8　分子结构 8.1　共价键 1916年，路易斯提出共价键理论。  靠共用电子对，形成化学键，得到稳定电子层结构。 定义：原子间借用共用电子对结合的化学键叫作共价键。 对共价键的形成的认识，发展提出了现代价键理论和分子轨道理论。 一、价键理论（电子配对法）（p129） 1、氢分子共价键的形成和本质（应用量子力学） 　　当两个氢原子（各有一个自旋方向相反的电子）相互靠近，到一定距离时，会发生相互作用。每个H原子核不仅吸引自己本身的1s电子还吸引另一个H原子的1s电子，平衡之前，引力＞排斥力，到平衡距离d，能量最低：E0﹤2E，形成稳定的共价键。 H原子的玻尔半径：53pm（重叠后d=74pm），说明H2分子中两个H原子的1S轨道必然发生重叠，核间形成一个电子出现的几率密度较大的区域。这样，增强了核间电子云对两核的吸引，削弱了两核间斥力，体系能量降低，更稳定。 （核间电子在核间同时受两个核的吸引比单独时受核的吸引要小，即位能低，∴能量低） 2、价键理论要点 ①要有自旋相反的未配对的电子 H↑+ H↓ -→ H↑↓H 表示：H:H或H-H ②电子配对后不能再配对，即一个原子有几个未成对电子，只能和同数目的自旋方向相反的未成对电子成键。如：N：2s22p3，N≡N或NH3。这就是共价键的饱和性。 ③原子轨道的最大程度重叠 （重叠得越多，形成的共价键越牢固） 3、共价键的类型 σ键和π键（根据原子轨道重叠方式不同而分类） s-s：σ键，如：H-H；s-p：σ键，如：H-Cl；p-p：σ键，如：Cl-Cl π键。 单键：σ键；双键：一个σ键，一个π键；叁键：一个σ键，两个π键。σ键的重叠程度比π键大，∴π键不如σ键牢固。 σ键 π键  原子轨道重叠方式 头碰头 肩并肩   能单独存在 不能单独存在  沿轴转180O 符号不变 符号变  牢固程度 牢固 差  含共价双键和叁键的化合物重键容易打开，参与反应。 二、键参数(p134) 表征共价键的物理量叫键参数。键能：共价键的强度；键长、键角：以共价键形成的分子的空间构型（几何构型）。 1、键长（l）（用X射线法） 成键的两个原子核之间的（平均）距离。两个原子共价半径之和=键长。键长越短，键能越大，共价键越牢固。 2、键能（EB） 衡量共价键强弱的物理量。指298.15K，101.3KPa条件下，AB（g）→ A（g）+ B（g）所需的E（KJ/mol）。双原子分子，其键能=离解能D，如Cl2，HCl。多原子分子，指的是平均键能： 例：CH4 D1 = 435.1KJ/mol；D2 = 443.5KJ/mol；D3 = 443.5KJ/mol；D4 = 338.9KJ/mol； E（C-H）=（D1 + D2 + D3 + D4）/4= 415.25 KJ/mol 3、键角（θ）  键角指分子中键与键之间的夹角。键长和键角确定，分子构型就确定了。 价键理论比较简明地阐述了共价键的形成过程和本质，并成功地解释了共价键的饱和性和方向性，但在解释分子的空间构型（结构）方面发生一定困难。 8.2　杂化轨道理论和分子的几何构型 一、杂化轨道的概念(p136) 1、什么叫杂化轨道？ 能量相近的原子轨道混合起来，重新组成一组能量相同的轨道，这一过程，称原子轨道杂化，组成的新轨道叫杂化轨道。 2、原子轨道杂化后，使一头肥大，电子云分布更集中，成键能力更强。（p137图8-7） 成键能力：S﹤P﹤ SP﹤SP2﹤SP3 二、杂化轨道的类型和分子的几何构型(p137) 1、SP杂化和分子的几何构型 例：BeCl2，Be 1s22s2。BeCl2，ⅡB族形成的AB2型分子都为直线形。 2、SP2杂化和分子的几何构型 例：BF3，F 1s22s22p5 3、SP3杂化和分子的几何构型 例：CCl4。如CH4，SiH4，SiCl4，CCl4等    4、不等性杂化 （1）有孤对电子参加的不等性杂化 ①H2O分子的几何构型  孤对电子不成键，能量较低，对成键电子云排斥更大，使两个O-H键角压缩成104.5O，（而正四面体型为109.5O）（两孤对电子之间夹角＞109.5O） 斥力：孤对电子-孤对电子＞孤对电子-成键电子＞成键电子-成键电子 ②NH3的几何构型  8.3　分子间力 一、分子的极性(p142) 任何以共价键结合的分子中，存在带正电荷的原子核、带负电荷的电子。 ∴分子中存在正电荷中心（"+"极）、负电荷中心（"-"极）。两中心重合，整个分子无极性，称为非极性分子；两中心不重合，整个分子有极性，称为极性分子。 ①由共价键结合的双原子分子，键的极性和分子极性一致；例：O2、N2、H2、Cl2非极性键，非极性分子。HI、HBr 极性键，极性分子。 ②由共价键结合的多原子分子，键的极性与分子极性不完全一致，而与几何构型有关  ③ 分子极性的大小通常用偶极矩来度量。 μ = q × d。μ：偶极矩，由实验测得；是矢量，方向从正极到负极；q：原子的正或负中心，一端的电荷量，单位：库仑（C），1个电子的电量= 1.602×10-19C；d：正负电荷中心间距离，单位：米（m），其数量级相当于原子距离，≈10-11 m；μ≈10-30 C·m（库仑·米） 测定μ，①可判断分子极性大小；②可判断多原子分子是否具有对称结构。 二、分子的变形性（p145） ①什么叫分子的变形性？ 在外电场作用下，分子中的正负电荷中心的位置发生改变，产生"诱导偶极"，这种现象称为分子的极化或变形极化。分子受极化后，分子外形发生改变，称为分子的变形。 ②影响分子变形性的内在因素 分子中的原子数越多，原子半径越大（分子越大），分子中电子数越多，变形性越大。 ③分子在外电场作用下的变形程度，用极化率α来度量 三、分子间力（范德华力）（p144）  说明分子间距离很近时，存在作用力。 1、取向力（极性分子与极性分子之间）  诱导力与极性分子的μ2成正比；与T成反比；与分子间距离的R6成反比。 非极性分子之间存在：色散力；极性分子与非极性分子间：色散力、诱导力；极性分子之间存在：色散力、取向力、诱导力。 2、诱导力  极性分子 非极性分子 产生诱导偶极 诱导力与极性分子的μ2成正比；与被诱导分子的变形性成正比；与分子间距离的R6成反比。发生在非极性分子与极性分子之间及极性分子与极性分子之间。 3、色散力（一切分子之间）  一段时间内 某一瞬间 总的情况（由于原子核、电子云的不断运动）。 色散力与分子的变形性（以极化率度量）成正比，与分子间距离R6成反比。色散力↑，熔、沸点↑。 4、分子间作用力的特性 ⅰ）分子间作用力是存在于分子间的一种永久性吸引作用。 ⅱ）是一种短程力，作用范围：300-500pm，因此，只有当分子之间距离很近时，才有分子间作用力。当距离很远时，这种力消失。 ⅲ）没有方向性和饱和性。（分子间力实质为静电引力） ⅳ）强度为化学键的1/10～1/100。 ⅴ）除μ很大的分子（如H2O）外，分子间作用力以色散力为主。 5、分子间作用力对物质物理性质的影响（p145） 四、氢键 1、氢键形成的条件  O、N、F电负性大，原子半径小，具有孤对电子，易形成氢键。 注意： ⅰ）不同分子亦会形成氢键H3N……H-O-H ⅱ）分子内亦会形成氢键 2、氢键的强度和性质 ⅰ）强度：比化学键小得多，与分子间力相同数量级，是键能的1/20。 ⅱ）具有方向性和饱和性 作业：8.6、8.9（149）