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1、1南华大学第第 十十 章章 共价键和分子间力共价键和分子间力2南华大学第第 十十 章章 共价键和分子间力共价键和分子间力10.5 分子间的作用力分子间的作用力10.1 现代价键理论现代价键理论10.2 杂化轨道理论杂化轨道理论10.3 电子对互斥理论电子对互斥理论10.4 分子轨道理论分子轨道理论3南华大学第第 十十 章章 共价键和分子间力共价键和分子间力10.5 分子间的作用力分子间的作用力10.1 现代价键理论现代价键理论10.2 杂化轨道理论杂化轨道理论10.3 电子对互斥理论电子对互斥理论10.4 分子轨道理论分子轨道理论4南华大学化学键化学键离子键离子键共价键共价键金属键金属键(io
2、nic bond)(covalent bond)(metallic bond) 正、负离子间靠静电作用形成的化学键正、负离子间靠静电作用形成的化学键( chemical bond ) 原子间通过共用电子对形成的化学键原子间通过共用电子对形成的化学键 通过自由电子将金属原子和金属离子联通过自由电子将金属原子和金属离子联 系在一起的作用力系在一起的作用力5南华大学化学键化学键离子键离子键共价键共价键金属键金属键(ionic bond)(covalent bond)(metallic bond)经典共价键理论经典共价键理论现代共价键理论现代共价键理论现代价键理论现代价键理论分子轨道理论分子轨道理论(
3、valence bond theory)(molecular orbital theory)( chemical bond )6南华大学第一节第一节 现代价键理论现代价键理论1916年路易斯（年路易斯（Lewis)提出经典共价键理论提出经典共价键理论共价键是由成键原子双方提供电子组成共价键是由成键原子双方提供电子组成 共用电子对所形成的。共用电子对所形成的。初步揭示共价键初步揭示共价键与离子键的区别与离子键的区别无法解释电子配对成键的原无法解释电子配对成键的原因因及共价键的方向性等及共价键的方向性等成功成功缺陷缺陷7南华大学1916年路易斯（年路易斯（Lewis)提出经典共价键理论提出经典共价
4、键理论1927年海特勒年海特勒(Heitler)和伦敦（和伦敦（London)用用 量子力学处理量子力学处理H2分子结构，揭示了共价键的分子结构，揭示了共价键的 本质。本质。鲍林（鲍林（Pauling)等在此基础上建立了现代价等在此基础上建立了现代价 键理论键理论(valence bond theory),简称简称VB法。法。8南华大学当两个氢原子的单电子自旋方向相反时当两个氢原子的单电子自旋方向相反时r(pm)(pm)两个氢原子接近时的能量变化曲线（基态）两个氢原子接近时的能量变化曲线（基态）E (kJmol-1）0 0 1. 共价键的形成共价键的形成 以氢分子的形成为例以氢分子的形成为例9
5、南华大学 1. 共价键的形成共价键的形成 以氢分子的形成为例以氢分子的形成为例r(pm)(pm)两个氢原子接近时的能量变化曲线（基态）两个氢原子接近时的能量变化曲线（基态）基态基态电子云密集区电子云密集区E (kJmol-1）0 0当两个氢原子的单电子自旋方向相反时当两个氢原子的单电子自旋方向相反时10南华大学74.3pm74.3pmE (kJmol-1）r(pm)(pm)两个氢原子接近时的能量变化曲线（基态）两个氢原子接近时的能量变化曲线（基态）基态基态实验值实验值理论值理论值0 0当两个氢原子的单电子自旋方向相反时当两个氢原子的单电子自旋方向相反时基态基态电子云密集区电子云密集区形成稳定共
6、价键形成稳定共价键 1. 共价键的形成共价键的形成 以氢分子的形成为例以氢分子的形成为例11南华大学r(pm)(pm)两个氢原子接近时的能量变化曲线（排斥态）两个氢原子接近时的能量变化曲线（排斥态）E (kJmol-1）0 0当两个氢原子的单电子自旋方向相同时当两个氢原子的单电子自旋方向相同时排斥态排斥态电子云稀疏区电子云稀疏区20 0 1. 共价键的形成共价键的形成 以氢分子的形成为例以氢分子的形成为例12南华大学r(pm)(pm)两个氢原子接近时的能量变化曲线（排斥态）两个氢原子接近时的能量变化曲线（排斥态）排斥态排斥态电子云稀疏区电子云稀疏区不能成键不能成键E (kJmol-1）0 0排
7、斥态排斥态当两个氢原子的单电子自旋方向相同时当两个氢原子的单电子自旋方向相同时20 0 1. 共价键的形成共价键的形成 以氢分子的形成为例以氢分子的形成为例13南华大学当两个氢原子电子自旋方向相反时当两个氢原子电子自旋方向相反时, ,两核间两核间 电子云比较密集电子云比较密集, ,系统能量降低系统能量降低, ,可形成可形成H H2 2 。共价键本质共价键本质成键的两原子轨道最大程度地重叠，两核间成键的两原子轨道最大程度地重叠，两核间的电子云密集区与两核的强烈吸引作用。的电子云密集区与两核的强烈吸引作用。当两个氢原子电子自旋方向相同时当两个氢原子电子自旋方向相同时, ,两核间两核间 电子云十分稀
8、疏电子云十分稀疏, ,系统能量升高系统能量升高, ,不能成键。不能成键。 1. 共价键的形成共价键的形成 以氢分子的形成为例以氢分子的形成为例14南华大学 2. 现代价键理论的基本要点现代价键理论的基本要点(1)两原子接近时，自旋方向相反的未成两原子接近时，自旋方向相反的未成对电子可以配对，形成共价键。对电子可以配对，形成共价键。(2)成键电子的原子轨道重迭越多成键电子的原子轨道重迭越多, 所形所形成的其价键越牢固成的其价键越牢固- 最大重迭原理最大重迭原理.现代价键理论简称现代价键理论简称 VB法法15南华大学(2)共价键的方向性共价键的方向性共价键的形成将尽可能沿着原子轨道最大共价键的形成
9、将尽可能沿着原子轨道最大程度重叠的方向进行。程度重叠的方向进行。“原子轨道最大重叠原理原子轨道最大重叠原理”(1)共价键的饱和性共价键的饱和性自旋方向相反的单电子配对形成共价键后，自旋方向相反的单电子配对形成共价键后，就不能再与其它单电子配对。就不能再与其它单电子配对。 共价键的特征共价键的特征泡利不相容原理泡利不相容原理16南华大学xz3px- -1sHCl成键示意图成键示意图最大重叠最大重叠+ + +17南华大学xz3px- -+ + +1s非最大重叠非最大重叠xz3px- -1sHCl成键示意图成键示意图最大重叠最大重叠+ + +rr18南华大学共价键的方向性共价键的方向性19南华大学原
10、子轨道的重迭原子轨道的重迭（1）有效重迭（正重迭）有效重迭（正重迭）两原子轨道以对称性相同的部分重迭。两原子轨道以对称性相同的部分重迭。即即“+”与与“+”重迭，重迭， “”与与“”重迭。重迭。对称性匹配原则对称性匹配原则有效重迭使体系能量降低，可形成共价键。有效重迭使体系能量降低，可形成共价键。（2）无效重迭（负重迭）无效重迭（负重迭）两原子轨道以对称性相反的部分重迭。两原子轨道以对称性相反的部分重迭。即即“+”与与“”重迭，重迭， “”与与“+” 重迭。重迭。无效重迭使体系能量升高，不能形成共价键。无效重迭使体系能量升高，不能形成共价键。20南华大学E成键成键不成键不成键spx+ + +-
11、 -+ + +- - + + +- -+ + + +- -对称性不匹配对称性不匹配异号异号同号同号对称性匹配对称性匹配21南华大学+ +- -+ +- -+ + +- - -+ + +- - -+ +- -+ + +- -pxpxE不成键不成键对称性不匹配对称性不匹配异号异号成键成键同号同号对称性匹配对称性匹配22南华大学Epp+ +- - -+ + +- -+ +- -+ + + +- -+ +- -+ +- -+ +成键成键同号同号对称性匹配对称性匹配不成键不成键对称性不匹配对称性不匹配异号异号23南华大学3. 共价键的类型共价键的类型 根据原子轨道重迭部分的对称性进行分类根据原子轨道重迭
12、部分的对称性进行分类（1）键：键： 原子轨道沿核间联线方向进行同原子轨道沿核间联线方向进行同号重叠号重叠(头碰头头碰头)。（2）键：键： 两原子轨道垂直核间联线并相互平行两原子轨道垂直核间联线并相互平行进行同号重叠进行同号重叠(肩并肩肩并肩)。键轴园柱形对称键轴园柱形对称平面反对称平面反对称24南华大学“头碰头”重叠键键特点：特点：重叠程度大，牢固，可单独存在。重叠程度大，牢固，可单独存在。xs+ + +s+s-s+ + +xpx+ +s+s-px+ +- -+ + +- -xpx+px-px- -+ + +- -px+ + +- - -25南华大学键：键： 原子轨道沿核间原子轨道沿核间联线方
13、向进行同号重联线方向进行同号重叠叠(头碰头头碰头)。26南华大学 s-s27南华大学s-p28南华大学p-p29南华大学“肩并肩”重叠键键x+ + +- - -+pz - pz+ + +- - -zzpzpzYY特点：特点：重叠程度小，易断开，与重叠程度小，易断开，与共存。共存。30南华大学ZYXZY+pY - pY“肩并肩”重叠键键特点：特点：重叠程度小，易断开，与重叠程度小，易断开，与共存。共存。pYpY+ 31南华大学键：键： 两原子轨道垂直核间联线并相互平行两原子轨道垂直核间联线并相互平行进行同号重叠进行同号重叠(肩并肩肩并肩)。32南华大学 键：键： 肩并肩方式重叠肩并肩方式重叠p-
14、d 键 d-d 键33南华大学 键键34南华大学 例：例：N2分子形成示意图分子形成示意图NN2s2s2px2py2pz2px2py2pz键键键键35南华大学 例：例：N2分子形成示意图分子形成示意图NN2s2s2px2py2pz2px2py2pz键键键键键键YZ36南华大学 例：例：N2分子形成示意图分子形成示意图NN2s2s2px2py2pz2px2py2pz键键键键NNZY37南华大学NN 例：例：N2分子形成示意图分子形成示意图NN2s2s2px2py2pz2px2py2pz键键键键38南华大学键键键键重叠方式重叠方式头碰头头碰头肩并肩肩并肩重叠部分重叠部分沿键轴呈圆柱形沿键轴呈圆柱形
15、对称分布对称分布垂直于键轴呈镜垂直于键轴呈镜面反对称分布面反对称分布重叠程度重叠程度较大较大较小较小存在方式存在方式可单独存在可单独存在与与键共存键共存稳定性稳定性较牢固较牢固较易断开较易断开例例s - s , s- px , px - pxpy - py , pz - pz39南华大学配位共价键配位共价键配位共价键定义配位共价键定义：由成键两原子中的一个原子单独提供电子对进由成键两原子中的一个原子单独提供电子对进入另一个原子的空轨道共用所形成的共价键。入另一个原子的空轨道共用所形成的共价键。正常共价键定义正常共价键定义：由成键两原子各提供由成键两原子各提供1个电子配对成键的共价键。个电子配对
16、成键的共价键。如：如：H2 、HCl 等等40南华大学C2s2px2py2pz 配位键形成条件：配位键形成条件：一个原子的价电子层有孤电子对一个原子的价电子层有孤电子对另一个原子的价电子层有空轨道另一个原子的价电子层有空轨道41南华大学CO2s2s2px2py2pz2px2py2pz键键 键键配位键配位键 配位键形成条件：配位键形成条件：一个原子的价电子层有孤电子对一个原子的价电子层有孤电子对另一个原子的价电子层有空轨道另一个原子的价电子层有空轨道42南华大学CO2s2s2px2py2pz2px2py2pz键键 键键配位键配位键CO 配位键形成条件：配位键形成条件：一个原子的价电子层有孤电子对
17、一个原子的价电子层有孤电子对另一个原子的价电子层有空轨道另一个原子的价电子层有空轨道43南华大学键参数键参数键参数键参数表征化学键性质的物理量表征化学键性质的物理量键能键能键长键长键角键角键的极性键的极性(bond energy)(bond energy)(bond length)(bond length)(bond angle)(bond angle)(bond polar)(bond polar)44南华大学键解离能键解离能D 气体分子每断裂气体分子每断裂1mol同种同种 化学键时所需的能量。化学键时所需的能量。例：例：298.15K, 标准态下标准态下 HCl(g)的键解离能的键解离能D
18、(H-Cl) = 413 kJmol1NH3 ( g )的键解离能的键解离能 NH3 ( g ) H ( g ) + NH2 ( g ) D1 = 435.1 kJmol1 NH2 ( g ) H ( g ) + NH ( g ) D2 = 397.5 kJmol1 NH ( g ) H ( g ) + N ( g ) D3 = 338.9 kJmol11. 键能键能45南华大学 键能键能E E化学键的平均离解能化学键的平均离解能对于双原子分子，键能对于双原子分子，键能 EAB 等于解离能等于解离能 DAB 。但对于多原子分子，则要注意键能。但对于多原子分子，则要注意键能与解离能的区别与联系。
19、如与解离能的区别与联系。如 NH3 ： E NH = = 390.5 kJmol1 3321DDD键能愈大，键愈牢固。键能愈大，键愈牢固。46南华大学 键长键长 分子内成键两原子核间的平衡距离。分子内成键两原子核间的平衡距离。 键长键长 / pm 键能键能 / kJmol-1 C C 154 345.6 C = C 133 602.0 C C 120 835.1 一般键长越小，键越强。一般键长越小，键越强。2. 键长键长47南华大学 键角键角 分子中同一原子形成的两分子中同一原子形成的两 个化学键间的夹角个化学键间的夹角直线形结构直线形结构OHH10445BeClCl180V形结构形结构键角键
20、角 + 键长键长分子空间构型分子空间构型确定确定3. 键角键角48南华大学HHH2分子分子HCl分子分子正、负电荷重心重合正、负电荷重心重合非极性共价键非极性共价键键的极性键的极性 由成键原子的电负性由成键原子的电负性 不同而引起不同而引起 4. 键的极性键的极性49南华大学HHHClH2分子分子HCl分子分子正、负电荷重心重合正、负电荷重心重合非极性共价键非极性共价键正、负电荷重心不重合正、负电荷重心不重合极性共价键极性共价键 键的极性键的极性 由成键原子的电负性由成键原子的电负性 不同而引起不同而引起50南华大学键型与成键原子电负性差值的关系键型与成键原子电负性差值的关系物质物质NaClH
21、FHClHBrHICl2电负性差值电负性差值 2.1 1.9 0.9 0.7 0.4 0键型键型 离子键离子键 极极 性性 共共 价价 键键 非极性非极性 共价键共价键 键的极性键的极性 由成键原子的电负性由成键原子的电负性 不同而引起不同而引起51南华大学第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论价键理论价键理论共价键的形成共价键的形成共价键的方向性和饱和性共价键的方向性和饱和性说明了说明了解释了解释了无法解释无法解释H2O中中O-H键角键角104045CH4为正四面体结构为正四面体结构价键理论的局限性价键理论的局限性52南华大学CH4分子的形成分子的形成C的激发态的激发态激发激发s-p与与H
22、成键成键吸能吸能(40.2kJ/mol)放能放能(410kJ/mol)CH4的空间构型为的空间构型为正四面体正四面体C的基态的基态p2s2s-s1个个C-H3个个C-Hs2p253南华大学CH4分子的形成分子的形成C的激发态的激发态激发激发s-p与与H 成键成键吸能吸能(40.2kJ/mol)放能放能(410kJ/mol)C的基态的基态p2s2s-s1个个C-H3个个C-Hs2p2CH (s-s) CH (s-p)CH4正四面体构型正四面体构型54南华大学价键理论价键理论共价键的形成共价键的形成共价键的方向性和饱和性共价键的方向性和饱和性说明了说明了解释了解释了无法解释无法解释1931年年 P
23、auling 等人等人提出了杂化轨道理论提出了杂化轨道理论在此基础在此基础H2O中中O-H键角键角104045CH4为正四面体结构为正四面体结构55南华大学1. 杂化轨道理论的基本要点杂化轨道理论的基本要点(1) 轨道杂化和杂化轨道轨道杂化和杂化轨道成键过程中，同一原子的几个能级相近的原子成键过程中，同一原子的几个能级相近的原子轨道可进行组合，重新分配能量和空间方向，轨道可进行组合，重新分配能量和空间方向，组成数目相等的有利于成键的新的原子轨道。组成数目相等的有利于成键的新的原子轨道。过过 程程轨道杂化轨道杂化新轨道新轨道杂化轨道杂化轨道56南华大学(2) n个原子轨道杂化后组合成个原子轨道杂
24、化后组合成n个杂化轨道个杂化轨道xxy+ + + +- -spy杂化杂化xy+ +- - -+ +2个个sp杂化轨道杂化轨道57南华大学+ +sx+ +- -p杂化杂化xy+ +- - -+ +2个个sp杂化轨道杂化轨道58南华大学(3)(3)杂化轨道提高了成键能力杂化轨道提高了成键能力 杂化轨道的角度波函数在某个方向的杂化轨道的角度波函数在某个方向的值比杂化前大得多，更利于轨道最大程度值比杂化前大得多，更利于轨道最大程度重叠，提高成键能力。重叠，提高成键能力。59南华大学 解释解释BeCl2的空间构型的空间构型sp杂化杂化实验事实实验事实有两个等同有两个等同Be-Cl键键键角为键角为180为
25、直线形分子为直线形分子2. 杂化类型与分子几何构型杂化类型与分子几何构型(1) sp杂化杂化BeClCl18018060南华大学+ + +- - - -两个两个sp杂化轨道杂化轨道2. 杂化类型与分子几何构型杂化类型与分子几何构型(1) sp杂化杂化 解释解释BeCl2的空间构型的空间构型sp杂化杂化61南华大学- - - -两个两个sp杂化轨道杂化轨道- - - -+ + +2. 杂化类型与分子几何构型杂化类型与分子几何构型(1) sp杂化杂化 解释解释BeCl2的空间构型的空间构型sp杂化杂化每一个每一个sp杂化轨道都含有杂化轨道都含有(1/2)s轨道和轨道和(1/2)p轨道成分轨道成分.
26、62南华大学激发激发与与Cl的的3p电子成键电子成键成键成键杂化杂化(Be价层电子组态价层电子组态) )s2p2(激发态激发态) )s2p2(杂化态杂化态) )2 2psp(BeCl2化合态化合态) )sp-p2 2p+ + +- - - -BeClCl3 3p3 3ps sp2s2 2p063南华大学激发激发与与Cl的的3p电子成键电子成键成键成键杂化杂化(Be价层电子组态价层电子组态) )s2p2(激发态激发态) )s2p2(杂化态杂化态) )2 2psp(BeCl2化合态化合态) )sp-p2 2p+ + +- - - -BeClCl3 3p3 3ps sp2s2 2p064南华大学sp
27、杂化轨道杂化轨道65南华大学直线型分子的形成直线型分子的形成:2s2p轨道轨道66南华大学 解释解释BF3的空间构型的空间构型sp2杂化杂化实验事实实验事实有三个等同有三个等同BF键键键角为键角为120为正三角形分子为正三角形分子B的价层电子组态：的价层电子组态：2s2 2p1(2) sp2杂化杂化67南华大学+ + +- - -三个三个sp2杂化轨道杂化轨道 解释解释BF3的空间构型的空间构型sp2杂化杂化+ +- -BFFF12012068南华大学+ + +- - -三个三个sp2杂化轨道杂化轨道+ +- - 解释解释BF3的空间构型的空间构型sp2杂化杂化每一个每一个sp2杂化杂化轨道都
28、含有轨道都含有(1/3)s轨道和轨道和(2/3)p轨道成分轨道成分.69南华大学激发激发与与F的的2p电子成键电子成键成键成键杂化杂化2 2s22 2p1(Be的基态的基态) )2 2s2 2p(激发态激发态) )sp2(杂化态杂化态) )2 2pB的价层电子构型：的价层电子构型：2s2 2p1sp2-p(BF3化合态化合态) )2 2p70南华大学+ + +- - -+ +- -FFFsp2-psp2-psp2杂化轨道的空间取向和杂化轨道的空间取向和BF3分子构型分子构型B71南华大学sp2杂化轨道的空间取向和杂化轨道的空间取向和BF3分子构型分子构型+ + +- -+ +FFFBsp2-p
29、sp2-p72南华大学BFFF120120sp2杂化轨道的空间取向和杂化轨道的空间取向和BF3分子构型分子构型+ + +- -+ +FFFBsp2-psp2-p73南华大学sp2杂化轨道杂化轨道74南华大学平面三角形分子的形成平面三角形分子的形成:2s2p轨道轨道75南华大学sp2杂化：杂化：乙烯乙烯76南华大学共振体共振体（Resonance）和（离域）和（离域 键）键）实验测得：苯中实验测得：苯中CC的键长均相等，为的键长均相等，为139pm. 介于介于CC 键长（键长（133pm) 和和 CC键长（键长（ 154pm ）之间。）之间。例例 NO3- SO2 NO2 等等 离域离域 键键
30、(delocalized)77南华大学 解释解释CH4的空间构型的空间构型sp3杂化杂化实验事实实验事实有四个等同有四个等同CH键键键角为键角为10928为正四面体分子为正四面体分子C的价层电子构型：的价层电子构型：2s2 2p2(3) sp3杂化杂化78南华大学激发激发与与H的的1s电子成键电子成键成键成键杂化杂化2 2s2 2p(C的基态的基态) )2 2s2 2p(激发态激发态) )sp3(杂化态杂化态) )sp3-s(CH4化合态化合态) )C的价层电子构型：的价层电子构型：2s2 2p2每一个每一个sp3杂化轨道都含有杂化轨道都含有(1/4)s轨道和轨道和(3/4)p轨道成分轨道成分
31、.79南华大学CHHHHCH4分子的空间构型分子的空间构型: :正四面体正四面体1091090 0282880南华大学sp3杂化轨道杂化轨道81南华大学C原子的原子的sp3杂化与杂化与CH4的生成的生成82南华大学乙烷分子乙烷分子结构图结构图83南华大学丁烷分子结构图丁烷分子结构图84南华大学金刚石结构图金刚石结构图85南华大学金刚石结构图金刚石结构图86南华大学解释解释NH3和和 H2O的空间构型的空间构型 不等性不等性sp3杂化杂化 NH3的形成过程的形成过程杂化杂化成键成键孤电子对孤电子对不等性不等性sp3杂化杂化2 2s2 2p(N的基态的基态) )s sp3(杂化态杂化态) ) s
32、sp3-s(化合态化合态) )87南华大学NHHHNH3分子的空间构型分子的空间构型三角锥形三角锥形107107孤电子对孤电子对不等性杂化不等性杂化参加杂化轨道含孤电子对参加杂化轨道含孤电子对88南华大学NH3的形成的形成:2s2p轨道轨道89南华大学OH2杂化杂化成键成键孤电子对孤电子对 H2O的形成过程的形成过程2 2s2 2p(O的基态的基态) )s sp3(杂化态杂化态) ) s sp3-s(化合态化合态) )90南华大学OHHH2O分子的空间构型分子的空间构型V形形孤电子对孤电子对104104454591南华大学NH4+和和H3O+ sp3杂化的空间构型杂化的空间构型HNHNH4+
33、HH+NHHHH1091090 02828+正四面体分子正四面体分子等性等性sp3杂化杂化92南华大学NH4+和和H3O+ sp3杂化的空间构型杂化的空间构型HO:H3O+ HH+OHHH107107孤电子对孤电子对+三角锥形三角锥形不等性不等性sp3杂化杂化93南华大学小结：杂化轨道的类型与分子的空间构型小结：杂化轨道的类型与分子的空间构型中心原子中心原子Be(A)B(A)C,Si(A)N,P(A)O,S(A)Hg(B)2BeCl2HgCl3PH4CH3BF4SiCl3BCl3NHSH2OH2直线形直线形 三角形三角形 四面体四面体 三角锥三角锥 V型型不等性不等性sp3杂化轨道类型杂化轨道
34、类型 sp sp2 sp3s+ps+(3)ps+(2)ps+(3)p参加杂化的轨道参加杂化的轨道2443杂化轨道数杂化轨道数 18028 109 9028 109 120成键轨道夹角成键轨道夹角分子空间构型分子空间构型实例实例94南华大学第五节第五节 分子间的作用力分子间的作用力一、一、 共价共价分子的极性和极化分子的极性和极化三、三、 氢键氢键二、二、 范德华范德华力力95南华大学一、共价一、共价分子的极性和极化分子的极性和极化分子的偶极矩分子的偶极矩()：用于定量地表示极性：用于定量地表示极性 分子的极性大小。分子的极性大小。lq3NH3BF， CH42CO，8S4P极性分子极性分子 0非
35、极性分子非极性分子=0双原子分子：双原子分子：多原子分子：多原子分子：2O2N2H同核同核H2O（V字形）字形）式中式中 q 为极上所带电量，为极上所带电量，l 为偶极长度。为偶极长度。异核：异核：HX1. 分子的极性分子的极性96南华大学分子的偶极矩与键矩的关系：分子的偶极矩与键矩的关系：极性键构成的双原子分子：极性键构成的双原子分子： 分子偶极矩分子偶极矩 = 键矩键矩多原子分子的偶极矩多原子分子的偶极矩 = 键矩的矢量和，键矩的矢量和，例如：例如：(SF6) = 0，键矩互相抵消，键矩互相抵消， (H2O)0，键矩未能抵消。，键矩未能抵消。97南华大学分子式偶极矩分子式偶极矩H2N2CO
36、2CS2CH4COCHCl3H2S000000.403.503.67SO2H2ONH3HCNHFHClHBrHI5.336.174.909.856.373.572.671.40分子的偶极矩分子的偶极矩(1030 Cm)98南华大学HClH2O多原子分子：多原子分子：键的极键的极性与分子构型性与分子构型99南华大学多原子分子：多原子分子：键的极性与分子构型键的极性与分子构型 CCl4，非极性；，非极性； CHCl3, 极性。极性。100南华大学分子的极化率：分子的极化率：用于定量地表示分子的变形用于定量地表示分子的变形性大小。分子的变形性大小指的是正电中心性大小。分子的变形性大小指的是正电中心与
37、负电中心发生位移与负电中心发生位移(由重合变不重合，由偶由重合变不重合，由偶极长度小变偶极长度大极长度小变偶极长度大) 。外因：外因：外加电外加电场愈强，分子场愈强，分子变形愈厉害；变形愈厉害；内因：内因：分子愈分子愈大，分子变形大，分子变形愈厉害。愈厉害。影响分子变形性大小的因素：影响分子变形性大小的因素：2. 分子的变形性分子的变形性101南华大学分子式极化率分子式极化率HeNeArKrXeH2O2N2Cl2Br2 0.227 0.4371.812.734.45 0.8921.741.935.017.15HClHBrHIH2OH2SCOCO2NH3CH4C2H62.853.865.781.
38、614.052.142.872.393.004.81分子的极化率分子的极化率(1040Cm2 V1)102南华大学二、二、范德华力范德华力非极性分子的瞬时偶极非极性分子的瞬时偶极之间的相互作用之间的相互作用 分子间具有吸引作用的根本原因：任何分子都分子间具有吸引作用的根本原因：任何分子都有正、负电中心；任何分子都有变形的性能。有正、负电中心；任何分子都有变形的性能。由于瞬时偶极而产生的分子间相互作用。由于瞬时偶极而产生的分子间相互作用。(1)色散作用色散作用( (色散力色散力) )：+_+_+_一大段时间内一大段时间内的大体情况的大体情况色散力与分子极化率有关。色散力与分子极化率有关。大大,
39、,色散力大。色散力大。每一瞬间每一瞬间+_+_1. 分子之间的相互吸引作用分子之间的相互吸引作用(范德华力范德华力)103南华大学(2)诱导作用诱导作用( (诱导力诱导力) )：决定诱导作用强弱的因素：决定诱导作用强弱的因素： 诱导分子（是极性分子）的偶极矩：诱导分子（是极性分子）的偶极矩： 愈大，诱导作用愈强。愈大，诱导作用愈强。 被诱导分子的极化率：被诱导分子的极化率： 愈大，诱导作用愈强。愈大，诱导作用愈强。由于诱导偶极而产生的分子间相互作用。由于诱导偶极而产生的分子间相互作用。+_分子离得较远分子离得较远分子靠近时分子靠近时+_+_104南华大学 两个极性分子相互靠近时，由于同极两个极
40、性分子相互靠近时，由于同极相斥、异极相吸，分子发生转动，并按异相斥、异极相吸，分子发生转动，并按异极相邻状态取向，分子进一步相互靠近。极相邻状态取向，分子进一步相互靠近。(3)取向作用取向作用( (取向力取向力) )： 两个固有偶极间存在的同极相斥、异极两个固有偶极间存在的同极相斥、异极相吸的定向作用称为取向作用。相吸的定向作用称为取向作用。+_+_+_+_+_+_分子离得较远分子离得较远取向取向诱导诱导105南华大学分子极性 色散作用 诱导作用 取向作用 非-非 非-极 极-极 106南华大学 分子间力分子间力(范德华力范德华力)是三种吸引力的是三种吸引力的总称，其大小一般为几总称，其大小一
41、般为几 kJmol1，比化学，比化学键小键小 12 个数量级。个数量级。分子取向能诱导能色散能总和HeArXeCOCCl4HClHBrHIH2ONH30000.0002101.20.390.02111.95.20000.003700.360.280.100.650.630.052.9184.61167.815332.65.60.052.9184.61169.416331511分子间的吸引作用分子间的吸引作用(1022 J)107南华大学范德华（范德华（van der Waals）108南华大学2. 分子间力的特点：分子间力的特点： 不同情况下，分子间力的组成不同。不同情况下，分子间力的组成不同
42、。例如，非极性分子之间只有色散力；极性例如，非极性分子之间只有色散力；极性分子之间有三种力，并以色散力为主，仅分子之间有三种力，并以色散力为主，仅仅极性很大的仅极性很大的H2O 分子例外。分子例外。 分子间力作用的范围很小分子间力作用的范围很小(一般是一般是300500pm)。 分子间作用力较弱，既无方向性又无饱分子间作用力较弱，既无方向性又无饱和性。和性。109南华大学分子量分子量色散作用色散作用分子间力分子间力沸点熔点沸点熔点水中溶解度水中溶解度HeNeAr Kr Xe小小大大小小大大小小大大低低高高小小大大 决定物质的熔、沸点、气化热、熔化热、决定物质的熔、沸点、气化热、熔化热、蒸气压、
43、溶解度及表面张力等物理性质的重蒸气压、溶解度及表面张力等物理性质的重要因素。要因素。3. 分子间力对物质物理性质的影响分子间力对物质物理性质的影响110南华大学111南华大学112南华大学三、三、氢键氢键非金属氢化物沸点图非金属氢化物沸点图113南华大学 HF HCl HBr HI沸点/0C 85.0 66.7 35.419.9极化率极化率 小小 大大色散作用色散作用 弱弱 强强沸点沸点 低低 高高HF为何反常的高？为何反常的高？原因原因存在存在氢键氢键。 HF 分子中，共用电子对强烈偏向电负分子中，共用电子对强烈偏向电负性大的性大的 F 原子一侧。在几乎裸露的原子一侧。在几乎裸露的 H 原子
44、原子核与另一个核与另一个 HF 分子中分子中 F 原子的某一孤电子原子的某一孤电子对之间产生的吸引作用称为氢键。对之间产生的吸引作用称为氢键。114南华大学氢键的形成条件：氢键的形成条件：分子中有分子中有H ( (与与F ，O，N成键成键) )和和电负性电负性大、半径小大、半径小且有且有孤电子对孤电子对的元素的元素( (F ，O，N) )形成氢键。形成氢键。 键长键长特殊：特殊：FH F 270pm 键能键能小小 E(FH F) 28kJmol1 具有饱和性和方向性具有饱和性和方向性氢键的特点：氢键的特点：115南华大学 除了除了HF、H2O、NH3 有有分子间氢键分子间氢键外，外，在有机羧酸
45、、醇、酚、胺、氨基酸和蛋白质在有机羧酸、醇、酚、胺、氨基酸和蛋白质中也有氢键的存在。例如：甲酸靠氢键形成中也有氢键的存在。例如：甲酸靠氢键形成二聚体。二聚体。HCOOHHOOHC 除了分子间氢键外，除了分子间氢键外，还有还有分子内氢键分子内氢键。例如，。例如，硝酸的分子内氢键使其硝酸的分子内氢键使其熔、沸点较低。熔、沸点较低。116南华大学氢键的形成对物质性质的影响氢键的形成对物质性质的影响(1) 熔点、沸点熔点、沸点 分子间氢键比同类化合物分子间氢键比同类化合物mp、bp高高 分子内氢键使化合物分子内氢键使化合物mp、bp降低降低AA元素氢化合物元素氢化合物HF、H2O、NH3的的bp比同类
46、元素氢化物高比同类元素氢化物高例例:邻硝基苯酚邻硝基苯酚bp 45对硝基苯酚对硝基苯酚bp 114117南华大学（2）溶解度）溶解度溶质和溶剂间形成氢键，溶解度增大溶质和溶剂间形成氢键，溶解度增大 溶质分子溶质分子内形成氢键内形成氢键在极性溶剂中，溶解度减少在极性溶剂中，溶解度减少在非极性溶剂中，溶解度增大在非极性溶剂中，溶解度增大例：例：邻硝基苯酚邻硝基苯酚对硝基苯酚对硝基苯酚 生物高分子物质生物高分子物质(蛋白质、核酸蛋白质、核酸)具有氢键具有氢键 若氢键被破坏，若氢键被破坏，空间结构改变空间结构改变失去生理活性失去生理活性氢键的形成对物质性质的影响氢键的形成对物质性质的影响水中的溶解度水中的溶解度:118南华大学119南华大学H2O分子之间的氢键分子之间的氢键120南华大学第第02章章第第03章章第第04章章第第05章章第第06章章第第07章章第第08章章第第09章章第第10章章第第11章章第第12章章第第01章章第第13章章121南华大学
