《化学反应教学课件》4物质结构基础.ppt

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1、键的极性键的极性是由成键原子的电负性不同引起的,非极性共价键:成键原子的电负性相同,正、负电荷重心重合 如:HH,ClCl,OO,极性共价键:成键原子的电负性不相同,正、负电荷重心不重合 如:HCl,HO,越大共价键的极性越强,分子的极性与分子间力,分子内原子间的结合靠化学键,物质中的分子间存在着分子间作用力.,分子的极性与极化分子间力,极性分子,分子的极性,极性分子:正、负电荷重心不重合的分子,非极性分子:正、负电荷重心重合的分子,非极性分子,分子的极性与极化,分子极性的强弱决定于 正、负电荷重心的距离和电荷量。,电偶极矩(),=q d,电偶极矩为：,q 电荷量 d偶极长度单位：Cm,:用来

2、表征分子极性的大小,:为矢量,方向:从正极到负极,若=0，表示分子是非极性分子,若0，表示分子是极性分子越大，表示分子的极性越大,如:CO2,分子的极性源于键的极性成键原子间电子云的分布，这种分布依原子的电负性来判断。,极性分子,分子极性与键的极性的关系,由极性键构成的双原子分子,由极性键构成的多原子分子且空间构型不对称(如:H2O),非极性分子,由非极性键构成的分子(如:P4),由极性键构成的多原子分子且空间构型对称(如:BF3),如：,H-H,O=O,H-Cl,O=C=O,H2O,CH4,分子的极性与键的极性,分子的极性怎样左右物质的行为？,纸片用铅笔涂黑的一面总是指向有机液体,水分子是极

3、性分子，有机化合物C6H14和CCl4是非极性分子。,石墨(铅笔)是非极性的，而造纸的纤维是有极性的。,我们用摩擦的办法取得静电,然后，让带电的小棒靠近不同的液流，,丙酮,乙醇,水,液流弯曲程度的不同反映了什么？,丙酮、乙醇、水分子的极性是依次增大的。,结论：分子的极性就是分子的电性。,源于分子极性的分子间力是电性力！,1、外加电场极化,正、负电荷重心相对位移，产生偶极或增 大偶极的过程，即为分子的极化。,分子的极化,2、极性分子极化,发生于：极性分子与极性分子之间 极性分子与非极性分子之间,固有偶极:极性分子正负电荷重心不重合,始终存在着正负两极，其与电场无关。,=q d,分子极性的变化有三

4、种情况:,固有偶极诱导偶极瞬间偶极,电场撤去，诱导偶极消失,诱导偶极:在外电场作用下，分子发生变形 极化而产生的偶极。,(),瞬时偶极:分子内部由于电子和原子核的相 对运动会使分子发生瞬时的变形 而产生的偶极。如：,瞬时偶极存在时间极短,却不断反复发生。,瞬间偶极和分子的变形性大小有关,分子间力较弱,但对物质的熔点、沸点、溶解度和表面张力等有重要影响。,取向力,极性分子的固有偶极间因取向而产生的静电引力叫取向力。,存在于极性分子和极性分子之间,范德华力（1873）,诱导力,极性分子作为电场使非极性分子变形而产生诱导偶极。固有偶极和诱导偶极间的吸引力是诱导力。,存在于极性分子和非极性分子之间 极

5、性分子和极性分子之间,非极性分子可以产生瞬时偶极，靠瞬时偶极相互吸引而产生的分子间力叫色散力。,存在于非极性分子之间 极性分子和非极性分子之间 极性分子和极性分子之间,色散力,异极相吸产生色散力,色散力存在于任何分子之间,诱导力存在于极性分子和非极性分子之间 极性分子和极性分子之间,取向力存在于极性分子和极性分子之间,非极性分子之间只存在:色散力,极性分子和非极性分子之间存在:诱导力,色散力,极性分子之间存在:取向力,诱导力,色散力,小结,kJ/mol 取向力 诱导力 色散力Ar 00 8.49 HCl 3.305 1.104 16.82,三种力在不同的物质分子间所占的比例不同大多数分子间色散

6、力是主要的，其强度与分子的大小有关，随分子量的增大而增大。,如:卤素分子F2,Cl2,Br2,I2 之间只存在着色散力,色散力随相对分子量的增大而增大,因此它们的熔点和沸点也随相对分子量的增大而升高。,稀有气体的沸点从He到Xe递增的原因也如此。,分子间力的特征,是弱作用力:比化学键小1-2个数量级。如：H2O中,分子间力47.28kJ.mol-1 而E(OH)=463kJ.mol-1,无方向性和饱和性。,是近距离力:在300pm-500pm间有效，而且与r7成反比。短程力,范德华力不属于化学键范畴,物质的沸点、熔点等物理性质与分子间 的作用力有关。一般说来范德华力小的 物质，其沸点和熔点都较

7、低。,问题的提出,氢 键,分 子 间 作 用 力,分子间作用力,范德华力,氢键,取向力,诱导力,色散力,本质属于静电力,H与电负性大、半径小的原子(X)形成共价键时,H几乎成为裸露的质子;H能与有孤对电子、电负性大、半径小的元素(Y)产生静电作用，从而形成氢键。X-HY,氢键的形成,X、Y可是相同元素,也可是不同元素。,氢键较弱,属于分子间力范畴。,形成条件:X、Y:电负性大、半径小 Y:有孤对电子 X、Y:F、O、N 等,氢键的类型:,分子间氢键:一个分子的X-H键与另一个 分子的Y之间形成的氢键分子内氢键:一个分子内部X-H与Y形成 的氢键,水的分子间氢键:,在HF晶体中，H与F之间形成的

8、氢键：,乙醇分子间的氢键：,HNO3的分子内氢键：,H两侧电负性大的原子属于同一分子,介于化学键和分子间力之间,与电负性有关。E/kJmol-1 FH F O H O NHN 28.0 18.85.4,H2O 和 HF 的分子间氢键很强,以致于分子发生缔合,以(H2O)2、(H2O)3、(HF)2、(HF)3形式存在,而(H2O)2 排列最紧密；,4时,(H2O)2比例最大,故4时水的密度最大,氢键的强度,冰弹现象证明了冰的体积比同质量液体水的体积大.在金属弹壳里放入冷水，把塞子拧紧。把冰弹放进-77的干冰丙酮里,水马上结成冰,冰弹爆炸。,弱作用力:属分子间力；键能小于42kJ.mol-1,比

9、范德华力略强些。,饱和性:每个X-H中的H只能与一个Y原子形 成氢键,氢键的特征,方向性:分子间氢键X-HY在同一条直线上,氢键对物质性质的影响,与同类化合物相比:形成分子间氢键的物质，熔、沸点升高 如:NH3,H2O,HF的沸点比同族元素氢化物的 沸点高。,对物质熔、沸点的影响,对物质溶解度的影响,溶剂和溶质之间形成分子间氢键,使溶质 的溶解度增大 如:对硝基苯酚在水中溶解度大,壁虎脚底的粘着力分子间引力,壁虎 飞檐走壁壁虎脚底的粘着力究竟是怎样产生的呢？,罗伯特福尔等人发现，壁虎脚底长着极细的刚毛，这种精细结构使得刚毛与物体表面分子间的距离非常近，从而产生分子引力。如果壁虎同时使用全部刚毛

10、，就能够支持125公斤力。,第二、三节 基本要求,掌握运用杂化轨道理论和VSEPR法解释分子的 空间构型;键和键的特点与区别。,会运用现代价键理论说明共价键的形成和本质。了解：键能、键长、键角的概念。,能判断分子的极性，从而判断分子间的作用力。(范德华力和氢键),了解分子间力的来源和氢键形成的条件,以及它 们对物质物理性质的影响。,C6H6-CCl4 CH3OH-H2O He-H2O H2Se-H2O,下列每组分子之间存在着哪些形式的分子间作用力。,色散力,色散力、诱导力、取向力、氢键,色散力、诱导力,取向力、诱导力、色散力,解:,1、下列各组分子中，化学键均有极性，但分子电 偶极距均为0的是

11、：A NO2 PCl3 CH4 B N2 CS2 PH3 C NH3 BF3 H2S D CS2 BeCl2 PCl52、下列原子沿z轴成键时，形成键的是：A py-py B s-px C pz-pz D s-s3、中心原子采取sp3不等性杂化的是：A PCl3 NF3 B BF3 H2O C CCl4 H2S D BeCl2 BF34、下列物质中，最有可能有电偶极距的是：A CS2 B H2S C CO2 D C6H6 E H2O,5、下列哪种分子间不存在氢键 A H2 B NH3 C H2O D PH3,6、在CH3CHCHBr分子中，CBr间键合 所用的轨道是：A sp-p B sp2-

12、s C sp2-p D sp3-p7、下列杂化轨道中可能存在的是：A n=1的sp B n=2的sp3 C n=3的sd D 2s与3p形成的sp,8、下列化合物中能形成分子内氢键的是 A 临羟基苯甲酸 B CH3F C 对羟基苯甲酸 D H2O E PH39、分子间力的本质是（）。A 化学键；B 原子轨道重叠；C 磁性作用；D 电性作用,1、相同原子间双键的键能等于单键键能的 两倍，叁键键能等于单键键能的三倍。2、价键理论认为，如果基态原子没有单电 子就不会相互形成化学键。3、s电子与s电子配对形成的键一定是键，p电子与p电子配对形成的键一定是键。4、一个s轨道和3个p轨道形成一个sp3杂化

13、 轨道。5、=0的分子,其化学键一定是非极性键。6、原子形成共价键的数目等于基态原子的 未成对电子数。,例题：乙醇(C2H5OH)和二甲醚(CH3OCH3)的组成相同，但乙醇的沸点为351.7K，二甲醚的沸点为250.16K，为什么?,解:,CH3OCH3分子之间只存在色散力;C2H5OH分子之间存在取向力，诱导力，色散力和氢键。,C2H5OH 和 CH3OCH3分子量相等，色散力相同，但C2H5OH分子之间还存在较强的分子间氢键，所以其沸点比二甲醚的沸点高。,物质沸点的高低是由分子间力的大小决定的。,物质结构的第三方面问题：,晶体结构,晶体结构的问题实质上是构成晶体的,质点间的作用力问题。,

14、因此，我们首先讨论晶体中的力。,作用力的性质、强弱决定了晶体的物,理和化学性质。,晶体中的力,晶体的类型 根据晶体中粒子间的力来划分,而粒子间的力除化学键外，还有分子间作用力。,分子间作用力则源于分子的极性。,分子的极性本质上是电性。,所以，晶体中的力和化学键一样是电性力。,晶体的类型,晶体中的粒子（离子、分子、原子）之间存在着各种作用力，这些力决定着晶体的类型，而晶体的类型影响着物质的物理性质。,晶体的基本类型有：,基本概念,1 晶体,有固定的熔点；,有规则的几何外形；,晶体的特征,各向异性热、光、电、力、溶等特性，在不同方向有不同数值。,晶格晶体粒子在空间排列成的点群。,晶格结点晶格中排有

15、微粒的点；,晶体结构,晶胞由晶格结点组成的最基本的晶格。,既无固定熔点，又无规则外形,而且各向同性。,2 非晶体,如石蜡、玻璃、沥青树脂等。,晶体的基本类型 离子晶体 原子晶体 晶格结点上的粒子 阴、阳离子 中性原子 结点上粒子间作用力 离子键 共价键 有无独立分子 无 无 熔、沸点 高 很高 硬 度 大 很大 机 加 性 差 差 溶 解 性 溶于水 差 导 电 性 溶、熔可导电 溶、熔皆不导电,物 例 活泼金属盐 A、A的单质 和氧化物 如：C,Si,Ge,SiC,B4C,BN,AlN,SiO2,不同类型的晶体和对应的具体特征列表,晶体的基本类型 分子晶体 金属晶体 晶格结点上的粒子 中性分子 金属原子阳离子 粒子间作用力 分子间力(氢键)金属键 有无独立分子 有 无 熔、沸 点 很低 较高 硬 度 较大 机 加 性 延展性好 溶 解 性 极性分子可溶(金属光泽)导 电 性 极性分子溶熔可导 良好,物 例 常温下液、气态物 金属单质 质和易升华和合金 固体,金属键,