分子结构-分子间的作用力、氢键、离子极化理论.ppt
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1、4-4 分子间作用力,4-1 极性分子与非极性分子,(1)键的极性 键的极性由两元素的电负性差x决定或由键矩决定。x越大,键的极性越大。,(2)分子的极性极性分子:正电荷重心和负电荷重心不互相重合的分子。非极性分子:两个电荷重心互相重合的分子。,由非极性键构成的分子 一定是非极性分子。如,单质多原子分子:H2、Cl2、S8、P4 等。,由极性键构成的分子,分子是否有极性,还与分子的空间构型有关。,由极性键构成的分子是否一定是极性分子?,若键的极性在分子中可相互抵消,则为非极性分子。如:BF3、CH4、CCl4、CO2 等。若键的极性在分子中不能相互抵消,则为极性分子。如:NH3、H2O、PCl
2、3、SO2 等。,(3)偶极矩(dipole moment),分子极性的大小可由偶极矩来衡量:偶极矩=q d,d偶极长正电荷重心和负电荷重心的距离。偶极长d、偶极子电荷q 是无法测定的,但偶极矩 可通过实验测得,的单位为D(德拜),1D=3.3310-30 Cm。因为一个电子的电量是1.610-19C,分子的直径在10-10 m 数量级,所以,分子电偶极矩大小数量级为10-30(Cm)。,是一个矢量,方向在化学中是从正极到负极。,一些分子的偶极矩:,极性分子的这种固有偶极叫做永久偶极矩。外电场影响下所产生的偶极叫诱导偶极。诱导偶极矩()的大小与外电场强度成正比。,(4)分子的极化与瞬间偶极:,
3、分子的正、负电荷重心在外电场的影响下会发生变化:,非极性分子被极化后,产生诱导偶极,极性分子在电场的诱导下,也能产生诱导偶极,且总偶极矩增大。,分子在外电场中(或正、负离子本身的电场中)发生变形,产生诱导偶极的过程叫分子的极化。即使没有外电场存在,在某一瞬间,分子的正电荷重心和负电荷重心也会发生不重合现象,这时产生的偶极称瞬间偶极。,4-2 分子间作用力范德华(Van der Waals)力,气体能凝结成液体,固体表面有吸附现象,毛细管内的液面会上升,粉末可压成片等,这些现象都证明分子与分子之间有引力存在,通常把分子间力叫做范德华力。分子间力是一种较弱的相互作用力,其结合能一般小于40kJmo
4、l-1,比化学键能小12个数量级。,分子间力的性质属于电学性质,分子间力的产生与分子的极化有关。对于范德华力本质的认识是随着量子力学的出现而逐步深入的。,但范德华力是决定共价化合物的熔点、沸点高低、溶解度大小等物理性质的一个重要因素。,范德华力一般包括三个部分:,取向力(极极):永久偶极而产生的相互作用力。,色散力(所有分子间均存在):由于存在“瞬间偶极”而产生的相互作用力。,诱导力(极非极,极极):诱导偶极同极性分子的永久偶极间的作用力叫做诱导力。,取向力,诱导力,分子间范德华引力的特点:,(a)永远存在于分子或原子间的一种静电作用力。(b)它是吸引力,其大小比化学键能小12个数量级。(c)
5、一般没有方向性和饱和性。(d)作用范围只有几pm。(e)范德华力有三种。除强极性分子外,色散力永远是主要的。,范德华力对共价化合物物理性质的影响:,分子间范德华力的大小可说明共价化合物间的物理性质差异:如,熔点、沸点的高低,溶解度的大小,液化、结晶现象及相似相溶原理 等等。,问题:决定物质熔点、沸点的因素还有哪些?如:离子晶体;金属晶体;原子晶体。,4-3 离子的极化,来自异号离子的电场作用使离子的电子云偏离球对称,产生诱导偶极矩的过程称离子极化。离子的极化作用实际上是一种诱导力。,正负离子都有极化对方的能力和被对方极化的可能。但通常把正离子视为极化者、负离子为被极化者。,离子极化的结果:正、
6、负离子的电子云发生变形,变成非球状离子,电子云发生部分重叠,表现出一定的共价性,正、负离子间的引力增强。极化导致键长缩短,键能、晶格能增加;配位数下降,结构向层型、链型、岛型过渡;溶解度降低,等等。,(1)离子的极化力和变形性,极化力()一种离子使邻近的异性离子极化而 变形的能力,通常阳离子极化力占主导。,高电荷、小半径的阳离子有强的极化力。如:Al3+、B3+、Si4+、Cu2+、Fe3+等。,变形性受异性离子极化而发生电子云变形的能力。阴离子变形性占主导,变形性的大小用极化率衡量。,正离子因电荷高、半径小,通常不易被极化变形;负离子因半径较大,故容易受阳离子电场影响而变形。,(2)离子的极
7、化作用的一般规律,(a)高电荷、小半径的阳离子有强的极化力。如:H+、Li+、Be2+、Sn4+、Fe3+等;Fe3+Fe2+,Sn4+Sn2+;Be2+Mg2+Ca2+Ba2+。,(b)阳离子的壳层结构对极化力大小的影响:,(c)复杂阴离子的极化作用通常较小(如 SCN-),但电荷高的复杂阴离子有一定的极化作用(如 SO42-和 PO43-)。,(3)离子的变形性的一般规律,(a)大半径、高电荷的简单阴离子变形性大。如:S2-、I-、Se2-等等。,(b)18e、(18+2)e 壳层结构的低电荷阳离子,其变形性比相近半径的稀有气体构型阳离子大得多。如:Hg2+、Ag+、Pb2+等等。,(c)
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