化学键和分子间作用力省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、5.3 化学键与分子间相互作用力化学键与分子间相互作用力 Chemical Bond&Intermolecular Force5.3.1 化学键化学键(Chemical Bond)5.3.2 分子极性与分子空间构型分子极性与分子空间构型 (Molecular Polarity and Geometry)5.3.3 分子间相互作用力分子间相互作用力 (Intermolecular Force)第1页5.3.1 化学键化学键(Chemical Bond)一、一、化学键定义化学键定义(definition of chemical bond)不一样外在性质反应了物质不一样内部结构各自内部结协力不一样不
2、一样物质含有不一样外在性质化学键是指分子内部原子之间化学键是指分子内部原子之间强强相互作用力。相互作用力。125900 kJ/mol第2页二、化学键类型二、化学键类型金属键金属键离子键离子键共价键共价键存在于金属内部化学键存在于金属内部化学键1.离子键离子键:由正、负离子之间静电引力形成化学键,由正、负离子之间静电引力形成化学键,称为称为离子键。离子键。离子键特点离子键特点 本质是静电引力(库仑引力)本质是静电引力(库仑引力)没有方向性和饱和性(库仑引力性质所决定)没有方向性和饱和性(库仑引力性质所决定)即:即:正负离子正负离子近似看作近似看作点电荷点电荷,所以其作用,所以其作用不不存在方向存
3、在方向问题;在空间条件许可情况下,每个问题;在空间条件许可情况下,每个离子可吸引尽可能多相反离子。离子可吸引尽可能多相反离子。第3页NaClCsClArrangement of ions in crystalline sodium chloride and Cesium chloride第4页 键极性与元素电负性相关键极性与元素电负性相关电负性小电负性小易形成易形成正离子,正离子,K+、Na+活泼金属活泼金属(如如K、Na)电负性大电负性大活泼非金属活泼非金属(如如F、Cl)易形成易形成负离子,负离子,F-、Cl-经典经典正、负离子外层电子构型:正、负离子外层电子构型:ns2np6 称称8电子
4、构型电子构型 如如K+、Cl-:3s23p6F-、Na+:2s22p6不经典不经典正离子外层电子构型还有:正离子外层电子构型还有:917电子构型,电子构型,如如Fe 3+3+:3s23p63d5,Cu 2+2+:3s23p63d918电子构型,电子构型,如如Cu+:3s23p63d5,Zn 2+2+:3s23p63d10第5页2.共价键:共价键:两原子间经过共用电子对而形成化学键。两原子间经过共用电子对而形成化学键。电负性相同或相差不很大电负性相同或相差不很大共价键本质?共价键本质?怎样解释形成双键和叁键原子间共享怎样解释形成双键和叁键原子间共享 2 2 对、对、3 3 对电子?对电子?电子正
5、确享用与提供电子原子轨道间存在电子正确享用与提供电子原子轨道间存在 什么关系?什么关系?能否用原子轨道在空间取向解释分子几何能否用原子轨道在空间取向解释分子几何 形状?形状?(1)原子轨道重合原子轨道重合价键理论价键理论(superposition of atomic orbital valence bond theory)第6页量子力学处理量子力学处理H2分子结果分子结果 两个氢原子电两个氢原子电子自旋方式相反,子自旋方式相反,靠近、重合,核间靠近、重合,核间形成一个电子概率形成一个电子概率密度较大区域。系密度较大区域。系统能量降低,形成统能量降低,形成氢分子。氢分子。核间距核间距 R0为为
6、74 pm。共价键本质共价键本质原子轨道重合,核间电原子轨道重合,核间电子概率密度大吸引原子核而成健。子概率密度大吸引原子核而成健。第7页价键理论基本关键点与共价键特点价键理论基本关键点与共价键特点价键理论基本关键点:价键理论基本关键点:未成对价电子自旋方式相反;未成对价电子自旋方式相反;原子轨道对称性匹配,且最大程度地重合。原子轨道对称性匹配,且最大程度地重合。1 1与与 2 2符号相同符号相同第8页重合重合不能重合不能重合第9页匹配,最大重合匹配,最大重合第10页共价键特点:共价键特点:方向性方向性饱和性饱和性:每个原子未成对电子数是一定,所每个原子未成对电子数是一定,所 以形成共用电子正
7、确数目也就一定。以形成共用电子正确数目也就一定。H ClH O HN N指指原原子子间间总总是是尽尽可可能能沿沿着着原原子子轨轨道道最最大重合方向成键。大重合方向成键。第11页键:原子轨道沿核间联线方向进行同号重合(头碰头)。共价键键型共价键键型第12页键:两原子轨道垂直核间联线并相互平行进行同号重合(肩并肩)。第13页键与键与键形成示意图键形成示意图“头碰头头碰头”肩肩并并肩肩第14页键型稳定性:键型稳定性:键键 键键为何?为何?问题:问题:相邻两原子间只能形成相邻两原子间只能形成 个个键键,但可形,但可形成成 个或个或 个以上个以上键键。1 12 22 2为何?为何?第15页图图2.8 N
8、2分子轨道重合图分子轨道重合图第16页19311931年,鲍林在价键理论基础上提出了杂化轨道理论。年,鲍林在价键理论基础上提出了杂化轨道理论。三、三、分子空间构型与杂化轨道分子空间构型与杂化轨道(hybrid orbital)据价键理论:据价键理论:OHHNHHHNHHH试验结果:试验结果:OHHNHHH10710440 O:2s22p4N:2s22p3H:1s1H:1s1第28页 成键时能级相近价电子轨道相混杂,形成新价电成键时能级相近价电子轨道相混杂,形成新价电子轨道子轨道杂化轨道杂化轨道轨道成份变了轨道成份变了总之,杂化后轨道总之,杂化后轨道轨道能量变了轨道能量变了轨道形状变了轨道形状变
9、了结果,当然是更有结果,当然是更有利于成键啰!利于成键啰!变了变了 杂化后轨道伸展方向,形状和能量发生改变杂化后轨道伸展方向,形状和能量发生改变 杂化前后轨道数目不变杂化前后轨道数目不变1.1.杂化轨道理论基本关键点杂化轨道理论基本关键点2.2.杂化形式杂化形式等性杂化等性杂化不等性杂化不等性杂化第29页Be:2s2(1)sp杂杂化化BH2空间构型为直线形空间构型为直线形HHBespsp杂化杂化Be采取采取sp杂化杂化生成生成BeH2第30页两个两个sp杂化轨道杂化轨道第31页B:2s22p1(2)sp2杂化杂化BF3空间构型为空间构型为平面三角形平面三角形第32页sp2sp2杂化杂化第33页
10、三个三个sp2杂化轨道杂化轨道第34页CH4空间构型空间构型为正四面体为正四面体C:2s22p2(3)sp3杂化杂化第35页sp3第36页四个四个sp3杂化轨道杂化轨道第37页 等性等性spspn n杂化比较:杂化比较:杂杂化化轨轨道道类类型型spsp2sp3参加杂化原子参加杂化原子轨道轨道1 1个个s s,1 1个个p p1 1个个s s,2 2个个p p1 1个个s s,3 3个个p p杂化轨道数目杂化轨道数目234杂化轨道成份杂化轨道成份s=1/(1+n)s=1/(1+n)p=n/(1+n)p=n/(1+n)1/2s1/2s、1/2p1/2p1/3s1/3s、2/3p2/3p1/4s1/
11、4s、3/4p3/4p杂化轨道间夹角杂化轨道间夹角1801801201201092810928空间构型空间构型直线型直线型平面三角形平面三角形正四面体正四面体成键能力成键能力依次增强依次增强实例实例BeX2、CO2、HgCl2、C2H2BX3、CO32-、C2H4CH4、CCl4、SiH4、SiCl4第38页(4)不等性不等性sp3杂化杂化第39页 第40页判断等性判断等性sp3杂化与不等性杂化与不等性sp3杂化依据:杂化依据:(1 1)若参加杂化原子轨道中电子总数小于或等于原子轨)若参加杂化原子轨道中电子总数小于或等于原子轨道总数,则可形成等性杂化。道总数,则可形成等性杂化。(2 2)若电子
12、总数大于轨道总数,一定有)若电子总数大于轨道总数,一定有 孤对电子存在,而形成不等性杂化孤对电子存在,而形成不等性杂化A A族族A A族族 A A族族2如如A A、A A、A A族元素可分别形成等性族元素可分别形成等性sp、sp2、sp3杂杂化化BeBCSiAlN、PO、SF、Cl、Br孤电子对数孤电子对数如不等性如不等性sp3杂化元素杂化元素13元素举例元素举例氢化物分子空间构型氢化物分子空间构型三角锥形三角锥形V形形直线形直线形第41页sp3d杂化杂化第42页sp3d2杂化杂化第43页思索题:解释思索题:解释CH4,C2H2,CO2分子构型。分子构型。已知:已知:C2H2,CO2均为直线型
13、;均为直线型;构型为:构型为:C=CHHHH第44页试用杂化轨道理论解释下面问题:试用杂化轨道理论解释下面问题:NH3、H2O 键角为何比键角为何比 CH4 小?小?CO2 键角为键角为何是何是180?乙烯为何取乙烯为何取120 键角?键角?在在 BCl3 和和 NCl3 分子中,中心原子氧化数和配体数都分子中,中心原子氧化数和配体数都相同,为何二者空间分子结构却不一样?相同,为何二者空间分子结构却不一样?QuestionQuestion还是杂化形式不一样还是杂化形式不一样杂化形式不一杂化形式不一样样第45页(1 1)分子间力没有方向性和饱和性;分子间力没有方向性和饱和性;分子间力没有方向性和
14、饱和性;分子间力没有方向性和饱和性;特点特点:一一、分子间力分子间力(intermolecular force)中性原子或分子间非化学键相互作用力。中性原子或分子间非化学键相互作用力。中性原子或分子间非化学键相互作用力。中性原子或分子间非化学键相互作用力。(2 2)能量比化学键力小)能量比化学键力小12个数量级;作用范围小(仅个数量级;作用范围小(仅为几百为几百pm之间,与分子间距离之间,与分子间距离7 7次方成反比);次方成反比);(3 3)影响重大:对物质熔点、沸点、溶解度、表面张力影响重大:对物质熔点、沸点、溶解度、表面张力影响重大:对物质熔点、沸点、溶解度、表面张力影响重大:对物质熔点
15、、沸点、溶解度、表面张力以及熔化热、气化热等性质产生很大影响。以及熔化热、气化热等性质产生很大影响。以及熔化热、气化热等性质产生很大影响。以及熔化热、气化热等性质产生很大影响。本质:本质:属静电引力,它与分子极性相关。属静电引力,它与分子极性相关。属静电引力,它与分子极性相关。属静电引力,它与分子极性相关。5.3.3 分子间相互作用力分子间相互作用力(Intermolecular Force)分子间力分子间力通常包含通常包含范德华力范德华力和和氢键氢键两种两种。第46页 1 1、范德华力(、范德华力(van der Weals forces):包含三种力):包含三种力 (1 1 1 1)色散力
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