍵軸在同一個(gè)方向

17、，即鍵軸在同一個(gè)方向，即X-HX-HY Y三個(gè)原子在三個(gè)原子在同一直線上。同一直線上。 氫鍵的飽和性是指：每一個(gè)氫鍵的飽和性是指：每一個(gè)X-HX-H只能與一個(gè)只能與一個(gè)Y Y原子形成原子形成氫鍵。氫鍵。 5.4 雜化軌道理論與分子間作用力氫鍵的強(qiáng)度氫鍵的強(qiáng)度 氫鍵的牢固程度氫鍵的牢固程度鍵強(qiáng)度也可以用鍵能來表示。簡鍵強(qiáng)度也可以用鍵能來表示。簡單地說，氫鍵鍵能是指每拆開單位物質(zhì)的量的單地說，氫鍵鍵能是指每拆開單位物質(zhì)的量的 H HY Y鍵所鍵所需的能量。氫鍵的鍵能一般在需的能量。氫鍵的鍵能一般在42kJ42kJmolmol-1-1以下，比共價(jià)鍵以下，比共價(jià)鍵的鍵能小得多，而與分子間力更為接近些。

18、的鍵能小得多，而與分子間力更為接近些。 5.4 雜化軌道理論與分子間作用力分子內(nèi)氫鍵分子內(nèi)氫鍵 某些分子內(nèi)，例如某些分子內(nèi)，例如HNOHNO3 3、鄰硝基苯酚分子可以形、鄰硝基苯酚分子可以形成分子內(nèi)氫鍵。分子內(nèi)氫鍵由于受環(huán)狀結(jié)構(gòu)的限制，成分子內(nèi)氫鍵。分子內(nèi)氫鍵由于受環(huán)狀結(jié)構(gòu)的限制，X-HX-HY Y往往不能在同一直線上。往往不能在同一直線上。 5.4 雜化軌道理論與分子間作用力氫鍵形成對物質(zhì)性質(zhì)的影響氫鍵形成對物質(zhì)性質(zhì)的影響 （1 1）熔、沸點(diǎn)）熔、沸點(diǎn) 分子間有氫鍵，分子間結(jié)合力強(qiáng)，當(dāng)這些物質(zhì)熔化分子間有氫鍵，分子間結(jié)合力強(qiáng)，當(dāng)這些物質(zhì)熔化或氣化時(shí)，除了要克服純粹的分子間力外，還必須額外或氣

19、化時(shí)，除了要克服純粹的分子間力外，還必須額外地供應(yīng)一份能量來破壞分子間的氫鍵，所以這些物質(zhì)的地供應(yīng)一份能量來破壞分子間的氫鍵，所以這些物質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)比同系列氫化物的高。熔點(diǎn)、沸點(diǎn)比同系列氫化物的高。 5.4 雜化軌道理論與分子間作用力（2 2）溶解度）溶解度 在極性溶劑中，如果溶質(zhì)分子與溶劑分子之間形成在極性溶劑中，如果溶質(zhì)分子與溶劑分子之間形成氫鍵，則溶質(zhì)的溶解度增大。氫鍵，則溶質(zhì)的溶解度增大。HFHF和和NHNH3 3在水中的溶解度在水中的溶解度比較大，就是這個(gè)緣故。比較大，就是這個(gè)緣故。 （3 3）粘度）粘度 分子間有氫鍵的液體，一般粘度較大。分子間有氫鍵的液體，一般粘度較大。 5.4

20、 雜化軌道理論與分子間作用力（4 4）密度）密度 液體分子間若形成氫鍵，有可能發(fā)生締合現(xiàn)象。液體分子間若形成氫鍵，有可能發(fā)生締合現(xiàn)象。 這種由若干個(gè)簡單分子聯(lián)系成復(fù)雜分子而又不會改這種由若干個(gè)簡單分子聯(lián)系成復(fù)雜分子而又不會改變原物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的現(xiàn)象，稱為分子締合。締合而成的變原物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的現(xiàn)象，稱為分子締合。締合而成的復(fù)雜分子稱為締合分子。分子締合的結(jié)果會影響液體的復(fù)雜分子稱為締合分子。分子締合的結(jié)果會影響液體的密度。密度。 5.5晶體結(jié)構(gòu)一、晶體的基本類型 （一）離子晶體（一）離子晶體 離子間通過離子鍵結(jié)合而成的晶體叫做離子晶體。離子間通過離子鍵結(jié)合而成的晶體叫做離子晶體。 1 1、晶格：晶

21、格：在晶體中，組成晶體的粒子有規(guī)則地排列在晶體中，組成晶體的粒子有規(guī)則地排列在空間一定的點(diǎn)上，這些點(diǎn)重復(fù)出現(xiàn)的空間結(jié)構(gòu)叫晶格。在空間一定的點(diǎn)上，這些點(diǎn)重復(fù)出現(xiàn)的空間結(jié)構(gòu)叫晶格。 2 2、配位數(shù)配位數(shù): :在晶體中與某在晶體中與某一粒子最鄰近的其它粒子數(shù)叫一粒子最鄰近的其它粒子數(shù)叫做某粒子的配位數(shù)。做某粒子的配位數(shù)。 5.5晶體結(jié)構(gòu)3 3、特點(diǎn)特點(diǎn): :硬度大，密度大，難于壓縮，難以揮發(fā)，有較高的硬度大，密度大，難于壓縮，難以揮發(fā)，有較高的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)。熔點(diǎn)和沸點(diǎn)。 4 4、晶格能晶格能 在在2525和和100kPa100kPa下，由氣態(tài)正負(fù)離子生成下，由氣態(tài)正負(fù)離子生成1mol1mol離子晶離子

22、晶體時(shí)所釋放出來的能量叫做晶格能。用體時(shí)所釋放出來的能量叫做晶格能。用E EL L表示。表示。 晶格能與正、負(fù)離子之間所帶的電荷（分別以晶格能與正、負(fù)離子之間所帶的電荷（分別以 z z+ +，z z- -表示），正、負(fù)離子的半徑（分別以表示），正、負(fù)離子的半徑（分別以r r+ +，r r- -表示表示 ），），rrzzEL5.5晶體結(jié)構(gòu) 對于具有相同電子構(gòu)型的離子來講，如果離子半徑大對于具有相同電子構(gòu)型的離子來講，如果離子半徑大小接近，則離子的電荷越多，晶格能就越大，晶體的熔點(diǎn)小接近，則離子的電荷越多，晶格能就越大，晶體的熔點(diǎn)也越高，硬度也越大。也越高，硬度也越大。 當(dāng)離子的電荷相同時(shí)，離子的

23、半徑越小，晶格能就越當(dāng)離子的電荷相同時(shí)，離子的半徑越小，晶格能就越大，晶體的熔點(diǎn)也越高，硬度也越大。大，晶體的熔點(diǎn)也越高，硬度也越大。 5.5晶體結(jié)構(gòu)（二）原子晶體（二）原子晶體 1 1、定義、定義 相鄰原子間以共價(jià)鍵結(jié)合而形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體相鄰原子間以共價(jià)鍵結(jié)合而形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體叫原子晶體。叫原子晶體。 2 2、特點(diǎn)、特點(diǎn) 一般比較堅(jiān)硬，具有較高的熔點(diǎn)，沸點(diǎn)，不導(dǎo)電，難一般比較堅(jiān)硬，具有較高的熔點(diǎn)，沸點(diǎn)，不導(dǎo)電，難溶于一切溶劑。溶于一切溶劑。 常見的原子晶體：金剛石，石英（SiO2），SiC，GaAs（砷化鎵），Si，Ge等。 5.5晶體結(jié)構(gòu)在原子晶體中，同樣沒有分子存在，只是表示原子個(gè)數(shù)比。 5.5晶體結(jié)構(gòu)（三）分子晶體（三）分子晶體 凡靠分子間力凡靠分子間力( (有時(shí)還可能有氫鍵有時(shí)還可能有氫鍵) )結(jié)合而成的晶體統(tǒng)稱結(jié)合而成的晶體統(tǒng)稱為分子晶體。為分子晶體。 分子晶體中晶格結(jié)點(diǎn)上排列的是分子分子晶體中晶格結(jié)點(diǎn)上排列的是分子( (也包括希