[生物学]9分子结构.ppt

分 子 结 构 所谓分子结构通常包括下面一些内容： 分子内原子间的强相互作用力，即化学键问题、分子的空间构型问题； 分子之间的相互作用力，即分子间力和氢键问题。 离子键 共价键——价键理论 杂化轨道理论 分子间作用力、氢键 金属键简介* 分子或晶体中相邻原子间强烈的相互作用力称为化学键。 化学键的基本类型有：离子键（电价键）、共价键、配价键和金属键等。 离 子 键 1916年德国化学家科塞尔根据稀有气体具有稳定结构的事实，提出了离子键理论。 电负性小的活泼金属原子与电负性大的活泼非金属原子，在一定条件下互相接近时，原子间发生电子的转移而生成正、负离子，达到稳定结构。 NaCl的势能曲线图 由NaCl的势能曲线图可以看出，当正、负离子接近到平衡距离Ro时，体系的能量降到最低点。 此时正、负离子之间形成了稳定的化学键，即离子键。 正离子和负离子通过静电引力而互相结合形成的化学键称为离子键。 由离子键形成的化合物称为离子型化合物。 在常况下离子型化合物所形成的结晶状固体，称为离子型晶体。 一、离子键的特点 离子键的本质是静电作用力。 离子键没有方向性； 离子键没有饱和性。 键的离子性与元素的电负性有关。电负性差大离子键强。 氯化钠晶体 中的单元 二、离子的构型 2电子：Li+、Be2+ 8电子：Na+、Ca2+、Al3+ 稳定构型 18电子：Ag+、Hg2+ 18+2电子：Sn2+、Pb2+ 9~17电子：Fe2+、Mn2+ 离子半径 正负离子形成AB型离子晶体时，引力与斥力平衡时，此时正负离子间可保持一定的平衡距离——核间距。 d ＝ r+ + r- 三、离子键的强度 晶格能：气态的正负离子，结合成1mol晶体时，放出的能量，用U表示。如： Na+( g ) + Cl－( g ) ＝ NaCl ( s ) ?rHm= －U 晶格能U越大，形成离子键时放出的能量越多，离子键越强。 共 价 键 分子中用于形成共价键的电子——键合电子（成键电子）。 形成分子的原子最外层轨道中，没参与成键的电子对，被称为孤对电子。 在结构式中以小点表示。 价 键 理 论 1、价键理论（VB法）的基本要点： 具有自旋相反的未成对电子的两个原子相互接近，可以形成稳定的共价键。 能量最低原理： 生成化学键的原子轨道的能量要尽量相近，以便形成稳定的结合。 电子云最大重叠： 成键电子的电子云重叠越多，两核间电子云密度越大，形成的共价键越牢固。 形成共价键时，电子云总是尽可能达到最大程度的重叠，这叫电子云最大重叠原理。 原子轨道在重叠时要有一个对称因素以达到有效的最大程度的重叠。 图7-1 氢原子的1s电子云与氯原子的3px电子云重叠 图7-2 成键轨道有效重叠方向 2、共价键的本质： 两原子组成分子，相互接近时，在两核间电子云密度增大，体系的能量较原子单独存在时低 则生成稳定的化学键。称为分子的基态，反之称为排斥态。 氢分子的能量曲线 3、共价键的特点： 饱和性：原子中未成对的电子数等于原子所能形成的共价键数目，这就是共键价的饱和性。 方向性：满足最大重叠原理，沿原子轨道的对称因素（键轴或对称面）重叠。 4、共价键的类型 电子云以“头碰头”方式相重叠，电子云及重叠部分沿键轴(两核间连线)呈圆柱形对称分布 重叠部分绕轴旋转任何角度形状不会改变，这种键叫σ键。 成键的两个电子云的对称轴相平行，以“肩并肩”方式相重叠 电子云重叠部分是通过键轴的一个平面具有对称性，这种键称为π键。 N2分子中的原子结构：1s22s22p x12py12pz1。 当两个氮原子结合成N2分子时： px电子云沿x轴重叠形成σ键， 原子剩下的两个p电子云与σ键轴垂直，以“肩并肩”方式重叠形成两个π键。 杂化轨道理论 价键理论比较简明地阐明了共价键的本质、共价键的饱、性和方向性。 在解释分子的空间结构方面却遇到了困难：如甲烷等含碳分子的空间构型。 碳原子的价层电子构型是2s22px12py1 在形成甲烷分子时：形成四个共价键。 四个共价键性质相同，分子高对称性。 价键理论不能解释 一、杂化轨道理论的基本要点 原子形成分子时，在成键过程中 同一原子中参加成键的几个能量相近的不同种类的原子轨道进行混合， 重新组合后的原子轨道能量和空间方向发生变化，数目不变，组成新的轨道， 新的轨道能量相同，具有一定的空间结构。 这种轨道重新组合的过程称为轨道杂化，简称杂化。所组成的新轨道叫做杂化轨道。 原子轨道杂化以后所形成的杂化轨道更有利于成键。 杂化轨道之间互相排斥在空间取得最大的键角，使体系能量降低。 二、杂化轨道类型 根据原子轨道的种类和数目不同，可以组成不同类型的杂化轨道。 这里我们