药学专科自考分子结构.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,无机化学,第八章 共价键分子结构,本章要求,1.,掌握现代价键理论要点和键、健的特征。,2.,掌握杂化轨道理论基本要点，杂化类型，特征；等性、不等性杂化概念及应用。,重点：,价键理论要点和键、健的特征,难点：,杂化轨道理论,第八章 共价键与分子结构,2026/10/18,2,第一节 共价键理论,第二节 分子间作用力和氢键,第八章 共价键与分子结构,2026/10/18,2Na(s)+Cl,2,(g)2NaCl(s),颜色,物态,导电性,银灰色 黄绿色 无色,固体 气体 晶体,极强 极弱 极弱，熔融导电,上述三种物质性质的不同是由什么引起的？反映出什么问题？,第八章 共价键与分子结构,化学键定义：,化学键是指分子内部原子之间的强烈的相互作用力,。,不同的外在性质反映了不同的内部结构,各自内部的结合力不同,第八章 共价键与分子结构,化学键理论,金属键理论,共价键理论,离子键理论,路易斯理论,现代共价键理论,分子轨道理论,现代价键理论,电子配对理论,杂化轨道理论,价层电子对互斥理论,其中共价键最为复杂，而大部分化合物以共价键形式结合。,第八章 共价键与分子结构,1916,年，美国化学家,G.N.Lewis,提出了共价键理论,(,经典价键理论,),。,离子键理论不能说明相同原子形成单质分子，也不能说明不同的非金属原子如何形成化合物分子。,H,2,，,O,2,，,H,2,O,，,CO,2,：,第 一 节 共价键理论,路易斯认为：分子中每个原子应该具有稳定的稀有气体原子的电子层结构,(8,电子结构,),，该结构可以通过原子间共享电子对,(,一对或若干对,),的方式来实现。,分子中原子间通过共用电子对而结合成的化学键称为共价键。,第 一 节 共价键理论,经典理论的缺陷：,为何电子同性排斥而却可以配对成键？,为何有方向性？,为何多于或少于8电子的结构依然存在？,H,2,H,H,+,1927,年,Heitler,和,London,应用量子力学才初步阐明共价键的本质。,1,H 1s,1,实例：,H,2,分子的形成,共用电子对,共价键：原子间通过原子轨道重叠所形成的化学键。,一、现代价健理论,（一）氢分子的形成和共价键的本质,第 一 节 共价键理论,2026/10/18,基本要点,1.,具有自旋相反的成单电子的原子相互接近时，原子轨道重叠，核间电子云密度增大，形成稳定的化学键。,2.,一,个原子含有几个未成对的电子，就能与几个自旋相反的成单电子配对成键,共价键的饱和性,3.,形成共价键的原子轨道,重叠越多、核间电子云密度越大，形成的共价键就越牢固,共价键的方向性,（二）现代价键理论的要点（电子配对法）,一、现代价健理论,第 一 节 共价键理论,一、现代价健理论,元素符号,4,Be,7,N,8,O,9,F,原子最外层电子构型,未成对电子数,分子中共价键数,分子式,0,0,3,3,2,2,1,1,（二）现代价键理论的要点,实例：,4,Be:,1s,2,2s,2,7,N 1s,2,2s,2,2p,x,1,2p,y,1,2p,z,1,第 一 节 共价键理论,2026/10/18,共价键的特点,饱和性,一、现代价健理论,两原子自旋相反的单电子配对成键之后，不能再与第三个原子的单电子配对成键,元素符号,4,Be,7,N,8,O,9,F,原子最外层电子构型,未成对电子数,分子中共价键数,分子式,0,0,3,3,2,2,1,1,2026/10/18,原子轨道重叠时，只有同号才为有效重叠。,+,-,一、现代价健理论,共价键的特点,方向性,+,+,+,+,+,+,_,_,_,不能成键,能成键,2026/10/18,2.,p,键,原子轨道沿两核连线（键轴）方向，以“肩并肩”方式重叠形成的键叫做,p,键,（三）共价键的类型,一、现代价健理论,1.,s,键,原子轨道沿两核连线（键轴）方向，以“头碰头”的方式重叠形成的键叫做,s,键,“,头碰头”,较牢固,“,肩并肩”,易断裂,第 一 节 共价键理论,2026/10/18,H,2,，,s-s,HCl,，,s-p,Cl,2,，,p-p,实例：,一、现代价健理论,（三）共价键的类型,1,H,，,1s,1,17,Cl,，,1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,5,第 一 节 共价键理论,N,N,x,y,z,:NN:,N,2,分子,7,N 1s,2,2s,2,2p,x,1,2p,y,1,2p,z,1,2s,2p,实 例,2026/10/18,共价键类型,键,键,形成方式,头碰头,肩并肩,重叠程度,大,小,稳定性,稳定，不易断裂,稳定性小，易断裂,存在形式,可单独存在，分子的骨架,不能单独存在，只能与,键共存于双键或叁键中,常见成键轨道,s-s,s-p,p,x,-p,x,p,y,-p,y,p,z,-p,z,成键分子举例,H-H,H-Cl,Cl-Cl,键和,键的特征比较,成键规律：单键：键,双键：键,+,键,叁键：键,+2,个,键,特殊的共价键,成键原子中一个原子提供孤对电子，另一个原子提供空轨道形成。,一、现代价健理论,3.,配位键,形成,CO,分子时,与,N,2,相仿,同样用了三对电子,形成三个共价键。其中一对电子在形成共价键时具有特殊性,:C,原子提供一个,2p,空轨道,而,O,原子提供一对孤对电子，原子轨道重叠成键，这样的共价键称为共价配位键，,CO,可表示成,:,配位键的形成条件,（三）共价键的类型,形成过程特别，但是形成后与普通共价键无区别,H,+,+NH,3,NH,4,+,一、现代价健理论,3.,配位键,（三）共价键的类型,二、杂化轨道理论,价键理论较好的阐述了共价键的形成和本质，并成功地解释了共价键的方向性和饱和性等特点，但是不能很好的说明分子的空间结构,。,随着近代物理实验技术的发展，如：,X,射线衍射、电子衍射、旋光、红外等，许多分子的几何构型已经被实验所确定。,H,2,O,V,型、,CO,2,直线型、,NH,3,三角锥、,CH,4,正四面体。对于这些多原子分子的价键结构和空间构型，价键理论是无法解释的。我们以,CH,4,为例来说明。,第 一 节 共价键理论,2026/10/18,基态,C,原子的价层电子构型是2,s,2,2p,2,，C,原子只能提供两个未成对电子与,H,原子形成两个,CH,键，因而不能解释,CH,4,中,C,有四个等效的单键，对此，鲍林提出了量子状态变化的思想，即2,s,2,2p,2,2,s,1,2p,3,这个跃迁只需要1.6,eV,的能量；这样虽然解释了碳原子的四价行为，但它的四个单键是不等效的，仍然违背化学经验。这就引导鲍林继续前进，“使,L,层中,l=0,和,l=1,的两个电子亚层的界限消失,”这就是,sp,3,杂化轨道概念的雏形。,二、杂化轨道理论,第 一 节 共价键理论,2026/10/18,CH,4,正四面,体结构,4,个,sp,3,杂化轨道,实例,（一）杂化轨道理论的要点,所谓杂化指在形成分子时，由于原子间的相互影响，若干不同类型的、能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成一组新的轨道，这种原子轨道重新组合的过程称为杂化。杂化以后的新轨道成为杂化轨道。,（,1,）原子轨道的杂化，只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子是不会发生杂化的。,二、杂化轨道理论,第 一 节 共价键理论,2026/10/18,二、杂化轨道理论,4.,杂化,轨道的空间构型取决于中心原子的杂化类型,（一）杂化轨道理论要点,2.,杂化轨道的成键能力更强，杂化轨道变得一头肥大、形成共价键时重叠程度增大。,3.,杂化轨道的数目等于参与杂化的原子轨道数目。,第 一 节 共价键理论,BeCl,2,Be:2s,2,1.s,p杂化,:,夹角,180，,直线型,二、杂化轨道理论,(,二）杂化轨道的类型与分子的空间构型,实例,第 一 节 共价键理论,2s,2p,激发态,5,B 2s,2,2p,1,2s,2p,基态,sp,2,杂化,2p,BF,3,的结构,实例,2.s,p,2,杂化：,夹角120，平面三角形,6,C 2s,2,2p,2,基态,2s,2p,激发态,2s,2p,sp,3,杂化,CH,4,的结构,实例,3.sp,3,杂化，夹角,109.5,正四面体,4.,等性杂化和不等性杂化,按杂化后所形成的几个杂化轨道所含成分比例及能量是否相同。,等性杂化：成分完全相同,参与杂化的轨道,均含有单电子或均是空轨道,。,例如,CH,4,是,sp,3,等性杂化。,有孤对电子占据的原子轨道参与杂化,。,例如：,NH,3,、H,2,O,是,sp,3,不等性杂化。,不等性杂化,:,成分不完全相同,基态,2s,2p,sp,3,杂化,C,原子,sp,3,杂化轨道,实 例,NH,3,：键角,107,sp,3,不等性杂化,三角锥形,H,2,O,：键角,104.5,sp,3,不等性杂化,V,字型,CH,4,：键角,109.5,sp,3,等性杂化,正四面体,sp,杂化轨道小结,杂化类型,sp,sp,2,sp,3,(,等性),sp,3,(,不等性),参与杂化的原子轨道,1个,s+1,个,p,1个,s+2,个,p,1个,s+3,个,p,1个,s+3,个,p,杂化轨道数,2个,sp,3个,sp,2,4个,sp,3,4个,sp,3,(,含1或2对孤对电子),杂化轨道,夹角,180,120,109.5,90,109.5,分子构型,直线形,平面三角形,正四面体,三角锥,V,形,实例,BeCl,2,C,2,H,2,BF,3,C,2,H,4,CH,4,CCl,4,NH,3,H,2,O,总结,杂化轨道,类型,等性杂化,不等性杂化,sp,3,sp,2,sp,sp,3,参加杂化轨道,s+3p,s+2p,s+p,s+3p,杂化轨道数,4,3,2,4,成键轨道夹角,109,28,120,180,90,孤对,成键,成键,成键,三、,价层电子对互斥理论,（一）,价层电子对互斥理论的基本要点,第 一 节 共价键理论,1.,价层电子对互斥理论的基本要点,（二）价层电子对互斥理论预测分子或离子空间构型的步骤,1.,确定中心原子的价层电子对数；,中心原子价电子层中电子对的数目为：,3.,根据,中心原子的价电子对,的排布方式,，推断分子（或离子）的空间构型。,2.,根据中心原子的价层电子对数，找出相应的电子对排布；,注意,：,a.,当氧族元素作为中心原子时，提供,6,个电子；但作为配位原子时，则可认不提供电子。,b.,卤族元素作为中心原子时，提供,7,个电子,;,但作为配位原子时，可认为提供,1,个电子。,c.,如果是判断某种离子的结构时，则应加上或减去与电荷数相应的电子数。,d.,价层电子对互斥理论,判断共价分子结构的方法：,价电子对（成键电子对,+,孤电子对）之间的斥力最小,。,VP=2,直线形,VP=3,平面三角形,VP=4,正四面体,VP=5,三角双锥,VP=6,正八面体,O,3,分子的结构,O,3,中心原子,O,价层电子对数：,(6+02)/2=3,价电子对构型平面三角形。分子构型为,V,型,O,3,为,sp,2,不等性杂化成键，,2,个 键，一个 键,PCl,3,的分子结构,PCl,3,中心原子,P,的价层电子对数：,(5+13)/2=4,价电子对的构型为四面体，分子构型为三角锥形。,PCl,3,为,sp,3,不等性杂化成键。,CO,2,的分子结构,CO,2,中心原子,C,的价层电子对数为：,（,4+02)/2=2,价电子对构型和分子构型都为线形。,OF,2,的分子结构,OF,2,中心原子,O,的价层电子对数为：,（,6+12,）,/2=4,价电子对构型为四面体，分子构型为,V,型,OF,2,以,sp,3,不等性杂化成键。,四、键参数,（一）键能,键越短，键愈牢固。,（二）键长,键能越大，键越牢固，分子越稳定,。,（三）键角,是反映分子空间构型的重要因素。,直线形,V,形,三角锥形,正四面体形,第 一 节 共价键理论,2026/10/18,小 结,现代价键理论的要点,共价键的类型及其性质,杂化轨道理论要点,原子轨道杂化类型及实例,根据杂化轨道理论判断分子的杂化类型、分子的空间构型并用轨道式表示杂化过程,课堂练习,1.,如果某一个原子没有成单电子，则就不能形成共价键,(),。,2.,根据量子力学原理，当两个氢原子形成氢分子时，它们的电子必须,，这是保利不相容原理的必然结果。,3.,若键轴为,z,轴，则下列原子轨道重叠不能形成,键的是（,）。,A.,s,-,s,B.,s,-,p,z,C.,p,x,-,p,x,D.,p,z,-,p,z,4.,下列说法正确的是,(),。,A,p,轨道之间以,“,肩并肩,”,方式重叠可形成,键,B,p,轨道之间以,“,头碰头,”,方式重叠可形成,键,C,p,轨道之间以,“,头碰头,”,方式重叠可形成,键,D,s,轨道与,p,轨道,“,头碰头,”,方式重叠可形成,键,5.,原子形成分子时,.,原子轨道之所以要进行杂化,其原因是,(),。,A.,进行电子重排,B.,增加配对的电子数,C.,保持共价键的方向性,D.,增加成键能力,6.,已知,BCl,3,是平面三角形分子，则中心原子,B,所采取的杂化类型为,(,),。,A.sp B.sp,2,C.sp,3,D.dsp,2,错误,自旋相反的两个成单电子,C,B,D,B,*,物质具有三态，如：水有三态，,O,2,(g)O,2,(l),CO,2,(g)CO,2,(s),NH,3,(g)NH,3,(l),，从化学键的角度，不能说明整个物体的性质。,第二节 分子间作用力和氢键,广义讲，分子间作用力是除共价键、离子键和金属键以外的分子间和基团间相互作用力的总称。,根据正负两种电荷在分子内部的分布情况可把分子分为极性分子与非极性分子。,+,极性分子,非极性分子,分子,整体,电中性,局部,正电荷部分,(,原子核,),负电荷部分,(,电子,),一、分子的极性,第二节 分子间作用力和氢键,HCl,H,2,2026/10/18,一、分子的极性,键,的极性,1.,非极性共价键：相同原子形成的共价键，例如,H-H,，,Cl-Cl,，成键电子云对称分布于两个原子之间，这样的共价键没有极性。,第二节 分子间作用力和氢键,2.,极性共价键：不相同的原子形成的共价键，,如,H,+,Cl,-,（,HCl,），,H,3,C,+,Cl,-,（,CH,3,Cl,）,电子云不完全对称而呈现极性的共价键。,分子极性与键的极性：,HCl,HCl,极性键,极性分子,H,2,HH,非极性键,非极性分子,CO,2,C,O,极性键,非极性分子,直 线 形,H,2,O,H,O,极性键,极性分子,V,字 形,BF,3,B,F,极性键,非极性分子,平面三角形,NH,3,N,H,极性键,极性分子,三角锥形,CH,4,C,H,极性键,非极性分子,正四面体形,第二节 分子间作用力和氢键,2026/10/18,共价分子极性的判断,双原子分子,多原子分子,极性共价键 极性分子,非极性共价键 非极性分子,H,2,、Cl,2,、O,2,示 例,HCl、HF,极性共价键,非极性共价键 非极性分子,S,8,对称非极性分子,(分子构型),CO,2,、CH,4,、,BF,3,H,2,O、CHCl,3,、,NH,3,不对称极性分子,第二节 分子间作用力和氢键,一、分子的极性,分子极性大小的量度电偶极矩,q,:,分子中正电荷或负电荷中心上的电量,d,:分子中正或负电荷中心的距离,电偶极矩,：,=,q,d,（,单位为10,-30,Cm）,0,:,极性分子,，,越大，分子极性越大,=0,:,非极性分子,，如,H,2,、CO,2,、CH,4、,BF,3,HF、HCl,的,依次为6.4、3.62,*,范德华力：物质内部分子与分子之间较弱的作用力。,化学键：键能 100800,kJmol,-1,分子间力：结合能 几几十,kJmol,-1,取向力,诱导力,色散力,二、分子间作用力,分子间作用力分类,第二节 分子间作用力和氢键,在外电场作用下，无论是极性分子还是非极性分子都会发生变形，变形分子中电子云与原子核出现相对位移，使极性分子的,增大、使非极性分子产生诱导偶极，这种现象称为分子的极化,诱导偶极,第二节 分子间作用力和氢键,取向力：,当极性分子互相接近时，分子的固有偶极之间同极相斥、异极相吸，使分子在空间按一定取向排列吸引，而处于较稳定的状态。这种固有偶极间的吸引力称为取向力。,（一）取向力,第二节 分子间作用力和氢键,存在于极性分子之间,二、分子间作用力,当非极性分子与极性分子接近时，极性分子的固有偶极产生的电场使非极性分子极化产生诱导偶极。固有偶极与诱导偶极间的吸引力称为诱导力。,。,（二）诱导力,第二节 分子间作用力和氢键,存在于极性分子与非极性分子之间,存在于极性分子之间,对极性分子来说，诱导力是一种附加的作用力,二、分子间作用力,非极性分子中电子不断运动和原子核的振动，使某一瞬间分子的正负电荷中心不重合，形成瞬时偶极，瞬时偶极可使相邻的另一非极性分子产生瞬时诱导偶极。瞬时偶极间相互作用产生的引力叫色散力。,瞬间偶极诱使邻近分子极化。,（三）色散力,第二节 分子间作用力和氢键,非极性分子之间只存在色散力,任何分子都在不断产生瞬间偶极,色散力存在于所有的分子之间,二、分子间作用力,分子间作用力的类型,取向力,诱导力,色散力,非极性分子间,极性,非极性分子间,极性分子间,小结,第二节 分子间作用力和氢键,例：判断下列各组分子之间存在何种范德华力,？,(1),H,2,和,CO,2,(2),乙醇和苯 (3)水和甲醇,色散力,诱导力，色散力,取向力、诱导力，色散力,分子间作用,力的作用,决定物质的熔点,、,沸点等物理性质的主要因素,F,2,Cl,2,Br,2,I,2,小,大,小,大,低,高,低,高,摩尔质量,范德华,力,沸点,熔点,氢化物,摩尔质量,沸点,(),氢化物,摩尔质量,沸点,(),HF,20,+20,H,2,O,18,+100,HCl,36.5,-84,H,2,S,34,-60.75,HBr,81,-67,H,2,Se,81,-41.5,HI,128,-35,H,2,Te,129.6,-1.3,同族元素的氢化物的沸点,同族元素的氢化物的沸点和熔点一般随相对分子质量的增大而增高，但HF的沸点和熔点却比HCl的沸点和熔点高，H,2,O和NH,3,也类似。这些现象如何解释？,第二节 分子间作用力和氢键,思考讨论：,三、氢键,当,H,原子与电负性高、半径小的,X,原子以共价键结合后，由于,X,原子吸引电子能力大，使,H,原子显示较强正电荷，在与另一个电负性较强且有孤对电子的,Y,原子接触时，又能产生静电吸引力，该吸引力称为氢键，用“,”表示。,XH,Y,第二节 分子间作用力和氢键,（一）氢键的形成,X,Y(F,O,N,),F,H,F,H,F,H,F,H,F,H,F,+,-,XH,Y,第二节 分子间作用力和氢键,三、氢键,（一）氢键的形成,X,Y(F,O,N,),讨 论,形成：,XH,Y,本质：,静电作用,强弱：,与原子,X，Y,的电负性及原子半径有关。,原子,X,、,Y,的电负性越大，半径越小，氢键越强,。,FH,F OH,O OH,N NH,N,H,O,H,H,O,H,H,O,H,H,O,H,氢键具有饱和性和方向性,H,O,H,H,H,O,N,H,H,H,H,H,O,H,H,O,F,H,F,H,F,H,F,H,F,H,F,同种分子间氢键,不同种分子间氢键,第二节 分子间作用力和氢键,三、氢键,（三）分子内氢键和分子间氢键,第二节 分子间作用力和氢键,三、氢键,（三）分子内氢键和分子间氢键,分子内氢键,（三）氢键对物质物理性质的影响,（,1,）对物质的熔点、沸点、溶解度、粘度的影响：,形成分子间氢键，物质的熔点、沸点升高，形成分子内氢键，物质的,沸点和熔点一般降低,。,分子间有氢键，分子间结合力强，当这些物质熔化或气化时，除了要克服纯粹的分子间力外，还必须提高温度，额外地供应一份能量来破坏分子间的氢键，所以这些物质的熔点、沸点比同系列氢化物的高。如,NH,3,、,HF,、,H,2,O,。,三、氢键,第二节 分子间作用力和氢键,*,第三节 分子间作用力和氢键,实 例,实 例,分子内氢键,邻硝基苯酚熔点为45,分子间氢键,间、对硝基苯酚,熔点为96和114,2.,对物质溶解度的影响,三、氢键,（三）氢键对物质物理性质的影响,第二节 分子间作用力和氢键,（,1,）溶质与水能否形成氢键,例如，甲醇（,CH,3,OH,）,乙酸（,CH,3,COOH,),、氨气（,NH,3,）在水中的溶解度就比较大，而甲烷（,CH,4,）,在水中的溶解度就比较小。,（,2,）溶质是否形成分子内氢键,如何解释,邻硝基苯酚,在水中的溶解度比,对硝基苯酚,小？,例 题,下列各化合物中有无氢键？如果存在氢键，是分子间氢键还是分子内氢键？,NH,3,、C,6,H,6,、C,2,H,6,、HNO,3,、,邻羟基苯甲酸,分子间氢键：,NH,3,分子内氢键：,HNO,3,、,邻羟基苯甲酸,C,6,H,6,、C,2,H,6,不会形成氢键,下列液体化合物,（,a）,乙二醇,HOCH,2,CH,2,OH,（b）,丙醇,CH,3,CH,2,CH,2,OH，,何者沸点高？说明理由,因,HOCH,2,CH,2,OH,和,CH,3,CH,2,CH,2,OH,中都有,O-H,键可形成氢键，但每个,HOCH,2,CH,2,OH,分子可形成两倍于,CH,3,CH,2,CH,2,OH,的氢键，所以乙二醇沸点高。,例 题,氢键是稳定,DNA,分子双螺旋结构的原因之一,