分子间作用力与晶体结构

会计学1分子间作用力与晶体结构分子间作用力与晶体结构1、元素在周期表中的位置与元素原子电子层结构 有什么关系？2、元素性质的周期性变化有什么规律？作业讲解作业讲解第1页/共34页1 1 元素在周期表中的位置与元素原子电子层结构有什么关系？元素在周期表中的位置与元素原子电子层结构有什么关系？答:（1 1）元素分区：）元素分区：可以根据元素的最后一个电子填入的亚层进行 元素分区（s p d ds f）；（2 2）元素周期：）元素周期：可以根据元素具有的电子层数划分元素的周期；（3 3）元素的族：）元素的族：可以根据根据元素的分区区和最外层、次外层 电子数确定元素的族2 2 元素性质的周期性变化有什么规律元素性质的周期性变化有什么规律答:（1 1）原子半径）原子半径:同一周期中，从左到右随着原子序数的增加，原子半径在逐渐减小，在主族元素区内，从上往下，原子半 径显著增大，副族元素区内，从上到下，原子半径稍有增大2 2）电离能）电离能:电离能越小，原子在气态时越易失去电子，元素 的电离能随元素序数的变化而呈现周期性的变化；（3 3）电负性）电负性():():在同一周期中，从左到右，随着原子序数增 大，电负性递增，在同一主族中，从上到下,电负性递减，副 族元素的电负性没有明显的变化规律。

作业讲解作业讲解第2页/共34页新课讲授新课讲授项目项目 5-4 分子间作用力与晶体结构分子间作用力与晶体结构1 化学键化学键2 分子的极性和分子间作用力分子的极性和分子间作用力3 晶体结构晶体结构第3页/共34页 当电负性当电负性很小的金属原子很小的金属原子与电负性与电负性很大的活泼非很大的活泼非金属原子金属原子相遇时，活泼的金属原子会失去电子形成阳相遇时，活泼的金属原子会失去电子形成阳离子，活泼的非金属原子会得到电子形成阴离子，这离子，活泼的非金属原子会得到电子形成阴离子，这种阴、阳离子间通过静电引力作用形成的化学键叫离种阴、阳离子间通过静电引力作用形成的化学键叫离子键由离子键形成的化合物叫离子化合物由离子键形成的化合物叫离子化合物1）离子键离子键化学上把化学上把分子或晶体中直接相邻的原子分子或晶体中直接相邻的原子（或（或离子）离子）间的强烈相互作用间的强烈相互作用称为化学键称为化学键化学键：化学键：1 化学键化学键第4页/共34页 离子键的特征：离子键的特征：（1）离子键的）离子键的本质是阴、阳离子间的静电引力本质是阴、阳离子间的静电引力；（2）离子键）离子键没有饱和性没有饱和性；（3）离子键）离子键没有方向性没有方向性。

NaClNaCl的晶胞的晶胞第5页/共34页第6页/共34页 1916 年，美国科学家年，美国科学家 Lewis 提出共价键理提出共价键理论共价键是由成共价键是由成键原子双方各自提供最外层单键原子双方各自提供最外层单电子组成共用电子对电子组成共用电子对所形成的，形成共价键后，所形成的，形成共价键后，成键原子达到稀有气体原子的最外层电子结构，成键原子达到稀有气体原子的最外层电子结构，因此比较稳定因此比较稳定例如例如 H +H =H H 通过共用一对电子，每通过共用一对电子，每个个 H 均成为均成为 He 的电子构型，形成一个共价键的电子构型，形成一个共价键2）共价键共价键Lewis 如：如：ClClHH第7页/共34页 NH3H2OLewis理论理论的贡献，在于提出了一种不同于离子键的新的贡献，在于提出了一种不同于离子键的新的键型，解释的键型，解释了了 比较小的元素之间原子的成键比较小的元素之间原子的成键事实第8页/共34页1）现代价键理论的要点）现代价键理论的要点电子配对原理：电子配对原理：两个原子接近时，只有自旋相反的两两个原子接近时，只有自旋相反的两个单电子可以互相配对，使原子核间电子云密度增大，个单电子可以互相配对，使原子核间电子云密度增大，系统的能量降低，形成稳定的共价键。

系统的能量降低，形成稳定的共价键最大重叠原理：最大重叠原理：成键电子的原子轨道发生重叠时，总成键电子的原子轨道发生重叠时，总是按照重叠最多的方向进行，重叠越多，两核间电子的是按照重叠最多的方向进行，重叠越多，两核间电子的概率密度越大，这样形成的共价键越牢固概率密度越大，这样形成的共价键越牢固HCHCl分子的成键示意图分子的成键示意图 第9页/共34页2)共价键的特征共价键的特征共价键有饱和性：共价键有饱和性：一个原子有几个未成对的电子，便可和几个自旋相反的电子配对成键一个原子有几个未成对的电子，便可和几个自旋相反的电子配对成键未成对电子数原子的化合价未成对电子数原子的化合价 H2、F2：共价单键；：共价单键；O2：共价双键；：共价双键；N2：共价三键共价三键共价键有方向性共价键有方向性：沿轨道方向重叠可产生最大重叠，形成的键最稳定沿轨道方向重叠可产生最大重叠，形成的键最稳定第10页/共34页3)共价键的类型共价键的类型“头碰头头碰头”重叠重叠()“肩并肩肩并肩”重叠重叠()s-sPx-sPx-pxPz-pzPy-py第11页/共34页键和键和键的特征键的特征键的类型键的类型键键键键存在方式存在方式可以单独存在可以单独存在必须与必须与 键共存键共存原子轨道重叠方式原子轨道重叠方式沿键轴方向在直线沿键轴方向在直线方向相互重叠方向相互重叠沿键轴方向平行，从沿键轴方向平行，从侧面重叠侧面重叠原子轨道重叠部分原子轨道重叠部分两原子核之间，在两原子核之间，在键轴处键轴处在键轴的上方和下在键轴的上方和下 方，方，键轴处为键轴处为0原子轨道重叠程度原子轨道重叠程度大大小小键的强度键的强度较牢固较牢固较差较差化学活泼性化学活泼性不活泼不活泼活泼活泼第12页/共34页4)键参数键参数 经常用几个物理量简单地描述化学键的状况，经常用几个物理量简单地描述化学键的状况，这些物理量称为键参数。

这些物理量称为键参数键能键能 AB(g)A(g)+B(g )H =EAB 对于双原子分子，键能对于双原子分子，键能 EAB 等于解离能等于解离能 DAB但对于多原但对于多原子分子，则要注意键能与解离能的区别与联系子分子，则要注意键能与解离能的区别与联系NH3 (g)H(g)+NH2(g)D1 =435.1（kJ/mol）NH2 (g)H(g)+NH (g)D2 =397.5（kJ/mol）NH(g)H(g)+N(g)D3 =338.9（kJ/mol）D1 D2 D3 E NH =390.5 (kJ/mol)如如 NH3 ：为什么？为什么？3DDD321+第13页/共34页键长键长 分子中成键两原子核之间的距离叫键长分子中成键两原子核之间的距离叫键长一般键长越小，键越强一般键长越小，键越强键长键长/pm 键能键能/（kJ/molkJ/mol）C C 154 345.6 C C 133 602.0 C C 120 835.1 在不同化合物，相同的键，键长和键能并不相等在不同化合物，相同的键，键长和键能并不相等例如，例如，CH3OH 和和 C2H6 均有均有 C H 键，而它们的键长和键能不同。

键，而它们的键长和键能不同第14页/共34页 键角键角 键角是分子中键与键之间的夹角，键角是分子中键与键之间的夹角，在多原子分子中才涉及键角在多原子分子中才涉及键角如如 H2S，HSH 键角为键角为 92，决定了，决定了 H2S 分子的构型分子的构型 为为 “V”字形字形如如 CO2 ，OCO 的键角为的键角为 180，则，则 CO2 分子为直分子为直 线形线形键角是决定分子几何构型的重要因素键角是决定分子几何构型的重要因素第15页/共34页 研究氢化物的熔沸点研究氢化物的熔沸点变化规律发现：变化规律发现：氢化物中氢化物中NH3、H2O、HF具有反常的性质（特别具有反常的性质（特别高的熔沸点）高的熔沸点）（3）氢键氢键 进一步的研究表明，进一步的研究表明，HF、H2O、NH3 分子间除分子间除了正常的分子间力外，还存在另外一种作用力，这了正常的分子间力外，还存在另外一种作用力，这就是就是氢键为什么为什么？第16页/共34页 氧原子以氧原子以sp3不等性轨道分别与不等性轨道分别与2个氢原子的个氢原子的1s轨轨道成键，形成道成键，形成H2O分子，但由于氧的电负性（分子，但由于氧的电负性（3.44）比氢的电负性（比氢的电负性（2.2）大得多，分子中）大得多，分子中O：H共用电共用电子对强烈地偏向氧原子一边，使氢原子几乎变为子对强烈地偏向氧原子一边，使氢原子几乎变为“裸露裸露”的氢核的氢核“质子质子”，这个半径很小（，这个半径很小（103pm）且带正电性的氢原子与另一个水分子中含有孤对电且带正电性的氢原子与另一个水分子中含有孤对电子且带部分负电性的氧原子充分接近时，会发生较子且带部分负电性的氧原子充分接近时，会发生较强烈的静电吸引，结果水分子间构成强烈的静电吸引，结果水分子间构成OH O氢键氢键而缔合起来。

而缔合起来氢键的形成与本质氢键的形成与本质表示方法：表示方法：XHY第17页/共34页1）形成条件）形成条件含有氢原子的分子含有氢原子的分子 X、Y的的电电负负性性要要大大，体体积积要要小小，且且有有孤孤电电子子对对，通常是通常是F、O、NX、Y可以相同，也可以不同可以相同，也可以不同2）氢键的强氢键的强弱弱 氢键的强度氢键的强度介于化学键和分子间作用力之间，介于化学键和分子间作用力之间，其大小和其大小和 H 两侧的原子的两侧的原子的电负性有关电负性有关F H F O HO N H N E/（kJ/mol）28.0 18.8 5.4氢键氢键：由于半径小又带正电性的氢原子充分靠近时所由于半径小又带正电性的氢原子充分靠近时所产生的吸引力产生的吸引力）第18页/共34页3）氢键的特征）氢键的特征：氢键具有氢键具有方向性方向性和和饱和性饱和性 方向性方向性:Y与与XH键成键时，键成键时，Y的孤电子对的对称轴总的孤电子对的对称轴总是尽可能保持和是尽可能保持和XH键轴的方向一致，即使键轴的方向一致，即使XHY在在同一直线上，这样使同一直线上，这样使Y的电子云密度最大限度地接近氢原的电子云密度最大限度地接近氢原子，子，X与与Y的距离最远，两原子的电子的距离最远，两原子的电子云之间的排斥力最云之间的排斥力最 小，形成的氢键最牢固，体系最稳定。

小，形成的氢键最牢固，体系最稳定饱和性饱和性 :因因“裸露裸露”的氢原子非常小，实际上是镶嵌在的氢原子非常小，实际上是镶嵌在Y Y的孤电子对的电子云中，如果与另一个的孤电子对的电子云中，如果与另一个Y Y结合，要受到电结合，要受到电子云之间的排斥，不能再形成氢键，因而有饱和性子云之间的排斥，不能再形成氢键，因而有饱和性第19页/共34页 邻硝基苯酚的分子内氢键邻硝基苯酚的分子内氢键 对硝基苯酚的分子间氢键对硝基苯酚的分子间氢键分子内氢键和分子间氢键分子内氢键和分子间氢键NOOOH第20页/共34页氢键对于化合物性质的影响氢键对于化合物性质的影响 分子间存在氢键时，大大地影响了分子间的结分子间存在氢键时，大大地影响了分子间的结合力，故物质的熔点、沸点将升高合力，故物质的熔点、沸点将升高HF HCl HBr HI半径依次增大，色散力增加，半径依次增大，色散力增加，沸点（沸点（bp）依次增高，依次增高，HCl HBr HI；但由于但由于 HF 分子间有氢键，故分子间有氢键，故 HF 的的bp在这个序列中最高，破坏了从左到右在这个序列中最高，破坏了从左到右 bp 升高的规升高的规律H2O、NH3 由于分子间氢键的存在，在同族氢化由于分子间氢键的存在，在同族氢化物中物中bp亦是最高。

亦是最高第21页/共34页蛋白质的蛋白质的-螺旋结构示意图螺旋结构示意图氢氢键键存存在在于于许许多多有有机机化化合合物物中中，如如醇醇、酚酚、羧羧酸酸、胺胺、蛋蛋白白质质等等蛋蛋白白质质是是由由许许多多氨氨基基酸酸分分子子通通过过肽肽键键缩缩合合而而成成，蛋蛋白白质质长长链链由由于于存存在在许许多多氢氢键键，使使蛋蛋白白质质分分子子呈呈现现螺螺旋旋形形构构象象虽虽然然氢氢键键键键能能不不大大，但但数数量量较较多多，对对维维持持蛋蛋白白质质的的构构象象发发挥挥着重要作用着重要作用第22页/共34页 由相同原子组成的双原子分子由相同原子组成的双原子分子，分子中正、负电荷中心互相重合，这些分子都是非极性分子，如，分子中正、负电荷中心互相重合，这些分子都是非极性分子，如H2、O2、Cl2等2 分子的极性和分子间作用力分子的极性和分子间作用力（1）非极性分子）非极性分子正负电荷中心重合的分子正负电荷中心重合的分子由不同原子组成的多原子分子由不同原子组成的多原子分子，分子的极性不，分子的极性不仅与键的极性（电负性）有关，也与分子构型有关，仅与键的极性（电负性）有关，也与分子构型有关，若分子的空间构型对称，虽然分子由极性键组成，键若分子的空间构型对称，虽然分子由极性键组成，键的极性相互抵消，整个分子的正、负电荷中心重合，的极性相互抵消，整个分子的正、负电荷中心重合，也是非极性分子。

例如也是非极性分子例如CO2、CH4第23页/共34页（2）极性分子）极性分子正负电荷中心不重合的分子正负电荷中心不重合的分子由不同原子组成的双原子分子由不同原子组成的双原子分子，由于电负性不同，由于电负性不同，共用电子对偏向电负性较大的原子一方两原子之间共用电子对偏向电负性较大的原子一方两原子之间的化学键是极性键，这种分子就是极性分子，如的化学键是极性键，这种分子就是极性分子，如HCl、HF、HBr、CO等对于不同原子组成的多原子分子对于不同原子组成的多原子分子，化学键是极，化学键是极性键，当分子的空间构型不对称时，键的极性不能性键，当分子的空间构型不对称时，键的极性不能抵消，分子正、负电荷中心不重合，这样的分子是抵消，分子正、负电荷中心不重合，这样的分子是极性分子如极性分子如SO2、NH3、H2O、CH3Cl等分子都是等分子都是极性分子极性分子第24页/共34页（3）偶极矩）偶极矩（Dipole Moment）若分子中正、负电荷中心所带的电量为若分子中正、负电荷中心所带的电量为q，正、，正、负电荷中心距离（称偶极长）为负电荷中心距离（称偶极长）为l，分子的偶极矩，分子的偶极矩用用两者的乘积表示，即两者的乘积表示，即 ql 用偶极矩判断分子的空间构型：用偶极矩判断分子的空间构型：0的分子为极性分子，的分子为极性分子，越大，分子极性越大。

越大，分子极性越大0的分子为非极性分子的分子为非极性分子第25页/共34页如由三个原子组成的如由三个原子组成的CO2，由于，由于=0，所以可以断定，所以可以断定CO2分子为直线形分子分子为直线形分子H2O分子偶极矩不为分子偶极矩不为0，是极性分子，故构型不对称，是极性分子，故构型不对称，分子为分子为V字形BCl3和和NH3的偶极矩分别为的偶极矩分别为0和和4.29，所以，所以BCl3为非为非极性分子，一定是平面三角形构型，而极性分子，一定是平面三角形构型，而NH3是极性分是极性分子，是三角锥形构型子，是三角锥形构型第26页/共34页（4）分子的极化）分子的极化分子的极化分子的极化：由于外电场作用，使分子的正、负电荷中心相对位移，从而产生偶极或增大偶极的过程称为分子的极化由于外电场作用，使分子的正、负电荷中心相对位移，从而产生偶极或增大偶极的过程称为分子的极化非极性分子，在外电场作用下，电子云与原子核发生相对非极性分子，在外电场作用下，电子云与原子核发生相对位移，正、负电荷中心位移，从而产生偶极，这样形成的偶位移，正、负电荷中心位移，从而产生偶极，这样形成的偶极称为诱导偶极外电场消失时，诱导偶极也随之消失，分极称为诱导偶极。

外电场消失时，诱导偶极也随之消失，分子恢复为原来的非极性分子子恢复为原来的非极性分子极性分子本身具有固有偶极，若在外电场作用下，正、负极性分子本身具有固有偶极，若在外电场作用下，正、负电荷中心距离会增大，分子偶极矩增大，极性增加，产生诱电荷中心距离会增大，分子偶极矩增大，极性增加，产生诱导偶极外电场消失时，诱导偶极会消失，但永久偶极不变外电场消失时，诱导偶极会消失，但永久偶极不变第27页/共34页三种偶极三种偶极永久偶极永久偶极：极性分子本身所具有的偶极，又称固有：极性分子本身所具有的偶极，又称固有偶极；偶极；诱导偶极诱导偶极：在外电场作用下或者在极性分子影响下产：在外电场作用下或者在极性分子影响下产生的偶极；生的偶极；瞬间偶极瞬间偶极：某一瞬间，分子的正、负电荷中心发生不：某一瞬间，分子的正、负电荷中心发生不重合现象，这时所产生的偶极（原子核和电子都在不重合现象，这时所产生的偶极（原子核和电子都在不停地运动）停地运动）第28页/共34页（1）色散力色散力 由于各种分子均有瞬间偶极，故色散力存在于由于各种分子均有瞬间偶极，故色散力存在于极性分极性分子子非极性分子及非极性分子非极性分子及非极性分子和和非极性分子之非极性分子之间间。

非极性分子之间的相互作用非极性分子之间的相互作用(5)分子间力分子间力第29页/共34页（2）取向力取向力 由由极性分子极性分子固有偶极的取向而产生的力固有偶极的取向而产生的力称为取称为取向力，它仅存向力，它仅存在于极性分子之间在于极性分子之间极性分子的相互作用第30页/共34页（3）诱导力诱导力 当极性分子与非极性分子相互靠近时，除了色散当极性分子与非极性分子相互靠近时，除了色散力的作用外，还存在着诱导力力的作用外，还存在着诱导力极性分子作为电场，使非极性分子产生诱导偶极极性分子作为电场，使非极性分子产生诱导偶极或使极性分子的偶极增大（也产生诱导偶极），这时或使极性分子的偶极增大（也产生诱导偶极），这时诱导偶极与永久偶极之间产生诱导力因此诱导偶极与永久偶极之间产生诱导力因此，诱导力诱导力存在于极性分子与非极性分子之间，也存在于极性分存在于极性分子与非极性分子之间，也存在于极性分子与极性分子之间子与极性分子之间极性分子和非极性分子之间的相互作用极性分子和非极性分子之间的相互作用第31页/共34页 在非极性分子间只存在色散力在非极性分子间只存在色散力在极性分子和非在极性分子和非极性分子间，有色散力和诱导力极性分子间，有色散力和诱导力。

在极性分子之间，在极性分子之间，则有色散力、诱导力和取向力则有色散力、诱导力和取向力大多数分子的范德华大多数分子的范德华力中，色散力是最主要的，诱导力一般较小，取向力力中，色散力是最主要的，诱导力一般较小，取向力只有当分子的极性很强（如只有当分子的极性很强（如H2O之间）时才占优势之间）时才占优势分子间力有以下特点：分子间力有以下特点：（1）分子间力较弱，一般小于）分子间力较弱，一般小于40 kJ/mol，比化学键小，比化学键小10100 倍但分子间力永远存在于分子或原子之间但分子间力永远存在于分子或原子之间2）分子间力的作用距离在数百皮米（）分子间力的作用距离在数百皮米（pm），比化学键作用距），比化学键作用距离长，且无饱和性和方向性离长，且无饱和性和方向性3）分子间作用力对物质的熔点、沸点、溶解度、表面吸附等）分子间作用力对物质的熔点、沸点、溶解度、表面吸附等起作用第32页/共34页作业：1 化学键有哪几种类型，分别说出他们的概念和特征2 写出极性分子和非极性分子的概念和组成第33页/共34页。