1、漯河医学高等专科学校教案1授课时间 第 3 周 教学时数 2章节名称 第二章 分子结构教学目的及要求通过介绍离子键、共价键、氢键等基本知识和价键理论、杂化轨道理论等内容，为后续知识和有机化学、分析化学的学习奠定基础。1.掌握离子键共价键氢键的概念及特点；掌握价键理论。2.熟悉分子间作用力及杂化轨道理论等内容。3.了解离子晶体、分子晶体和原子晶体的特点。运用上述知识解释物质的性质及其变化规律。教学重点及难点价键理论、杂化轨道理论、氢键教具 多媒体教学方法 讲授同时贯穿现代启发式教学思想教学过程设计 时间分配第一节 离子键第二节 共价键 杂化轨道理论 sp2 杂化 2第二节 共价键 杂化轨道理论
2、sp3 杂化 第三节 分子间作用力和氢键 2漯河医学高等专科学校教案2教 学 内 容 备 注第一节 离子键一、 离子键的形成和特征 1、 离子键的形成 电负性I1 或Y1（KJ/mol）电离能很小的金属原子： Na 0.9 496K 0.8 419电子亲合能很大的非金属原子：Cl 3.0 -348.8O 3.5 -141电负性相差大的元素相遇，一失电子，一得电子，它们之间以静电引力相结合，形成离子键。：阳阴离子间具有静电引力，两原子的电子云间存在排斥力，两原子核间存在相互排斥力，当两原子接近到一定距离，引力=斥力， （此时整个体系能量最低） ，形成离子键。 2、 离子键的特征 本质：阴、阳离子
3、间的静电引力 无方向性、饱和性 只要空间允许，尽可能多地吸引带相反电荷的离子（任何方向，尽可能多） 。但总体来说，有一定比例。二、 离子的特性 1、 离子的电荷 离子化合物 AmBn：An+，Bm- +n+3，很少见 2、 离子的电子层结构 简单阴离子的电子构型，一般与同周期希有气体原子电子层构型相同。 简单的阳离子构型： 3、 离子半径 将阴阳离子看成是保持着一定距离的两个球体。 漯河医学高等专科学校教案12d = r+ + r- 单位：pm（10-12m）规律： 同一元素： 负离子半径 原子半径 正离子半径 低价负离子半径 高价负离子半径 低价正离子半径 高价正离子半径 例： 同一周期 从
4、左到右，阳离子：正电荷数，半径 阴离子：负电荷数，半径 同一主族 电荷数基本相同，从上到下，半径（电子层增加） 离子半径，离子间引力，离子键强度，熔、沸点，硬度 第二节 共价键理论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） 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
5、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，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，漯河医学高等专科学校教案13能量低） 2、 价键理论要点 要有自旋相反的未配对的电子 H+ H - HH 表示： H:H 或 H-H 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
6、相反的未成对电子成键。 如：N：2s22p3，NN 或 NH3 这就是共价键的饱和性。 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 键和 键（根据原子轨道重叠方式不同而分类）s-s ： 键，如：H-H s-p ： 键，如： H-Cl p-p ： 键，如：Cl-Cl 键， 单键： 键 双键：一个 键，一个 键 叁键：一个 键，两个 键 例：NN 键的重叠程度比 键大， 键不如 键牢固。 键 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。 非极性共价键和极性
7、共价键 根据共价键的极性分（电子云在两核中的分布） ，由同种原子组成的共价键为非极性共价键。 例： H2 ，O2 ，N2 等 漯河医学高等专科学校教案14一般来说，不同种原子组成的共价键为极性共价键。 例： HCl，H2O，NH3 等 共价键极性的强弱，可由成键原子的电负性的大小来表示。极性共价键是非极性共价键和离子键的过渡键型。 配位共价键(配位键) 原子或离子有空轨道 有孤对电子 配位键的离子或分子很普遍（第九章） 二、 键参数 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、 键能：衡量共价键强弱的物理量。 指 298.15K，1
8、01.3KPa 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 2、 键长（用 X 射线法）：成键的两个原子核之间的距离。 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。3、键角 键长和键角确定，分子构型就确定了。 价键
9、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漯河医学高等专科学校教案5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。 三、杂化轨道理论和分子的几何构型CH4，C 的四价问题 1931 年，Pauling、Slater 在价键理论的基础上，提出杂化轨道理论。 1、 杂化轨道的概念 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。 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。 原子轨道 杂化轨道 成键能力：S P SP SP2 SP3 2、 杂化轨道的类型和分子的几何
10、构型 SP 杂化和分子的几何构型 例： HgCl2 Hg 5d106s2 BeCl2，B 族形成的 AB2 型分子都为直线形。 SP2 杂化和分子的几何构型 例：BF3 SP3 杂化和分子的几何构型 例：CCl4 如 CH4 ，SiH4 ，SiCl4 ，CCl4 等3、 不等性杂化 漯河医学高等专科学校教案5有孤对电子参加的不等性杂化 H2O 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 NH3 的几
11、何构型 无孤对电子参加的不等性杂化 C2H4 的分子构型：- 部分杂化 三个 sp2 杂化轨道与两个 H 及另一个 C 成 键，一个 p 轨道与 C 成 键。 漯河医学高等专科学校教案5第三节 分子间力和分子晶体一、 分子间作用力 1、 分子的极性 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。 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
12、键，极性分子。 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 分子极性的大小通常用偶极矩来度量。 = q d ： 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 = 1.60210-19C 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 10-30 Cm 测定 ，可判断分子极性大小； 可判断多原子分子是否具有对称结构。 漯河医学高等专科学校教案52、 分子的变形性 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
13、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。 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。 分子在外电场作用下的变形程度，用极化率 来度量 3、 分子间力 分子间力 范德华，1873 年首先提出，又称为范德华力。 说明分子间距离很近时，存在作用力。 ）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。 ）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 2
14、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。 ）取向力（极性分子与极性分子之间）诱导力与极性分子的 2 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 P224，表 8-5 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 分子间作用力的特性 ）分子间作用力是存在于分子间的一种永久性吸引作用。 ）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。 ）没有方向性和饱和性。 （分
15、子间力实质为静电引力）漯河医学高等专科学校教案5）强度为化学键的 1/101/100 。 ）除 很大的分子（如 H2O）外，分子间作用力以色散力为主。 分子间作用力对物质物理性质的影响 4、 氢键氢化物A HF HCl HBr HIb.p.（）19.5 -84.9 -67 -35.4A H2O H2S H2Se H2TeA NH3 PH3 AsH3SbH3 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。F O N Cl 4.0 3.5 3.0 3.0 共价半径(pm)64 66 70 99 从左到右形成氢键能力减弱。注意：）不同分子亦会形成氢键 H3NH-O-H ）
16、分子内亦会形成氢键 氢键的强度和性质 ）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。 ）具有方向性和饱和性 氢键的形成对物质 b.p.、m.p.的影响 显著升高 漯河医学高等专科学校教案5二、 物质溶解度原理 结构相似者（溶剂、溶质结构相似）易溶，即“相似相溶“ L-L：CH3OH，C2H5OH 在水（H-O-H ）中易溶 S-L：离子型盐易溶于氢键型溶剂（极性大） ； 非极性化合物易溶于非极性或低极性溶剂。三、 分子晶体 作用力极性分子 如：冰范德华力（氢键）非极性分子如：干冰 CO2（S ） 、I2、P4 、S8范德华力（色散力）固体熔化，直到气化，不打断共价键，仅破坏
17、分子间力，氢键。 分子间力比化学键弱，m.p.低，硬度小。 第四节 离子极化1931 年，德国化学家法扬斯（Fijans）首先提出了离子极化作用，常称法扬斯学派。一、 基本观点 先把化学键看作纯粹的离子键，但正负离子不是简单的点电荷，核外有电子层结构，考虑相互作用，相互的电子云会发生重叠，使离子键带有一定程度的共价性。 二、 离子极化作用（离子间的相互极化） 三、 离子极化力和变形性 1、 主极化的一方-（一般是正离子）提供电场。 其强度用极化力表示，极化力指离子使其它离子变形（即极化）的能力。 半径，正电荷数, 极化力 电荷相同，半径相近时： 18，18+2 电子型9-17 电子型8 电子型
18、 2、 被极化的一方-（一般是负离子）在电场作用旧，发生变形。 其变形性大小用极化率来度量。 半径，负电荷数 , 变形性 负电荷相同，半径相近时： 18 电子型18+2 电子型9-17 电子型8 电子型 四、 离子极化的后果 1、 对化学键键型的影响 AgF AgCl AgBr AgI离子晶体 过 渡 型 晶 体 共价型晶体 漯河医学高等专科学校教案5极化力不变，而变形性2、 离子极化作用导致化合物的颜色变深 AgCl AgBr AgI白色 淡黄色 黄色相互极化作用越强,颜色越深。 3、 离子极化作用导致化合物的溶解度降低 AgF AgCl AgBr AgI易溶 由于极性降低,溶解度依次降低4
19、、 离子极化作用对卤化物 m.p.的影响 共价性，m.p. 离子极化理论还不完善，尚在继续研究。漯河医学高等专科学校教案5小 结参考资料参考书1. 覃特营编：无机化学高等医学院校检验专业专科教材，中国医药科技出版社(2000 年)2. 梅文杰编：无机化学(供临床、预防、口腔、药学、护理、检验、影像等专业用)(卫生部“十一五”规划教材，全国高等医药教材建设研究会规划教材，人民卫生出版社（2009 年）3. 张天蓝编：无机化学人民卫生出版社（1987 年）第五版）4. 侯新初编：无机化学中国医药科技出版社（2007 年）5 无机化学徐春祥主编，高等教育出版社6 无机化学北京师范大学等编，高等教育出版社杂 志网 址思考与练习课后记漯河医学高等专科学校教案5
