第第3939讲讲 分子的空间结构与物质的性质分子的空间结构与物质的性质(1)一、离子键、共价键、金属键一、离子键、共价键、金属键1比较比较比较离子键离子键共价键共价键金属键金属键定义定义阴阳离子之间的相互作用阴阳离子之间的相互作用原子间通过共用电子对所形原子间通过共用电子对所形成的化学键成的化学键金属原子与自由电子间的相金属原子与自由电子间的相互作用互作用成键本质成键本质阴阳离子的电性作用阴阳离子的电性作用共用电子对对两原子核的电共用电子对对两原子核的电性作用性作用金属阳离子与自由电子间的金属阳离子与自由电子间的电性作用电性作用成键粒子成键粒子阴阳离子阴阳离子原子原子金属原子与自由电子金属原子与自由电子成键元素成键元素一般是活泼金属与活泼非金一般是活泼金属与活泼非金属属(或原子团或原子团)一般是非金属与非金属或较一般是非金属与非金属或较不活泼的金属不活泼的金属金属元素金属元素特征特征没有方向性和饱和性没有方向性和饱和性有方向性和饱和性有方向性和饱和性没有方向性和饱和性没有方向性和饱和性电子式电子式存在存在离子化合物离子化合物非金属单质非金属单质共价化合物共价化合物复杂离子化合物复杂离子化合物金属单质金属单质存在晶存在晶体体离子晶体离子晶体离子晶体、原子晶体、分子晶体离子晶体、原子晶体、分子晶体金属晶体金属晶体2.共价键类型键键键键成键方向成键方向沿键轴方向沿键轴方向“头碰头头碰头”平行或平行或“肩并肩肩并肩”电子云形电子云形状状轴对称轴对称镜像对称镜像对称牢固程度牢固程度一般强度大，不易断裂一般强度大，不易断裂一般强度小，易断裂一般强度小，易断裂成键判断成键判断规律规律单键是单键是键；双键有一个是键；双键有一个是键，另一个是键，另一个是键；叁键中一个键；叁键中一个是是键，另两个为键，另两个为键键 (1)键和和键(2)(2)极性极性键和非极性和非极性键非极性键非极性键极性键极性键定义定义由同种元素的原子形成的共价键，共用电由同种元素的原子形成的共价键，共用电子对不发生偏移子对不发生偏移由不同种元素的原子形成的共价键，由不同种元素的原子形成的共价键，共用电子对发生偏移共用电子对发生偏移原子吸引电子能力原子吸引电子能力相同相同不同不同共用电子对位置共用电子对位置不偏向任何一方不偏向任何一方偏向吸引电子能力强的原子一方偏向吸引电子能力强的原子一方成键原子的电性判断依据成键原子的电性判断依据不显电性不显电性显电性显电性举例举例单质分子单质分子(如如H2、Cl2)和某些化合物和某些化合物(如如Na2O2、H2O2)中含有非极性键中含有非极性键气态氢化物，非金属氧化物、酸根气态氢化物，非金属氧化物、酸根和氢氧根中都含有极性键和氢氧根中都含有极性键 1由非极性键形成的双原子、多原子分子，其正电中心和负电中心重合，所以都是非极性分子。 2含极性键的分子有没有极性，必须依据分子中极性键的极性向量和是否等于零而定。当分子中各个键的极性的向量和等于零时，是非极性分子。当分子中各个键的极性向量和不等于零时是极性分子。二、分子的极性二、分子的极性 (3)配配位位键：一类特殊的共价键，一个原子提供空轨道，另一个原子提供一对电子所形成的共价键。 a以极性键结合成的双原子分子是极性分子。如：HCl、HF、HBr。 b以非极性键结合成的双原子分子或多原子分子大多是非极性分子。如：O2、H2、P4、C60。 c以极性键结合的多原子分子，可能是极性分子也可能是非极性分子。 d在多原子分子中，中心原子上价电子都用于形成共价键，而周围的原子是相同的原子，一般是非极性 一般一般规律：律： 相相似似相相溶溶规律律：极性溶质一般能溶于极性溶剂；非极性溶质一般能溶于非极性溶剂。如Br2、I2易溶于苯或四氯化碳中，而在水中溶解度较小。如果存在氢键，则溶剂和溶质之间的氢键作用力越大，溶解性越大。相反，无氢键相互作用的溶质在有氢键的水中的溶解度就比较小。 1杂化的概念：在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量相近的原子轨道重新组合，形成一组新的轨道，这个过程叫做轨道的杂化，产生的新轨道叫杂化轨道。杂化轨道数中心原子价电子对数三、三、杂化化轨道理道理论 2对于ABn型分子，中心原子价电子对数可通过下式确定： 中心原子价电子对数 (O原子与S原子按不提供价电子计算)中心原子（A）形成的价电子数+配位原子（B）提供的总价电子数2 3杂化轨道的形状：2个sp杂化轨道呈直线形，3个sp2杂化轨道呈平面三角形，4个sp3杂化轨道呈四面体形。 化学式化学式中心原中心原子价电子价电子对数子对数中心原中心原子杂化子杂化轨道数轨道数中心原中心原子孤对子孤对电子对电子对数数中心原中心原子杂化子杂化轨道类轨道类型型空间构型空间构型CH4440sp3正四面体正四面体BF3330sp2平面三角形平面三角形CO2220sp直线形直线形NH3441sp3三角锥形三角锥形H2O442sp3V形形SO2331sp2V形形NH440sp3正四面体正四面体 1. 杂化轨道数孤对电子对数成键电子对数 2价层电子互斥理论：未成键的孤对电子对已成键的共用电子对有一定的排斥作用。中心原子的价电子对(包括孤对电子和成键电子对)之间存在相互排斥作用，分子的几何构型总是采取彼此间排斥力最小的结构，因为这样能量最低。 在分子中，孤对电子和成键电子对之间静电排斥作用大小的顺序如下：孤对孤对孤对成键对成键对成键对。 3价层电子对互斥模型(VSEPR models)：标注键合原子、孤对电子，并用球棍分别表示中心原子、键合原子、孤对电子成键情况的模型叫VSEPR模型。 4路易斯结构式：标注孤对电子的结构式。 具有相同电子数(指分子或离子中全部电子总数)和相同原子数的分子或离子，它们往往具有相同的分子结构(几何构型)及相似的性质。这条规律就叫做等电子原理。四、等电子原理四、等电子原理 原子总数相同、价电子总数相同的分子也互称为等电子体。如：CO和N2，CH4和NH。一般认为等电子体具有相同的空间构型，可用于推断空间结构。常见的几组： (1)二原子10电子：N2、 CO、 C(如CaC2)、CN。 (2)三原子16电子：CO2、N、SCN、BeCl2等都是直线形结构。 (3)三原子18电子：O3、NO、SO2，它们都是V形结构等。 1分子间存在着把分子聚集在一起的作用力，人们将这些作用统称为分子间作用力。其中最常见的是范德华力和氢键。 2范德华力是固体、液体、气体分子之间普遍存在的一种相互作用力，它使得许多物质能以一定的状态(液态和固态)存在。范德华力的作用能通常比化学键的键能小。五、分子间作用力、氢键五、分子间作用力、氢键化学键化学键分子间作用力分子间作用力概念概念相邻的原子间强烈的相互作用叫化学键相邻的原子间强烈的相互作用叫化学键把分子聚集在一起的作用力，叫做分子把分子聚集在一起的作用力，叫做分子间作用力，又称范德华力间作用力，又称范德华力作用作用微粒微粒原子间原子间分子间分子间作用力作用力强弱强弱强强弱弱范围范围分子内或晶体内分子内或晶体内分子间分子间影响的影响的性质性质主要影响化学性质主要影响化学性质主要影响物理性质主要影响物理性质 3.氢键的定义：某些氢化物分子间存在的比分子间作用力稍强的作用力。 氢键不属于化学键，可以表示为XHX，形成氢键的、连结氢元素的非金属元素必须具备的条件是：很强的电负性，很小的原子半径。生成氢键的常见元素原子为氮、氧、氟。氢键的作用比化学键的键能小，比范德华力的作用强。氢键的特征是具有饱和性和方向性。氢键对物质的物理性质有较大的影响。如熔沸点反常的氢化物有HF、H2O、NH3。范德华力范德华力氢键氢键定义定义分子与分子之间的作用叫范德华力分子与分子之间的作用叫范德华力某些物质分子中，与电负性强的元素某些物质分子中，与电负性强的元素(N、O、F)已已成键的成键的H原子同另一分子中电负性强的元素原子同另一分子中电负性强的元素(N、O、F)之间较强的电性作用之间较强的电性作用强弱强弱弱弱比范德华力比范德华力强强，比化学键，比化学键弱弱存在存在分子晶体分子晶体(分子间分子间)分子晶体分子晶体(有的分子间，有的分子内有的分子间，有的分子内)示例示例干冰、干冰、HCl、P4等等H2O、HF、NH3、C2H5OH、蛋白质等、蛋白质等 1分子间作用力一般只适用于分子晶体，如比较一些离子化合物的熔点，就不能使用分子间作用力理论来解释。 分子间作用力主要影响物质的熔沸点，组成结构相似的分子，相对分子质量越大，熔沸点越高。相对分子质量相同或相近时，分子的极性越大，范德华力越大分子间的作用力越大。 2分子间氢键、分子内氢键分子间氢键：一个分子的XH键与另一个分子的原子Y可形成分子间氢键，在HF、H2O、NH3、无机含氧酸、有机羧酸、醇、胺、蛋白质以及某些高分子化合物等物质的分子之间都有氢键。 例如： 分子内氢键：分子的XH键与它分子内部的另一原子相结合可形成分子内氢键。分子内含有氢键的化合物具有环状结构，多数为六元环。如下例中的分子内氢键(用虚线表示) (1)对沸点和熔点的影响 分子间氢键的形成使物质的沸点和熔点升高；分子内氢键的生成使物质的沸点和熔点降低。 (2)对溶解度的影响 在极性溶剂里，如果溶质分子与溶剂分子间可以生成氢键，则溶质的溶解度增大。如果溶质分子内形成氢键，则在极性溶剂里的溶解度减小。 1孤电子对：分子或离子中，没有参与形成化学键的价电子对是孤电子对。 2配位键：在共价键中，若电子对是由一个原子提供，而跟另一个原子共用，这样的共价键叫做配位键，具有方向性和饱和性。成键条件：一方有孤电子对，另一方有空轨道。 3配合物：由提供孤对电子对的配体与接受孤对电子对的中心原子(或离子)以配位键形成的化合物称配合物，又称络合物。六、配位键与配合物六、配位键与配合物 配位化合物简称配合物，通常是由中心离子(或原子)与配位体(某些分子或阴离子)以配位键的形式结合而成的复杂离子或分子。 (1)配合物的内界：配合物的内界：一般加表示。 中心原子(或离子)提供空轨道，接受孤电子对的原子(或离子)。 配位体指配合物中与中心原子结合的离子或分子。 配位原子：指配位体中含孤电子对，与中心原子直接相连的原子，主要是非金属元素C、N、O、S、卤素等原子。 配位数与中心离子直接以配位键结合的配位原子个数。如AlF63配位数6，Cu(NH3)4SO4配位数4，Co(NH3)2(en)2(NO3)3配位数6。 (2)外外界界：除内界以外的部分。特例：Fe(CO)5无外界。 形成配合物时性质会改变。 颜色的改变，如 AgCl2NH3=Ag(NH3)2Cl AuHNO34HCl=HAuCl4NO2H2O 3Pt4HNO318HCl=3H2PtCl64NO 8H2O 溶解度的改变，如：Fe3nSCN=Fe(SCN)n(n3) 1具有完全相同的组成和原子排列的一对分子，如同左手与右手一样互为镜像，却在三维空间里不能重叠，互称手性异构体(又称对映异构体、光学异构体)。含有手性异构体的分子叫做手性分子。 2判断一种有机物是否具有手性异构体，可以看其含有的碳原子是否连有四个不同的原子或原子团，符合上述条件的碳原子叫做手性碳原子 七、手性分子七、手性分子 1一般来说，含氧酸的强度随着分子中连接在中心原子上的非羟基氧的个数增大而增大，即(HO)mROn中，n值越大，酸性越强。 2对于同一种元素的含氧酸来说，该元素的化合价越高，其含氧酸的酸性越强。八、无机酸的酸性八、无机酸的酸性 3同主族元素或同周期元素最高价含氧酸的酸性比较，根据非金属性强弱去比较。 (1)同一主族，自上而下，非金属元素最高价含氧 酸 酸 性 逐 渐 减 弱 ： HClOHBrOHIO；HClO2HBrO2HIO2；HClO3HBrO3HIO3；HClO4HBrO4HIO4，高氯酸是非金属含氧酸中酸性最强的无机酸。 (2)同一周期，从左向右，非金属元素最高价含氧酸酸性逐渐递增。H4SiO4H3PO4H2SO4HClO4。含氧酸含氧酸分子式分子式HClOH2SO3H2SO4HClO4酸的元数酸的元数一元酸一元酸二元酸二元酸二元酸二元酸一元酸一元酸非羟基氧非羟基氧原子数原子数0123酸性强弱酸性强弱极弱酸极弱酸中强酸中强酸强酸强酸最强酸最强酸