分子结构及分子间氢键.ppt

1,10.2 共价键,1、经典Lewis学说 2、现代价键理论 3、杂化轨道理论 4、价层电子对互斥理论 5、分子轨道理论,Chapter 10 分子结构,2,五、分子轨道理论简介,问题的出现： 现代价键理论无法解释分子中存在的单电子键(如氢分子离子H2)、三电子键(如O2分子)及离域大键等问题。,3,1、原子组成分子后，电子不再从属于某个原子，而是在整个分子空间区域(分子轨道)内运动，其运动状态可用分子轨道表示。,分子轨道理论的基本要点 ：,4,2、分子轨道是原子轨道的线性组合，有几个原子轨道参与组合就能形成几个分子轨道。,m C1a C2b （成键轨道） *m C1aC2b （反键轨道）,5,3、 为了有效地组合成分子轨道，要求成键的各原子轨道必须符合以下三个原则：,（A） 对称性匹配原则：只有对称性相同的原子轨道，才能形成有效的分子轨道。,（B）能量近似原则: 只有能量相近的原子轨道才能组合成有效的分子轨道。 （C）轨道最大重叠原则：重叠程度愈大，则组合成的分子轨道的能量愈低,6,对称： 绕键轴旋转1800，轨道形状和符号不变。如：s、px、dx2-y2、dz2轨道都有对称性，可相互组合成分子轨道。,7,对称： 绕键轴旋转1800，轨道形状不变而符号相反。如：py、pz、dxy、dyz dxz轨道都是对称，可以相互组合成分子轨道。,y,y,py,8,4、分子轨道类型,s-s轨道重叠组成分子轨道示意图,分子轨道 (头碰头) ：s-s，s-px，px-px等,*s,s,9,s-p轨道重叠组成分子轨道示意图,px-px轨道重叠组成分子轨道示意图,*sp,sp,10,分子轨道（肩并肩）,*py,py,11,（二）分子轨道能级及分子轨道中电子的排布,1、参与组合的原子轨道能量 2、原子轨道之间重叠的多少,分子轨道能级高低的决定因素：,12,(a) 同核双原子分子轨道能级图 (b),适合O2、F2分子,适合Li2、Be2 、B2、C2、 N2等分子,13,对于O2、F2分子轨道的能量相对高低顺序为： 1s*1s2s*2s 2px2py2pz *2py*2pz*2px（图a),Li2、Be2、B2、C2、N2等分子的分子轨道能量的相对高低顺序为： 1s*1s2s*2s2py2pz2px*2py*2pz*2px （图b),14,2. 分子轨道中电子的排布 ： 必须遵守保里（Pauli）不相容原理、能量最低原理和洪特（Hund）规则。,分子轨道电子排布式 ( 1s ) 2,15,N2 分子轨道的电子排布方式,分子轨道能级图为 B 图,三 个共价键 一个 键，两个 键,16,O2分子轨道的电子排布方式,分子轨道能级图为 A 图,三 个共价键， 一个 键， 两个 3 电子 键,2p,2p, 1s,*1s,*2,*2,*2, 2, 2, 2,17,3、键级 ：在分子轨道理论中，常用键级来衡量分子中两个相邻原子间成键的牢固程度 。,键级的意义：键级越大, 所形成键就越稳定; 键级=0, 表示没有成键作用。,18,例：H2、 He2、 N2、O2的键级,2H(1s1)H2 (1s)2 键级 = 1 2He(1s2)He2 (1s) 2 (1s*)2 键级 = 0 2N(1s22s22p3)N2KK(2s)2(2s*)2 (2p)4(2p)2 键级 = 3 2O(1s22s22p4)O2KK(2s) 2(2s*)2(2p) 2(2p) 4(2p*)2 键级 = 2,19,DNA以双螺旋能稳定存在的原因在那里？,DNA的双螺旋结构,10.3 分子间作用力,20,一、分子的极性,分子的极性与键极性以及分子的空间构型有关。 根据共价分子中正、负电荷重心是否重合，可分为极性分子和非极性分子。,分子极性的大小可用偶极矩衡量，通常用符号来表示。qd 偶极矩是一个矢量，它的方向是从正电荷重心指向负电荷重心。,21,二、分子间的作用力（Intermolecular Force）,化学键是分子内部原子间较强的相互作用力，是决定分子化学性质的主要因素。 分子间作用力，分为范德华（van der waals）力和氢键。,范德华力又可分为：1、取向力 2、诱导力 3、色散力,22,永久偶极、取向、取向力,本质：静电引力。 影响因素：分子的极性(偶极矩)愈大，取向力就愈强。,取向力,23,分子的极化：这种因外电场的作用，使分子变形产生偶极或增大偶极的现象。,由此而产生的偶极称为诱导偶极。永久偶极与诱导偶极之间的相互作用力称为诱导力。,2、诱导力,本质：静电引力。,注意：极性分子与极性分子之间也存在诱导力。,24,瞬间偶极产生的分子间的相互作用力称为色散力,本质：静电引力。 影响因素：相对分子质量愈大，变形性愈大，色散力愈强。 注意：色散力存在于任何分子之间 。,3、 色散力,25,小结（范德华力）,26,范德华力的特点,a、是存在于分子间的一种弱的静电引力。 b、能量比化学键的键能小一二个数量级。 c、没有饱和性和方向性。 d、色散力为是主要的，其余是次要的。,27,CH4,SiH4,GeH4,SnH4,沸点,同类物质熔点、沸点的高低一般决定于该物质相对分子质量的大小,28,三、氢键(Hydrogen Bond),氢键： 氢原子和电负性大的原子以共价键结合后，和另一个键上电负性大的原子相互吸引，产生的比较强烈的吸引力。以XHY表示。 氢键的强弱与X和Y的电负性大小有关，电负性越大，氢键越强， 半径越小越能接近X-H，所成氢键也就越强。因此F-HF是最强的氢键.,29,氢键的形成条件 XHY X，Y = F、O、N （X，Y可以相同） X：电负性大、半径小 Y：电负性大、半径小，外层有孤对电子,氢键可分为分子内氢键和分子间氢键。,氢键的类型,30,分子间氢键,分子间氢键,分子间氢键,31,分子内氢键,32,氢键的本质: 属于静电吸引作用。,氢键的饱和性和方向性,饱和性 XH只能和一个Y原子结合（空间位阻作用）； 方向性 XH和Y应尽可能在同一直线上。（当XHY在同一直线上时，带负电的X和Y相距最远，斥力最小）,33,氢键的饱和性和方向性（例如：H2O）,34,氢键对物质性质的影响,对熔点和沸点的影