第六章化學鍵與分子結構

第

6章

化學鍵與分子結構返回Chapter6ChemicalBondandMolecularStructure1本章教學要求1．掌握價鍵理論的內容,會用價鍵理論解釋共價鍵的特征;2．掌握雜化軌道理論的內容,會用雜化軌道理論解釋簡單分子的空間結構；3．認識分子間作用力和氫鍵的本質，會用其解釋對物質性質的影響.2化學鍵共價鍵：兩原子通過共用電子對吸引兩核產生的結合力(牢)。金屬鍵：通過自由電子吸引金屬原子和離子產生的結合力(導電)。離子鍵：正負離子間靠靜電引力產生的結合力(水中完全電離)。極性共價鍵非極性共價鍵6.1化學鍵的類型6.2共價鍵與分子結構6.2.1價鍵理論（共價鍵形成理論）p.133～134共價鍵的形成條件：能量最低↑↓↑↑共價鍵形成時電子云的分布3價鍵理論要點：鍵合原子雙方各自提供自旋相反的未成對電子；鍵合原子雙方未成對電子的原子軌道應盡可能最大程度地重疊（原子軌道相位相同）。共價鍵的特征：原子能夠提供的未成對電子數(shù)目通常就是該原子共價鍵的數(shù)目（飽和性）；原子軌道按最大重疊方向形成共價鍵（方向性）共價鍵的本質：結合力的本質是兩核對共用電子對的吸引例如：HCl√×××4◆σ鍵(單鍵,穩(wěn)定鍵)：重疊軌道的電子云密度沿鍵軸方向的投影為圓形，表明電子云密度饒鍵軸（原子核之間的連線）對稱.形象的表示為“頭碰頭”.py－py◆

π鍵(重鍵中的次穩(wěn)定鍵)：重疊軌道的電子云密度饒鍵軸不完全對稱.形象的表示為“肩并肩”.s－ss－ppx－px由于共價鍵在形成時各個原子提供的軌道類型不同，所以形成的共價鍵的鍵型也有不同.共價鍵的類型56.2.2雜化軌道與分子的空間構型探究一些可以解決以上問題新理論在眾多科學家的探求中，Pauling

求助于“雜化概念”建立了新的化學鍵理論雜化軌道理論.

前面介紹的s軌道與p軌道重疊方式并不能解釋大多數(shù)多原子分子中的鍵長和鍵角.例如,如果H2O和NH3

分子中的O－H鍵和N－H鍵是由H原子的1s軌道與O原子或N原子中單電子占據(jù)的2p軌道重疊形成的，HOH和HNH鍵角應為90°；事實上,上述兩個鍵角各自都遠大于90°.6●成鍵過程中，同一原子中能量相近的一組原子軌道互相混合，形成一組成鍵能力更強的新軌道——雜化軌道；（1）基本要點●軌道成分變了●軌道的能量變了●軌道的形狀變了結果，當然是更有利于成鍵！總之，雜化后的軌道變了●含有未成對電子的雜化軌道總是形成σ鍵●雜化前后軌道數(shù)目不變7

●sp雜化2s2p2s2psp2ptwo

sphybridorbitalexcitedhybridizationConfigurationofBeingroundstateHybridorbital(2)雜化形式FormationofthecovalentbondsinBeCl2

（直線型分子）8FormationofthecovalentbondsinBF3（平面三角形分子）

●sp2雜化2s2p軌道2s2p2s2psp2threesp2hybridorbitalexcitedhybridizationHybridorbitalConfigurationofBingroundstate9FormationofthecovalentbondsinCH4(正四面體型分子)2p2s2s2psp3foursp3hybridorbital●sp3雜化(C與四個原子結合)excitedhybridizationHybridorbitalConfigurationofCingroundstate102p2s2s2pC的sp2雜化（C與三個原子結合）excitedhybridizationsp2threesp2hybridorbital↑FormationofthecovalentbondsinCH2=CH2（平面形分子）HHHHHHHH11sp2ptwo

sphybridorbital2p2s2s2pC的sp雜化（C與兩個原子結合）excitedhybridization↑↑FormationofthecovalentbondsinCHCH（直線型分子）HH12“不等性雜化”:即雜化后的軌道中填充的有中心原子的孤電子對.這樣我們就可以解釋象水和氨這樣的分子結構了.H2O中,O原子采取sp3不等性sp3雜化HybridorbitalConfigurationofOingroundstateValencebondpicturesofH2O....13NH3中N原子采取sp3不等性雜化不等性sp3雜化ValencebondpicturesofNH3ConfigurationofNingroundstateHybridorbital..14●NH3、H2O的鍵角為什么比CH4??？CO2的鍵角為何是180°？乙烯為何取120°的鍵角？●在BCl3

和NCl3分子中，中心原子的氧化數(shù)和配體數(shù)都相同，為什么兩者的空間分子結構卻不同？試用雜化軌道理論解釋下面問題：Question中心原子的雜化形式不同,BCl3中，中心原子采用sp2雜化，……;

NCl3中，中心原子采用不等性sp3雜化，……。

CH4中,中心原子采用sp3雜化軌道成鍵,四條sp3雜化軌道產生強排斥互相遠離,形成四面體鍵角109.5°;NH3、H2O中，中心原子采用不等性sp3雜化，四條sp3雜化軌道中有的被孤對電子對占據(jù),而孤對電子對產生的排斥力比未成對電子的更大，對鍵角產生了擠壓作用；……。CO2中，中心原子C采用sp雜化，兩條sp雜化軌道產生強排斥互相遠離，形成直線型鍵角180°,……。乙烯中，中心原子C采用sp2雜化，三條sp2雜化軌道產生強排斥互相遠離，形成平面三角形鍵角120°,……。156.4分子間力和氫鍵

(intermolecularforcesandhydrogenbonding)●偶極矩(dipolemoment,μ)分子間作用力是分子之間存在的比化學鍵弱很多的相互吸引力.6.4.1分子的極性●極性分子：正、負電中心不相重合（電子云分布不對稱）的分子。m=q?d偶極矩是表示分子中電荷分布狀況的物理量，定義為正、負電重心間的距離與電荷量的乘積，其單位為C﹒m（庫﹒米）.分子電偶極矩是個矢量.對雙原子分子而言，分子偶極矩等于鍵的偶極矩；對多原子分子而言，分子偶極矩則等于各個鍵的偶極矩的矢量和.

16ThebonddipolemomentofsomecompoundsMoleculem/10-30C?mMoleculem/10-30C?mH20H2O6.16N20HCl3.43CO20HBr2.63CS20HI1.27H2S3.66CO0.40SO25.33HCN6.99

例如：●分子的極性產生的原因：共價鍵有極性，且鍵的極性不能抵消OHHNHHHOCOCClClClCl+–H2ONH3CO2CCl4+–(μ=6.17×10-30C·m)(μ=4.90×10-30C·m)(μ=0)(μ=0)17極性分子固有的偶極叫永久偶極(permanentdipole)；在極性分子誘導下產生或改變的偶極叫誘導偶極(induceddipole)；由不斷運動的電子和不停振動的原子核在某一瞬間的相對位移造成分子正、負電荷重心分離引起的偶極叫瞬間偶極。(instanteneousdipole).

(1)色散力(dispersionforce)指分子的瞬間偶極與瞬間誘導偶極之間的作用力，它存在于一切分子之間.分子間力可以看成是這些偶極之間的相互作用：●分子極性對分子性質的影響：

影響溶解度（相似相溶）影響分子間力18通常情況下非極性分子的正電荷重心與負電荷重心重合，但原子核和電子的運動可導致電荷重心瞬間分離，從而產生瞬間偶極.瞬間偶極又使鄰近的分子產生瞬間誘導偶極，兩種偶極處于異極相鄰狀態(tài).dispersionforce19

色散力的大小既依賴于分子的大小，也依賴于分子的形狀

●丙烷、正丁烷和正戊烷均為直鏈化合物(可以忽略分子形狀的影響),色散力隨分子體積的增大而增大,導致沸點按同一順序升高:

CH3CH2CH3CH3CH2CH2CH3CH3CH2CH2CH2CH3

b.p.-44.5℃b.p.-0.5℃b.p.36℃

●正戊烷、異戊烷和新戊烷三種異構體的相對分子質量相同,色散力隨分子結構密實程度的增大而減小,導致沸點按同一順序下降:

CH3∣CH3CH2CH2CH2CH3CH3CH2CHCH3CH3－C－CH3∣∣CH3CH3b.p.36℃b.p.28℃b.p.9.5℃

●色散力不但普遍存在于各類分子之間，而且除極少數(shù)強極性分子(如HF，H2O)外，大多數(shù)分子間力都以色散力為主.20(2)誘導力(inducedforce)指在極性分子誘導下產生的誘導偶極與其它偶極之間的作用力，它存在于極性分子與其它分子之間。(3)取向力（偶極-偶極作用力）極性分子是一種偶極子，兩個極性分子相互靠近時，根據(jù)同性相斥、異性相吸原理使分子按一定取向排列，導致系統(tǒng)處于一種比較穩(wěn)定的狀態(tài).取向力是指極性分子與極性分子的永久偶極間的靜電引力。這種作用力的大小與分子的偶極矩直接相關。它僅存在于極性分子之間。dipole-dipoleforce

21Relativemolecularmasst(m.p.)/℃t(b.p.)/℃m/10-30C·m32.092－185.0－111.2033.998－133.81－87.781.8334.076－85.60－60.753.67PropertySiH4PH3H2STheeffectofdipole-dipoleforceonphysicalproperties

三種物質的熔點和沸點按列出的順序依次升高，被認為是分子間作用力按同一順序增大而引起的.

分子間力影響著物質的各種物理性質，例如：熔點和沸點22●氫鍵存在的證明2.9.2氫鍵（hydrogenband）氫鍵和分子間作用力一樣，也是很弱的力.與同系物性質的不同就有可能是由氫鍵引起的.Thestructureofice