基础化学共价键与分子间力省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第九章第九章 共价键与分子间力共价键与分子间力Covalent Bond and Intermolecular Forces第1页内容提要内容提要一、当代价一、当代价键键理理论论 氢氢分子形成分子形成 当代价当代价键键理理论论关关键键点点 共价共价键类键类型型 键键参数参数二、二、杂杂化化轨轨道理道理论论 杂杂化化轨轨道理道理论论关关键键点点 轨轨道道杂杂化化类类型及型及实实例例第2页内容提要内容提要三、分子间作用力三、分子间作用力 分子极性与分子极化分子极性与分子极化 van der Waals力力 氢键氢键第3页教学基本要求1、掌握当代价键理论关键点和、掌握当代价键理论关键点和键、键、健特征。健特征。2、掌握杂化轨道理论基本关键点，杂化类型，、掌握杂化轨道理论基本关键点，杂化类型，特征；等性、不等性杂化概念及应用。特征；等性、不等性杂化概念及应用。3、了解分子极性，熟悉分子间力类型、特点、了解分子极性，熟悉分子间力类型、特点、产生原因；氢键形成条件、特征、应用。产生原因；氢键形成条件、特征、应用。第4页 物质性质主要由分子性质决定，而分子性物质性质主要由分子性质决定，而分子性质又是由分子结构所决定。质又是由分子结构所决定。分子或晶体中相邻原子间强烈相互作用力分子或晶体中相邻原子间强烈相互作用力称为化学键称为化学键(chemical bond)。成键能量约为几成键能量约为几十到几百千焦每摩。十到几百千焦每摩。chemical bond 共价键共价键(配位键配位键)离子键离子键金属键金属键第5页 经典共价键诞生于19，首先由 G.N.Lewis提出。也就是我们中学所学电子配对理论。其理论认为成键双方各拿一个电子形成共用状态，如：HH；HCl；这种结构称为路易斯电子式。也有用短横或小黑点表示。假如成键电子（一对电子）仅由某一个原子所提供，就形成配位共价键。+9.1 共价键第6页 由经典共价键形成分子普通要求含有八电子稳定结构。也就是稀有气体结构。经典共价键无法解释经典共价键无法解释（1 1）带负电荷二个电子为何不排斥？）带负电荷二个电子为何不排斥？（2 2）为何共价键含有方向性？）为何共价键含有方向性？（3 3）许多物质不具备有稀有气体结构）许多物质不具备有稀有气体结构也能稳定存在也能稳定存在 PCl PCl5 ;5 ;BFBF3 3 等。等。第7页 1927年年Heitler和和London用量子力学用量子力学方法处理氢分子体系取得成功，在此基方法处理氢分子体系取得成功，在此基础上，础上，L Pauling等人建立了当代共价键等人建立了当代共价键理论理论当代价键理论当代价键理论(Valence bond theory)和分子轨道理论和分子轨道理论(Molecular orbital theory)。第8页9.1.1 当代价键理论 1.氢分子形成r/pm74.1E/kJmol-1 氢分子两种状态两个氢原子靠近时能量改变曲线第9页2.当代价键理论当代价键理论(valence bond theory,VB法法)(1)两个原子自旋相反单电子配对，原子轨道两个原子自旋相反单电子配对，原子轨道重合，核间电子云密集，系统能量降低，重合，核间电子云密集，系统能量降低，形成稳定共价键。形成稳定共价键。(2)原子中只有未成对电子才能配对。所以每原子中只有未成对电子才能配对。所以每个原子形成共价键数目等于单电子数目。个原子形成共价键数目等于单电子数目。这就是共价键饱和性。这就是共价键饱和性。(3)原子轨道重合愈多，核间电子云愈密集，原子轨道重合愈多，核间电子云愈密集，共价键愈牢靠，称为原子轨道共价键愈牢靠，称为原子轨道最大重合原最大重合原理理。所以原子轨道将沿最大程度方向重合，。所以原子轨道将沿最大程度方向重合，决定了共价键方向性。决定了共价键方向性。第10页键合双方各提供键合双方各提供自旋方向相反自旋方向相反未成对电子未成对电子.键合双方原子轨道应尽可能最大程度地重合键合双方原子轨道应尽可能最大程度地重合(最大重合原理最大重合原理).VB法基本关键点法基本关键点:饱和性饱和性:普通成键电子原子轨道只有沿着轨普通成键电子原子轨道只有沿着轨道伸展方向进行重合才能实现最大道伸展方向进行重合才能实现最大程度重合程度重合.方向性方向性:共价键特征共价键特征:一个原子形成共价键能力是有限一个原子形成共价键能力是有限第11页对称性相同指产生重合两个原子轨道符号相对称性相同指产生重合两个原子轨道符号相同同(即波函数相加即波函数相加).重合类型重合类型:-+-+-同号重合部分与异号重合部分恰好抵消同号重合部分与异号重合部分恰好抵消.不一样符号部分重合不一样符号部分重合(或认为波函数相减或认为波函数相减).+零重合零重合(无效重合无效重合)正重合正重合(有效重合有效重合)负重合负重合(无效重合无效重合)同符号部分重合同符号部分重合.原子轨道重合原子轨道重合:对称性标准对称性标准:只有当原子轨道对称性相只有当原子轨道对称性相同部分重合同部分重合,才能形成化学键。才能形成化学键。第12页图图9-3 氯化氢分子成键示意图氯化氢分子成键示意图第13页3.共价共价键类键类型型 键键 按成键重合方式：按成键重合方式：键键 正常共价正常共价键键 按按电电子子对对起源起源：配位共价配位共价键键 第14页1.键和键和键键 键：原子轨道沿键轴（成键核间连线，设为键：原子轨道沿键轴（成键核间连线，设为键：原子轨道沿键轴（成键核间连线，设为键：原子轨道沿键轴（成键核间连线，设为x x轴）以轴）以轴）以轴）以“头碰头头碰头头碰头头碰头”方式进行重合，重合部分沿键轴呈圆柱形对称分布，形成方式进行重合，重合部分沿键轴呈圆柱形对称分布，形成方式进行重合，重合部分沿键轴呈圆柱形对称分布，形成方式进行重合，重合部分沿键轴呈圆柱形对称分布，形成 共价键。如共价键。如共价键。如共价键。如s-ss-s、s-ps-px x 和和和和p px x-p-px x 轨道重合。轨道重合。轨道重合。轨道重合。第15页键：例键：例 第16页键特点：键特点：1、键轨道重合程度比键轨道重合程度比键轨道重合程度大，键轨道重合程度大，因而因而键比键比键牢靠。键牢靠。2、键可单独存在于两原子间，是组成份键可单独存在于两原子间，是组成份子骨架，两原子间只可能有子骨架，两原子间只可能有1个个键。键。3、普通地，、普通地，p-p重合形成重合形成键键(记为记为p-p)比比s-s重合形成重合形成键键(记为记为s-s)牢靠。牢靠。第17页键：相互平行键：相互平行py或或pz轨道则以轨道则以“肩并肩肩并肩”方式进行方式进行重合，重合部分垂直于键轴并呈镜面反对称。重合，重合部分垂直于键轴并呈镜面反对称。第18页键：例第19页键特点：键特点：1、键较易断开，化学活泼性强。键较易断开，化学活泼性强。2、普通它是与、普通它是与键共存于含有双键键共存于含有双键或叁键分子中。或叁键分子中。3、因为、因为键存在，原子不可绕键存在，原子不可绕键转键转动。动。第20页N2分子形成示意图第21页2.正常共价键和配位共价键正常共价键和配位共价键 假如共价键是由成键两原子各提供假如共价键是由成键两原子各提供1个电子个电子配对成键，称为正常共价键，配对成键，称为正常共价键，假如共价键形成是由成键两原子中一个原假如共价键形成是由成键两原子中一个原子单独提供电子对进入另一个原子空轨道子单独提供电子对进入另一个原子空轨道共用而成键，这种共价键称为配位共价键共用而成键，这种共价键称为配位共价键（coordinate covalent bond），简称），简称 配位配位键（键（coordination bond）。）。配位键用配位键用“”表示，箭头从提供电子正表示，箭头从提供电子正确原子指向接收电子正确原子。确原子指向接收电子正确原子。第22页例:第23页9.1.2 键参数键参数表征化学键性质物理量称为键参数表征化学键性质物理量称为键参数（bond parameter）共价键键参数主要有键能、键长、共价键键参数主要有键能、键长、键角及键极性。键角及键极性。第24页1.键能（键能（bond energy）从能量原因来衡量从能量原因来衡量共价键强度物理量共价键强度物理量双原子分子键能双原子分子键能(E)就等于分子解离能就等于分子解离能(D)。在在 100kPa和和298.15K下，将下，将1摩尔理想气态分子摩尔理想气态分子AB解离为理想气态解离为理想气态A、B原子所需要能量，原子所需要能量，称为称为AB解离能，单位为解离能，单位为 kJmol-1。比如，对于比如，对于H2分子分子H2(g)2H(g)E(HH)D(HH)436 kJmol-1 第25页对于多原子分子，键能和解离能不一样。比如，H2O分子中有两个等价O-H键 H2O(g)OH(g)+H(g)H1=502kJmol-1 OH(g)O(g)+H(g)H2=423.7kJmol-1 E(O-H)=462.8kJmol-1同一个共价键在不一样多原子分子中键能虽有差异，但差异不大。我们可用不一样分子中同一个键能平均值即平均键能作为该键键能。普通键能愈大，键愈牢靠。第26页一些双原子分子键能和一些键平均键能一些双原子分子键能和一些键平均键能 triple bonddouble bondsingle bond第27页2.键长（键长（bond length）分子中两成分子中两成键原子核间平衡距离。键原子核间平衡距离。键长愈短键长愈短,键愈牢靠；键愈牢靠；相同两原子形成键长：单键键长双相同两原子形成键长：单键键长双键键长叁键键长。键键长叁键键长。例：例：CC键长为键长为154 pm；CC键长键长为为134 pm；CC键长为键长为120 pm 第28页3.键角（键角（bond angle）分子中同一原分子中同一原子形成两个化学键间夹角子形成两个化学键间夹角它是反应分子空间构型一个主要参数。它是反应分子空间构型一个主要参数。如如H2O分子中键角为分子中键角为104o45，分子为，分子为V形结构；形结构；CO2分子中键角为分子中键角为180o，分，分子为直线形结构。子为直线形结构。普通而言，依据分子中键角和键长可普通而言，依据分子中键角和键长可确定分子空间构型。确定分子空间构型。第29页4.键极性（键极性（polarity of covalent bond）由成键原子电负性不一样引发由成键原子电负性不一样引发 若成键二原子电负性不一样，成键电若成键二原子电负性不一样，成键电子云不可能均匀分布在二核之间，必定要子云不可能均匀分布在二核之间，必定要使共价键带有极性。使共价键带有极性。分子是否有极性取决于整个分子正负分子是否有极性取决于整个分子正负电荷中心是否重合电荷中心是否重合.第30页 对于同种原子形成共价键，公用电子由两个原子核均等“享用”：两个成键原子既不带正电荷，也不带负电荷，这种键没有极性，叫非极性共价键非极性共价键。H3C CH30 0第31页 当两个不一样原子成键时，因为两个原子拉电子能力不一样，(定义：分子中键合原子吸电子能力叫电电负负性性)共用电子对发生偏移，使一方原子带部分负电荷(以d d表示)，另一方带微量正电荷(d d+),如：H3CCl 这种电子云分布不对称共价键称为极极性性(共共价价)键键。两成键原子电负性差越大，键极性也越强。第32页 离子键和共价键是有本质差异，然而离子键和共价键是有本质差异，然而依据键极性概念，二者又没有严格界限。依据键极性概念，二者又没有严格界限。离子键可了解为共用电子对发生完全偏移离子键可了解为共用电子对发生完全偏移极性键，亦即最强极性键，而极性共价键极性键，亦即最强极性键，而极性共价键也可了解为离子键与非极性共价键之间一也可了解为离子键与非极性共价键之间一个过渡状态，见表个过渡状态，见表9-3。第33页键型与成键原子电负性差值关系键型与成键原子电负性差值关系 物 质NaClHFHClHBrHICl2电负性差值2.11.90.90.70.40键型离子键极 性 共 价 键非极性共价键第34页按极性大小按极性大小:1)极性键极性键2)非极性键非极性键:强极性键强极性键:弱极性键弱极性键:如如H2O,HCl中中共价键共价键如如H2S,HI中共中共价键价键如如N2,H2中共价键中共价键第35页价价键键理理论论说说明明了了共共价价键键形形成成，解解释释了了共共价价键键方方向向性性和和饱饱和和性性，但但说说明明多多原原子子分分子子空空间间构构型却碰到困难。型却碰到困难。Pauling L等等人人在在价价键键理理论论基基础础上上提提出出了了杂杂化化轨道理论（轨道理论（hybrid orbital theory）。）。杂杂化化轨轨道道理理论论实实质质上上仍仍属属于于当当代代价价键键理理论论，但但在在成成键键能能力力、分分子子空空间间构构型型等等方方面面丰丰富富和和发展了价键理论。发展了价键理论。第36页9.1.3 9.1.3 杂化轨道理论杂化轨道理论 1：试验事实：试验事实：CH4 四价四价 正四面体结构正四面体结构 10928 此结论在1857年Kekule就提出了，但其无法解释只有二个未成对电子碳原子为何能形成四个共价键。第37页Pauling认为：认为：C（基态）（基态）1s22s22px12py1 C（激发）（激发）1s22s12px12py12pz1激发1s2s2pEnergy升高升高1s22s12px12py1 2pz1 (激发态)1s2s 2px 2py 2pz1s22s22px12py1 (基态)第38页 碳原子四个原子规轨道重新组合，沿正四面体碳原子四个原子规轨道重新组合，沿正四面体方向组成四个新等价轨道，称为方向组成四个新等价轨道，称为sp3 轨道。轨道。（即由一个（即由一个s轨道和三个轨道和三个p轨道共同组合而成）轨道共同组合而成）每个轨道有每个轨道有1/4 s 成份；成份；3/4 p 成份。成份。这在当初提出时是任意，以后被量子力学证实是合这在当初提出时是任意，以后被量子力学证实是合理，即它也是薛定谔方程一个合了解。理，即它也是薛定谔方程一个合了解。第39页 但结果能够多形成二个但结果能够多形成二个CH键，每一个键，每一个CH键键又可放出又可放出4.29eV能量，总能量为能量，总能量为8.58eV。从能量角度来看，从能量角度来看，2p比比2s能量高，激发需要能能量高，激发需要能量，激发所需能量为量，激发所需能量为8.26eV。第40页 经过这种方式组合后新轨道称为杂化轨道，而它组合（重迭）过程称为杂化。杂化后原子轨道形状（角度部分图像）、能量、空间伸展方向、成键能力完全不一样与组合前各个原子轨道。它与VB法区分在于：VB法是发生在二个原子之间原子轨道组合，而杂化是在同一原子内几个能量相近原子轨道间组合。杂化（HybridHybrid）：原子轨道线性组合。第41页2.杂化轨道理论基本关键点杂化轨道理论基本关键点（1）成键过程中，）成键过程中，同一原子中同一原子中几个几个能量相近能量相近类类型不一样原子轨道线性组合，重新分配能量型不一样原子轨道线性组合，重新分配能量和空间方向，组成等数目标杂化轨道和空间方向，组成等数目标杂化轨道（hybrid orbital）。）。（2）杂化轨道之间力图在空间取最大夹角分布，）杂化轨道之间力图在空间取最大夹角分布，使相互间排斥能最小。不一样类型杂化轨道使相互间排斥能最小。不一样类型杂化轨道之间夹角不一样，成键后所形成分子就含有之间夹角不一样，成键后所形成分子就含有不一样空间构型。不一样空间构型。第42页 （3）杂化轨道角度波函数在某方向值）杂化轨道角度波函数在某方向值比杂化前大得多，更有利于原子轨道间比杂化前大得多，更有利于原子轨道间最大程度地重合，因而杂化轨道比原来最大程度地重合，因而杂化轨道比原来轨道成键能力强。轨道成键能力强。第43页成键时能级相近价电子轨道相混杂成键时能级相近价电子轨道相混杂,形成新形成新价电子轨道价电子轨道杂化轨道杂化轨道;杂化前后轨道数目不变杂化前后轨道数目不变.杂化后轨道伸展方向杂化后轨道伸展方向,形状发生改变形状发生改变.杂化轨道理论小结：杂化轨道理论小结：第44页3.杂杂化化轨轨道理道理论应论应用用（1）sp型型 sp杂化杂化 第45页2s2p激发激发2s2psp杂化杂化sp2pAB2 molecules:BeCl2Be:2s2第46页（2）sp2杂杂化化 第47页B:激发激发BFFF2s2psp2杂化杂化2s2psp22pAB3 molecules:BF3 B:2s22p1 第48页第49页第50页（3）sp3杂杂化化 第51页CH4形成形成2s2p轨道轨道激发激发sp3杂化杂化sp32s2s2p2pAB4 molecules:CH4 C:2s22p2 第52页第53页sp型三种杂化型三种杂化杂化类型杂化类型spsp2sp3参加杂化原子轨道1个个s+1个个p1个个s+2个个p1个个s+3个个p杂化后杂化后轨道数轨道数2个个sp3个个sp24个个sp3杂化轨道杂化轨道间夹角间夹角180o120o109o 28空间构型空间构型直直 线线正三角形正三角形正四面体正四面体实实 例例BeCl2，C2H2BF3，BCl3CH4，CCl4第54页（4）等性杂化和不等性杂化）等性杂化和不等性杂化 NH3 H2O第55页等性杂化等性杂化不等性杂化：不等性杂化：sp3杂化为杂化为例例第56页不等性不等性sp3杂化杂化:NH3:N:不等性杂化不等性杂化:产生不完全等同轨道杂化产生不完全等同轨道杂化.NHHHHNH=107182s2psp3杂化杂化sp3第57页H2O:O:OHHHOH=104302s2psp3杂化杂化sp3第58页小结小结:杂化轨道类型与分子空间构型杂化轨道类型与分子空间构型杂化轨道类型杂化轨道类型参加杂化轨道参加杂化轨道 杂化轨道数杂化轨道数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 中心原子中心原子s+ps+(3)ps+(2)ps+(3)p2443Be(A)Hg(B)B(A)C,Si(A)N,P(A)O,S(A)不等性不等性sp3spsp2sp3180120 10928 90 10928H2OH2SBeCl2HgCl2BF3BCl3CH4SiCl4NH3PH3第59页9.1.4 9.1.4 价层电子对互斥理论 为了预测分子结构，西奇维克以及以后学者建立了价层电子对互斥理论，简称VSEPR法。（一）价层电子对互斥理论基本关键点：（一）价层电子对互斥理论基本关键点：1.ABn型分子（或离子）几何构型主要由中心原子价层电子对（包含成键电子和孤对电子）相互排斥作用决定，采取相互排斥力最小几何分布。2.成键电子普通只包含形成键电子对，也就是说分 子中多重键按单键处理。3.价层电子对相互排斥作用大小决定于电子对之间夹角大小。第60页（二）价层电子对互斥理论应用：价层电子对互斥理论应用：1.中心原子电子对数确实定 中心原子价电子数和配体供给电子总数和除以2。2.中心原子价层内孤对电子对数确实定 中心原子价层电子对数减去与配位体形成电子对数，余下就是孤电子对数。3.判断分子构型 （P156）不足之处：不足之处：配合物普通不能用VSEPR法判断几何构型。不能说明键形成原理和键相对稳定性。第61页9.1.5 分子轨道理论 1、分子轨道理论、分子轨道理论(MO法法)基本关键点基本关键点:电子是在整个分子范围内运动电子是在整个分子范围内运动其运动状态可用适当波函数其运动状态可用适当波函数来描述，来描述，此波函数称为分子轨道此波函数称为分子轨道MOMO。分子轨道由用原子轨道组合线性而成分子轨道由用原子轨道组合线性而成;个个组成个，其中有个能量组成个，其中有个能量低于低于原来原子轨道，个能量高于原来原来原子轨道，个能量高于原来原子轨道。前者称为成键轨道原子轨道。前者称为成键轨道(，)，后者称，后者称为反键轨道为反键轨道(*，*)。成键轨道降低能量约等。成键轨道降低能量约等于反键轨道升高能量于反键轨道升高能量。分子轨道分子轨道:描述分子中电子运动波函数。描述分子中电子运动波函数。第62页电子逐一填入分子轨道，填充规则与填入原子电子逐一填入分子轨道，填充规则与填入原子轨道所遵照规则相同轨道所遵照规则相同;能量最低原理 保利不相容原理 洪特规则原子轨道要有效组成份子轨道必须符合三个成原子轨道要有效组成份子轨道必须符合三个成键标准。键标准。a：能量相近标准：b：最大重合标准：原子轨道尽可能多重合。c：对称性匹配标准：原子轨道角度分布相位相同。第63页 分子牢靠程度能够用键级来表示。键级越大越稳分子牢靠程度能够用键级来表示。键级越大越稳定。键级等于定。键级等于0 0时，分子不存在。时，分子不存在。+-+-+-+-第64页2、分子轨道形成、分子轨道形成:第65页(1)s-s原子轨道组合原子轨道组合:成键轨道成键轨道反键轨道反键轨道第66页(2)p-p原子轨道组合原子轨道组合:“头碰头头碰头”方式方式:第67页“肩并肩肩并肩”方式方式:第68页 2py与与 2pz、2py*与与 2pz*轨道形状及能量都相同。轨道形状及能量都相同。第二周期同核双原子分子第二周期同核双原子分子:(B，,C，N)1s 1s*2s 2s*2py=2pz 2px 2py*=2pz*2px*3、分子轨道能级、分子轨道能级:第二周期同核双原子分子第二周期同核双原子分子:(O，F)1s 1s*2s 2s*2px 2py=2pz 2py*=2pz*2px*最为简单判别依据是两原子核电荷数之和小于或等于14。第69页4、分子轨道理论应用、分子轨道理论应用:(1)推测分子存在和说明分子结构推测分子存在和说明分子结构:推测分子是否能稳定存在首先能够依据分子轨道推测分子是否能稳定存在首先能够依据分子轨道理论判断形成份子体系能量改变来确定。理论判断形成份子体系能量改变来确定。对体系没有能量贡献其次还能够依据键级多少来判断分子能否存在以其次还能够依据键级多少来判断分子能否存在以及分子结构稳定性。及分子结构稳定性。在氧分子中：(2s)2(2s*)2(2px)2(2py)2(2pz)2(2py*)1(2pz*)1第70页如如:He2和和He2+能否存在能否存在?(2)预言分子顺磁与反磁性预言分子顺磁与反磁性:凡有未成对电子分子就具顺磁性，不然就是反磁凡有未成对电子分子就具顺磁性，不然就是反磁性。性。(1s)2He2:(1s*)2He2+键级键级=(2-2)/2=0.(1s)2(1s*)1键级不为零，能稳定存在。键级不为零，能稳定存在。不能稳定存在。不能稳定存在。(2s)2(2s*)2(2px)2(2py)2(2pz)2(2py*)1(2pz*)1有两个未成对电子有两个未成对电子,故具顺磁性故具顺磁性如如:O2第71页9.2.分子间作用力 气体分子能够凝结成对应液体和固体，固气体分子能够凝结成对应液体和固体，固体粉末能够压成片状，原因是除了原子与原子、体粉末能够压成片状，原因是除了原子与原子、离子与离子间存在强烈作用外，分子与分子间离子与离子间存在强烈作用外，分子与分子间还存在另一个较弱作用力，其强度只有化学键还存在另一个较弱作用力，其强度只有化学键1/101/100，作用范围也很小，但却是决定物，作用范围也很小，但却是决定物质熔点、沸点和溶解度等物理性质主要原因。质熔点、沸点和溶解度等物理性质主要原因。分子间作用力（分子间作用力（intermolecular force）与）与分子极性相关。主要包含分子极性相关。主要包含van der Waals and hydrogen bond。第72页1分子极性分子极性 依据分子中正依据分子中正负电负电荷重心是否重合，可把分子荷重心是否重合，可把分子分分为为极性分子和非极性分子极性分子和非极性分子分子极性键极性分类分类1 1、极性分子、极性分子2 2、非极性分子、非极性分子 1 1、极性共价键、极性共价键2 2、非极性共价键、非极性共价键联络双原子分子二者统一多原子分子二者不一定统一（与电负性和分子空间构型相关）量度量度电偶极矩电偶极矩电负性差电负性差 9.2.1 分子极性分子极性第73页2、偶极矩、偶极矩 分子极性大小，通惯用偶极矩分子极性大小，通惯用偶极矩(dipole moment)来衡量，它等于正、负电荷重心距来衡量，它等于正、负电荷重心距离离(d)和正电荷重心或负电荷重心上所带电和正电荷重心或负电荷重心上所带电量量(q)乘积：乘积：qd电偶极矩为零分子电偶极矩为零分子是非极性分子，电是非极性分子，电偶极矩愈大表示分偶极矩愈大表示分子极性愈强。子极性愈强。第74页3分子极化分子极化 外电场使分子产生诱导偶极矩现象称为分子极外电场使分子产生诱导偶极矩现象称为分子极外电场使分子产生诱导偶极矩现象称为分子极外电场使分子产生诱导偶极矩现象称为分子极化化化化(polarization)(polarization)。诱导偶极永久偶极第75页 极极极极 性性性性 分分分分 子子子子 相相相相 互互互互 作作作作 用用用用9.2.2 van der Waals9.2.2 van der Waals力力力力 1.1.取向力取向力取向力取向力 orientation force orientation force 由永久偶极取向而产生分子间作用力叫做取向力。由永久偶极取向而产生分子间作用力叫做取向力。由永久偶极取向而产生分子间作用力叫做取向力。由永久偶极取向而产生分子间作用力叫做取向力。取向力大小与分子偶极矩平方成正比，与热力学温度取向力大小与分子偶极矩平方成正比，与热力学温度取向力大小与分子偶极矩平方成正比，与热力学温度取向力大小与分子偶极矩平方成正比，与热力学温度及分子间距离及分子间距离及分子间距离及分子间距离6 6次方成反比。次方成反比。次方成反比。次方成反比。第76页2.诱导力诱导力 induction force 诱导偶极与永久偶极间作用力诱导偶极与永久偶极间作用力极极极极 性性性性 分分分分 子子子子 和和和和 非非非非 极极极极 性性性性 分分分分 子子子子 相相相相 互互互互 作作作作 用用用用第77页3.色散力色散力 dispersion force 瞬间偶极诱使邻近分子极化瞬间偶极诱使邻近分子极化 非 极 性 分 子 间 相 互 作 用第78页 以上三种力中，以色散力为主，而色散力以上三种力中，以色散力为主，而色散力大小与分子变形性相关。分子愈大，愈易变形，大小与分子变形性相关。分子愈大，愈易变形，色散力也愈大。色散力也愈大。在普通情况下，组成和结构相同物质，相在普通情况下，组成和结构相同物质，相对分子量愈大，对分子量愈大，van der waals力也愈大，物质力也愈大，物质熔点、沸点愈高。熔点、沸点愈高。如：如：HCl、HBr、HI熔点依次递升熔点依次递升又如：卤素单质，氯是气体，溴是液体，碘是又如：卤素单质，氯是气体，溴是液体，碘是固体。固体。第79页van der Waals力特点：力特点：它是静电引力，作用能比化学键小它是静电引力，作用能比化学键小12个个数量级；数量级；它作用范围只有几十到几百它作用范围只有几十到几百pm；它不含有方向性和饱和性；它不含有方向性和饱和性；大多数分子色散力为主。大多数分子色散力为主。van der Waals力分布取向力取向力诱导力诱导力色散力色散力非极性分子之间非极性分子之间极性分子和非极性分子之间极性分子和非极性分子之间极性分子之间极性分子之间第80页分子间力对物质物理性质影响分子间力对物质物理性质影响:He Ne Ar Ke Xe分子量分子量r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小小大大低低高高小小小小小小小小大大大大大大大大第81页氢氢化化物物沸沸点点改改变变规规律律:第82页1.氢键形成条件氢键形成条件XHY X，Y=F、O、N（虚线所表示为氢键）（虚线所表示为氢键）X：电负性大、半径小：电负性大、半径小 Y：电负性大、半径小，：电负性大、半径小，外层有孤对电子外层有孤对电子9.2.3 氢键（hydrogen bond）第83页氢键通式氢键通式:XHY要有一个与电负性很大元素要有一个与电负性很大元素(X)形成强形成强极性键氢原子极性键氢原子;要有一个电负性很大要有一个电负性很大,含有孤对电子并含有孤对电子并带有部分负电荷原子带有部分负电荷原子(Y);X,Y原子半径都要小原子半径都要小.形成氢键条件形成氢键条件:第84页2.氢键特点和类型氢键特点和类型氢氢键键键键能能比比化化学学键键键键能能弱弱得得多多，普普通通在在42 kJmol-1 以下，它比但比以下，它比但比 van der Waals力力强强。氢氢键键含含有有饱饱和和性性和和方方向向性性。饱饱和和性性是是共共价价键键H原原子子通通常常只只能能形形成成1个个氢氢键键；方方向向性性是是以以H原原子子为为中心中心3个原子个原子XHY尽可能在一条直尽可能在一条直线线上。上。依依据据上上述述讨讨论论，可可将将氢氢键键看看作作是是较较强强、有有方向性和方向性和饱饱和性和性van der Waals力。力。HFHFHFHFHFHF第85页分子间氢键和分子内氢键分子间氢键和分子内氢键分子间氢键和分子内氢键分子间氢键和分子内氢键 同类化合物中能形成份子间氢键物质，沸点、熔同类化合物中能形成份子间氢键物质，沸点、熔同类化合物中能形成份子间氢键物质，沸点、熔同类化合物中能形成份子间氢键物质，沸点、熔点高，如点高，如点高，如点高，如NHNH3 3、HH2 2OO和和和和HFHF。化合物分子内形成氢键，普通沸点和熔点低。化合物分子内形成氢键，普通沸点和熔点低。化合物分子内形成氢键，普通沸点和熔点低。化合物分子内形成氢键，普通沸点和熔点低。溶质和溶剂间形成氢键，可使溶解度增大；溶质和溶剂间形成氢键，可使溶解度增大；溶质和溶剂间形成氢键，可使溶解度增大；溶质和溶剂间形成氢键，可使溶解度增大；若溶质分子内形成氢键，则在极性溶剂中溶解度若溶质分子内形成氢键，则在极性溶剂中溶解度若溶质分子内形成氢键，则在极性溶剂中溶解度若溶质分子内形成氢键，则在极性溶剂中溶解度小，而在非极性溶剂中溶解度增大。小，而在非极性溶剂中溶解度增大。小，而在非极性溶剂中溶解度增大。小，而在非极性溶剂中溶解度增大。HFHFHFHFHHHNHOH第86页3.氢键对物质性质影响 分子间形成氢键时，因为分子间结协力增强，使化合物沸点和熔点升高。由图可见，第四主族氢化物均不会形成氢键，其氢化物色散力随分子量增大而变大，沸点也随之上升。第VA 至第VIIA 族元素氢化物中，因为NH3、H2O和 HF分子间能形成氢键，所以其沸点都比同族其它元素氢化物高。第87页氢键在生物体内也广泛存在，而且在生命过程中起着相当主要作用。图9-20 DNA双螺旋结构和碱基配对形成氢键示意图第88页