第二章 化学键和分子结构.ppt

第一节 离子键理论 ① 氢键的本质是静电吸引作用，是一种特殊的分子间力。氢键的键能一般为 41.84 kJ·mol–1，比化学键弱得多，但比范德华引力强。 氢键的键能：拆开 1 摩尔 H· · ·Y 键所需要的能量。 氢键键能与 X、Y 的电负性有关，与 Y 原子的原子半径有关。 氢键的特点 氢键的键长：X-- H· · ·Y 中，由 X 原子到 Y 原子中心的距离。比范德华半径之和小一些，但比共价半径之和大得多。 ② 氢键具有方向性和饱和性： 饱和性： 氢原子与 X 原子结合后只能与一个 Y 原子形成氢键。这是因为 H 原子体积比 X、Y 原子小得多，当形成 X－H…Y 后，第三个电负性大的原子再靠近 H 原子时，它所受到 X 和 Y 原子电子云的排斥力大于 H 原子对它的吸引力，因此 X－H…Y 上的 H不能再和第三个电负性大的原子形成氢键。 氢键的方向性： Y 原子与 X－H 形成氢键时，以H 原子为中心的三个原子 X－H…Y 应尽可能在同一条直线上，这样可使 X 和 Y 原子之间距离最远，两个原子的电子云之间的斥力最小，体系最稳定。 氢键存在于液态、固态和气态物质中。 分子内氢键和分子间氢键 分子内氢键：X 和 Y 处于同一个分子中，即一个分子的 X－H 键与其内部的一个 Y 原子间形成的氢键。如邻硝基苯酚分子内氢键。 分子间氢键：在 X－H…Y 结构中，X 和 Y 处于两个分子中，即一个分子的 X－H 与另一个分子的 Y 原子间形成的氢键。如 HF 和 NH3–H2O。 分子间通过氢键结合---缔合。 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 分子间氢键 分子内氢键 一般地，形成分子内氢键时物质的熔点、沸点低于生成分子间氢键时的熔点、沸点，更易溶于非极性溶剂中，并且易于气化。 对物质熔点、沸点的影响 对溶解度的影响 对物质酸性的影响 氢键对物质性质的影响 氢键对熔点和沸点的影响 分子内氢键常使物质的熔、沸点降低。 分子间氢键可使物质的熔点和沸点显著升高。 分子间形成了氢键，若使固体熔化或液体气化，不仅要克服分子间的范德华力，还必须提供更多的能量去破坏比范德华引力大得多的氢键。因此 H2O、HF、NH3 的熔点和沸点与同族元素的氢化物相比反常地升高。 氢键对溶解度的影响 极性溶剂中，溶质分子和溶剂分子间形成分子间氢键，则溶解度增大。 存在分子内氢键的溶质，在极性溶剂中的溶解度较小；而在非极性溶剂中的溶解度较大。 氢键对物质酸性的影响 苯甲酸：Ka? = 6.2 ? 10–12 邻羟基苯甲酸： Ka? = 9.9 ? 10–11 2，6 – 二羟基苯甲酸： Ka? = 5.0 ? 10–9 取代基和羟基形成氢键，使H+更易解离 ? 酸性增强 DNA的双螺旋结构形成示意 氢键对生物体的影响 核苷酸碱基间的氢键 胸腺嘧啶(T) 腺嘌呤(A) 第六节 晶体结构 物质的三种聚集状态：气态、液态和固态 固态物质：晶体和非晶体两大类 具有整齐、规则的几何外形： 具有确定的熔点：只有达到确定温度(熔点)时晶体才开始熔化，外界提供的能量全部用于晶体熔化。 有各向异性：晶体在不同方向上的性质(光学性质、热和电的传导性及力学性质等)各不相同。如晶体的解理(晶体受外力后，沿某几个平面开裂)。 晶体的特征 正电荷中心和负电荷中心 偶极：分子中正、负电荷中心不重合时，分子存在正、负两极。 极性分子(polar molecule)：具有偶极的分子。 非极性分子(nonpolar molecule)：分子中正、负电荷中心重合，不具有偶极的分子。 分子的极性与偶极矩 + – 极性分子 非极性分子 + – 分子的极性 1. 非极性共价键：分子无极性。如：H2、N2、Cl2等。 2. 极性共价键： 分子结构对称，电荷重心重合，无极性。如：CO2(直线形)、BF3(平面三角形) 、CH4(正四面体)等，虽然所形成的化学键有极性，但分子结构对称，分子为非极性的。 分子结构不对称，分子有极性。如：H2O、NH3、CHCl3 等。 H2O BF3 非极性分子 极性分子 O H H ?? ?? ?? ?? B F F F ?? ?? ?? ?? ?? ?? 偶极矩(dipole moment) 分子极性强弱可用偶极矩来衡量。符号为 μ。 表达式： μ＝q ·d q 为正、负电荷重心的电量； d 为正、负电荷重心间距离。 获得：电学或光学实验方法 偶极矩为矢量，方向从正电荷指向负电荷。 μ 的数量级为10–30 C·m H Cl ?? ?? +q –q d 分子几何构型与偶极矩的关系： 分子几何构型中心对称(平面三角形、正四面体等)的多