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第四章_分子结构分子间的作用力氢键离子极化理论课件

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第四 分子结构 分子 作用力 氢键 离子 极化 理论 课件
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Five weeks of practice ended in this way and my feelings can only be summed up in eight words although hard but very substantial 4 4 分子间作用力 4 1 极性分子与非极性分子 1 键的极性 键的极性由两元素的电负性差 x决定或由键矩决定 x越大 键的极性越大 2 分子的极性 极性分子 正电荷重心和负电荷重心不互相重合的分子 非极性分子 两个电荷重心互相重合的分子 由非极性键构成的分子 一定是非极性分子 如 单质多原子分子 H2 Cl2 S8 P4 等 Five weeks of practice ended in this way and my feelings can only be summed up in eight words although hard but very substantial 由极性键构成的分子 分子是否 有极性 还与分子的空间构型有关 由极性键构成的分子是否一定是极性分子 若键的极性在分子中可相互抵消 则为非极性分子 如 BF3 CH4 CCl4 CO2 等 若键的极性在分子中不能相互抵消 则为极性分子 如 NH3 H2O PCl3 SO2 等 Five weeks of practice ended in this way and my feelings can only be summed up in eight words although hard but very substantial 3 偶极矩 dipole moment 分子极性的大小 可由偶极矩来衡量 偶极矩 q d d 偶极长 正电荷重心和负电荷重心的距离 偶极长d 偶极子电荷q 是无法测定的 但偶极矩 可通过实验测得 d q q 的单位为D 德拜 1D 3 33 10 30 C m 因为一个电子的电量是1 6 10 19C 分子的直径在10 10 m 数量级 所以 分子电偶极矩大小数量级为10 30 C m 是一个矢量 方向在化学中是从正极到负极 Five weeks of practice ended in this way and my feelings can only be summed up in eight words although hard but very substantial 一些分子的偶极矩 表4 13 一些分子的偶极矩 分 子 D分 子 D H20H2O1 85 N20HCl1 03 BCl30HBr0 79 CO20HI0 38 CS20NH31 66 H2S1 1CO0 12 SO21 6HCN2 1 极性分子的这种 固有偶极叫做永久偶 极矩 外电场影响下所 产生的偶极叫诱导偶 极 诱导偶极矩 的大小与外电场强度 成正比 Five weeks of practice ended in this way and my feelings can only be summed up in eight words although hard but very substantial 4 分子的极化与瞬间偶极 分子的正 负电荷重心在外电场的影响下会发生变化 0 有外电场时无外电场时 极性分子 非极性分子 图4 51 外电场对分子极性的影响示意图 非极性分子被极化 后 产生诱导偶极 极性分子在电场的 诱导下 也能产生 诱导偶极 且总偶 极矩增大 分子在外电场中 或正 负离子本身的电场中 发生变形 产生 诱导偶极的过程 叫分子的极化 即使没有外电场存在 在某一瞬间 分子的正电荷重心和负电 荷重心也会发生不重合现象 这时产生的偶极称瞬间偶极 Five weeks of practice ended in this way and my feelings can only be summed up in eight words although hard but very substantial 4 2 分子间作用力 范德华 Van der Waals 力 气体能凝结成液体 固体表面有吸附现象 毛细管内 的液面会上升 粉末可压成片等 这些现象都证明分子与 分子之间有引力存在 通常把分子间力叫做范德华力 分子间力是一种较弱的相互作用力 其结合能一般 小于40kJ mol 1 比化学键能小1 2个数量级 分子间力的性质属于电学性质 分子间力的产生与分 子的极化有关 对于范德华力本质的认识是随着量子力学 的出现而逐步深入的 但范德华力是决定共价化合物的熔点 沸点高低 溶解度大小等物理性质的一个重要因素 Five weeks of practice ended in this way and my feelings can only be summed up in eight words although hard but very substantial 范德华力一般包括三个部分 取向力 极 极 永久偶极而产生的相互作用力 色散力 所有分子间均存在 由于存在 瞬间偶极 而产生 的相互作用力 诱导力 极 非极 极 极 诱导偶极同极性分子的永久偶 极间的作用力叫做诱导力 色散力 取向力 诱导力 Five weeks of practice ended in this way and my feelings can only be summed up in eight words although hard but very substantial 分子间范德华引力的特点 a 永远存在于分子或原子间的一种静电作用力 b 它是吸引力 其大小比化学键能小1 2个数量级 c 一般没有方向性和饱和性 d 作用范围只有几pm e 范德华力有三种 除强极性分子外 色散力永远是主要的 表4 14 分子间的作用能 kJ mol 1 的分配 Five weeks of practice ended in this way and my feelings can only be summed up in eight words although hard but very substantial 范德华力对共价化合物物理性质的影响 分子间范德华力的大小可说明共价化合物间 的物理性质差异 如 熔点 沸点的高低 溶解度的大小 液化 结晶现象及相似相溶原理 等等 问题 决定物质熔点 沸点的因素还有哪些 如 离子晶体 金属晶体 原子晶体 Five weeks of practice ended in this way and my feelings can only be summed up in eight words although hard but very substantial 4 3 离子的极化 来自异号离子的电场作用使离子的电子云偏 离球对称 产生诱导偶极矩的过程称离子极化 离子的极化作用实际上是一种诱导力 正负离子都有极化对方的能力和被对方极化的可能 但通常把正离子视为极化者 负离子为被极化者 弱极化 未极化 强极化 Five weeks of practice ended in this way and my feelings can only be summed up in eight words although hard but very substantial 离子极化的结果 正 负离子的电子云发生变形 变成非球状离子 电子云发生部分重叠 表现出一定的共价性 正 负离 子间的引力增强 极化导致键长缩短 键能 晶格能增加 配位数下降 结构向层型 链型 岛型过渡 溶解度降低 等等 键的极性的增大 离子相互极化的增强 图4 55 由离子键向共价键的过渡 Five weeks of practice ended in this way and my feelings can only be summed up in eight words although hard but very substantial 1 离子的极化力和变形性 极化力 一种离子使邻近的异性离子极化而 变形的能力 通常阳离子极化力占主导 高电荷 小半径的阳离子 有强的极化力 如 Al3 B3 Si4 Cu2 Fe3 等 变形性 受异性离子极化而发生电子云变形的能力 阴离子变形性占主导 变形性的大小用极化率衡量 正离子因电荷高 半径小 通常不易被极化变形 负离子因半径较大 故容易受阳离子电场影响而变形 Five weeks of practice ended in this way and my feelings can only be summed up in eight words although hard but very substantial 2 离子的极化作用的一般规律 a 高电荷 小半径的阳离子有强的极化力 如 H Li Be2 Sn4 Fe3 等 Fe3 Fe2 Sn4 Sn2 Be2 Mg2 Ca2 Ba2 b 阳离子的壳层结构对极化力大小的影响 18e 18 2 e 氦 Li 壳层结构的阳离子 9 17 e 不规则 构型的离子 d 区 8e稀有气体 构型的离子 c 复杂阴离子的极化作用通常较小 如 SCN 但电荷高 的复杂阴离子有一定的极化作用 如 SO42 和 PO43 Five weeks of practice ended in this way and my feelings can only be summed up in eight words although hard but very substantial 3 离子的变形性的一般规律 a 大半径 高电荷的简单阴离子变形性大 如 S2 I Se2 等等 b 18e 18 2 e 壳层结构的低电荷阳离子 其变形性比 相近半径的稀有气体构型阳离子大得多 如 Hg2 Ag Pb2 等等 c 复杂阴离子的变形性通常不大 复杂阴离子的中心原 子氧化数越高 变形性越小 如 ClO4 SO42 等 d 电子构型相同的离子 半径越大 变形性越大 如 Li Na K Rb Cs F Cl Br AgBr AgI 因为X 的变形性 I Br Cl 如 ZnI2 CdI2 HgI2 溶解度 g 100gH2O 432 86 2 难溶 因为18e 构型的阳离子容易变形 变形性 Hg2 Cd2 Zn2 Five weeks of practice ended in this way and my feelings can only be summed up in eight words although hard but very substantial d 对颜色的影响 强的离子极化作用使晶体颜色加深 如 大多数硫化物为黑色 P212 19 题 AgCl AgBr AgI 颜色加深 CuF2 无色 CuCl2 黄棕色 CuBr2 棕黑 CuI2 不存在 如何分析说明 Five weeks of practice ended in this way and my feelings can only be summed up in eight words although hard but very substantial e 对熔 沸点的影响 强的离子极化作用使离子晶体的Tm p 如 NaCl AgCl FeCl2 FeCl3 Tm p K 1074 723 943 555 因为Ag 是18e 构型的 而Na 是 8e 构型的 Fe3 Fe2 均为9 17e 构型的 但Fe3 比Fe2 的电荷高 半径小 Five weeks of practice ended in this way and my feelings can only be summed up in eight words although hard but very substantial f 对分解温度的影响 离子极化作用越强 离子晶体的 热稳定性越差 分解温度越低 如 BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3 分解温度T K 813 1173 1553 1633 M2 的半径越小 极化作 用越强 越易争夺到CO32 中的氧原子 2 4 O OO C M2 Five weeks of practice ended in this way and my feelings can only be summed up in eight words although hard but very substantial 4 4 氢键 氢原子与电负性极强的元素 F O N 之间的一种特殊的分子间作用力 问题的提出 A A氢化物的沸点 有反常 NH3 H2O HF的沸点 比同族其它氢化物的高 在同系列中 分子间力与 分子量的大小关系反常 图4 58 卤素 氧族元素氢化物的沸点 Five weeks of practice ended in this way and my feelings can only be summed up in eight words although hard but very substantial 某些同分异构体的沸点相差较大 CH3CH2OH CH3OCH3 tb p 78 4 23 7 水的某些物理性质反常 如 水的介电常数和比热容特别大 水的密度在4 时最大等 这说明分子间力除范德华力外 还存在另一 种作用力 这种作用力就是某些分子间的氢键 hydrogen bond Five weeks of practice ended in this way and my feelings can only be summed up in eight words although hard but very substantial 1 氢键的形成 氢键 X H Y X Y代表电负性大 原子半径小的原子 F O N 分子中 与 F O N 相连的氢原子几乎成为赤裸的 质子 表现出强的正电性 对大电负性原子上的孤电子对 有强的吸引力 氢键的键能比范德华力略大 氢键的形成条件 有一个与电负性很强的元素形成强极性键的氢原子 分子中必须有带孤电子对 电负性大 而且原子半径 小的元素 Five weeks of practice ended in this way and my feelings can only be summed up in eight words although hard but very substantial 2 氢键的特点 a 氢键具有方向性和饱和性 方向性 X H Y 在同一直线上 键角180 饱和性 一个H原子只能吸引两个电负性大的原子 水分子中的氢键 图4 56 水分子间的氢键 Five weeks of practice ended in this way and my feelings can only be summed up in eight words although hard but very substantial b 氢键的强弱与元素电负性有关 F H F O H O O H N N H N 在 HF2 中 几乎成为共价键 表4 16 氢键的键能和键长 氢 键键能 kJ mol 1键长 pm化合物 F H F28 0255 HF n O H O18 8276冰 N H F20 9266NH4F N H O 286CH3CONH2 N H N5 4358NH3 Five weeks of practice ended in this way and my feelings can only be summed up in eight words although hard but very substantial c 氢键的本质 氢键主要是静电引力 其作用能与分子间力 接近 约8 40 kJ mol 1 可以认为 氢键是有饱和性 方向性的强有力的 分子间作用力 Five weeks of practice ended in this way and my feelings can only be summed up in eight words although hard but very substantial 3 氢键的类型及对化合物性质的影响 分子间的氢键 广泛存在于H2O 醇 酚 酸 氨 胺 酰胺及蛋白质等中 分子间的氢键使共价化合物的Tb p Tm p 升高 且能溶于质子溶剂中 问题 为何 H2SO4 是高沸点的酸 而 HCl 是低沸点的酸 Five weeks of practice ended in this way and my feelings can only be summed up in eight words although hard but very substantial 分子内的氢键 邻羟基苯甲醛 邻羟基 苯甲酸 邻羟基硝基苯等物质 中都存在分子内的氢键 且形 成五 六元环 分子内的氢键使共价化合物的 Tb p Tm p 如 HNO3 tb p 86 由于分子内的氢键可使分子的极性降低 不利于再形成分 子间氢键 因此 分子内的氢键使共价化合物的沸点降低 N O OO H N O O O H 130 115 96pm 140pm 122pm 氢键 Five weeks of practice ended in this way and my feelings can only be summed up in eight words although hard but very substantial 作业 P210 211 6 7 9 10 11 13 14 15 19 22 23
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