1、第一节现代价键理论一、共价键的本质二、价键理论的基本要点三、共价键的类型四、配位共价键五、共价键参数 1916 年，美国化学家路易斯提出了早期共价键理论。路易斯认为：分子中的每个原子都有达到稳定的稀有气体结构的倾向，在非金属原子组成的分子中，原子达到稀有气体稳定结构是通过共用一对或几对电子实现的。这种由共用电子对所形成的化学键称为共价键。 海特勒和伦敦用量子力学处理氢原子形成氢分子形成的过程，得到氢分子的能量与核间距之间的关系曲线。一、共价键的本质图 10-1 氢分子形成过程中能量随 核间距离变化示意图 如果两个氢原子的电子自旋相反，当它们相互接近时，随着核间距减小，两个氢原子的 1s 轨道发
2、生重叠，两个原子核间形成一个电子出现的概率密度较大的区域，既降低了两个原子核间的正电排斥，又增加了两个原子核对核间电子出现的概率密度较大区域的吸引，系统能量逐渐降低，当核间距减小到平衡距离时，能量降低到最低值，两个氢原子形成氢分子。 如果两个氢原子的电子自旋相同，随着核间距的减小，两个原子核间电子出现的概率密度降低，增大了两个原子核的排斥力，系统能量逐渐升高，而且比两个远离的氢原子能量还高，不能形成氢分子。图 10-2 两个氢原子相互接近时 原子轨道重叠示意图 二、价键理论的基本要点 价键理论的基本要点是： （1）两个原子接近时，自旋相反的两个未成对电子可以配对形成共价键。 （2）一个原子含有
3、几个未成对电子，就能与其他原子的几个自旋相反的未成对电子配对形成共价键。一个原子所形成的共价键的数目，受未成对电子数目的限制，这就是共价键的饱和性。 （3）成键的原子轨道重叠越多，两核间电子出现的概率密度就越大，形成的共价键就越牢固。在可能情况下，共价键总是沿着原子轨道最大重叠的方向形成，这就是共价键的方向性。图 10-3 H 原子的1s 轨道与 Cl 原子 的3px 轨道重叠示意图三、共价键的类型 （一）键 原子轨道沿键轴（两原子核间联线）方向以 “头碰头” 方式重叠所形成的共价键称为键。形成键时，原子轨道的重叠部分对于键轴呈圆柱形对称，沿键轴方向旋转任意角度，轨道的形状和符号均不改变。 （
4、二）键 原子轨道垂直于键轴以 “肩并肩” 方式重叠所形成的共价化学键称为键。形成键时，原子轨道的重叠部分对等地分布在包括键轴在内的平面上、下两侧，形状相同，符号相反，呈镜面反对称。 从原子轨道重叠程度来看，键的重叠程度比键的重叠程度小，键的键能小于键的键能，所以键的稳定性低于键，它是化学反应的积极参与者。 两个原子形成共价单键时，原子轨道总是沿键轴方向达到最大程度的重叠，所以单键都是键；形成共价双键时，有一个键和一个键；形成共价三键时，有一个键和两个键。图 10-5 N2 中的共价三键示意图N2 中的共价三键示意图 四、配位共价键 按共用电子对提供的方式不同，共价键又可分为正常共价键和配位共价
5、键。 由一个原子单独提供共用电子对而形成的共价键称为配位共价键。配位键用箭号 “” 表示，箭头方向由提供电子对的原子指向接受电子对的原子。 形成配位键的条件是： （1）电子对给予体的最外层有孤对电子； （2）电子对接受体的最外层有可接受孤对电 子的空轨道。 五、共价键参数 （一）键能 在标准状态下，使单位物质的量的气态分子 AB 解离成气态原子 A 和 B 所需要的能量称为键解离能。 对双原子分子，键能等于键解离能。对多原子分子，键能等于键解离能的平均值。 （二）键长 分子中两个成键原子核间的平衡距离称为键长。表 10-1 一些共价键的键能和键长 （三）键角 在多原子分子中，键与键之间的夹角称
6、为键角。 （四）共价键的极性 按共用电子对是否发生偏移，共价键可分为非极性共价键和极性共价键。 当两个相同原子以共价键结合时，两个原子对共用电子对的吸引能力相同，共用电子对不偏向于任何一个原子。这种共价键称为非极性共价键。 当两个不同元素的原子以共价键结合时，共用电子对偏向于电负性较大的原子。电负性较大的原子带部分负电荷，电负性较小的原子带部分正电荷。这种共价键称为极性共价键。 共价键的极性与成键两原子的电负性差有关，电负性差越大，共价键的极性就越大。 第二节 价层电子对互斥理论一、价层电子对互斥理论的基本要点二、价层电子对互斥理论的应用实例一、价层电子对互斥理论的基本要点 价层电子对互斥理论
7、的基本要点： （1）多原子分子或多原子离子的空间构型取决于中心原子的价层电子对。 （2）中心原子的价层电子对之间尽可能远离，以使斥力最小。表 10-2 静电斥力最小的价层电子对的分布方式 价层电子对数 23456电子对排布方式直线形平面三角形四面体三角双锥八面体 （3）价层电子对之间的斥力与价层电子对的类型有关： 孤对电子-孤对电子 孤对电子-成键电子对成键电子对-成键电子对 （4）中心原子若形成共价双键或共价三键，仍按共价单键处理。但由于双键或三键中成键电子多，相应斥力也大:三键双键单键 （5）与中心原子结合的配位原子的电负性越大，成键电子对离中心原子越远，减少了成键电子对的斥力，键角相应减
8、小。 利用价层电子对互斥理论预测分子或离子的空间构型的步骤如下： （1）确定中心原子的价层电子对数。 （2）根据中心原子的价层电子对数，找出相应的电子对排布。 （3）根据中心原子的价层电子对的排布方式，把配位原子排布在中心原子周围，每一对电子连接一个配位原子，未结合配位原子的电子对是孤对电子。若中心原子的价层电子对全部是成键电子对，则分子或离子的空间构型与中心原子的价层电子对的分布方式相同；若价层电子对中有孤对电子，应选择静电斥力最小的结构，即为分子或离子的空间构型。二、价层电子对互斥理论的应用实例（一）CCl4 分子的空间构型（二） 离子的空间构型3ClO（三）PCl5 分子的空间构型 (四
9、) 离子的空间构型 在 中，中心原子共有 5 对价层电子对，价层电子对的分布为三角双锥形。在中心原子的 5 对价层电子对中，有 2 对成键电子对和 3 对孤对电子，有以下三种可能的结构： 2IF 2IF (a) 中没有 90的孤对电子-孤对电子的排斥作用，是最稳定的构型。因此， 的空间构型为直线形。 利用价层电子对互斥理论，可以预测大多数主族元素的原子形成的共价分子或离子的空间构型。 2IF 电子对之间的夹角有 90o、 120o 和 180o，只需考虑夹角为 90o 的静电斥力。表10-3 中心原子的价层电子对的排布和 ABn 型共价分子的构型价层电子对数价层电子对排布 成键电子对数孤对电子
10、对数分子类型 电子对的排布方式 分子构型 实 例 直线形20AB2直线形HgCl230AB3平面正三角形BF321AB2V 形PbCl223平面正三角形价层电子对数 价层电子对排布成键电子对数 孤对电子对数 分子类型 电子对的排布方式分子构型 实 例4四面体4 0 AB43 1 AB32 2 AB2正四面体 CH4三角锥形 NH3V 形H2O价层电子对数 价层电子对排布成键电子对数 孤对电子对数 分子类型 电子对的排布方式分子构型 实 例3I5三角双锥50 AB54 1 AB43 2 AB32 3 AB2三角双锥 PCl5变形四面体 SF4T 形 ClF3直线形价层电子对数 价层电子对排布成键
11、电子对数 孤对电子对数 分子类型 电子对的排布方式分子构型 实 例4ICl6八面体60 AB651 AB542 AB4正八面体 SF6四方锥形IF5平面正方体第三节 杂化轨道理论一、杂化轨道理论的基本要点二、s-p 杂化轨道及有关分子的空间构型三、d-s-p 杂化轨道及有关分子的空间构型一、杂化轨道理论的基本要点 同一原子中能量相近的原子轨道重新组合成新的原子轨道，称为原子轨道的杂化，得到的原子轨道称为杂化轨道。 轨道杂化理论的基本要点： （1）只有在形成分子的过程中，中心原子能量相近的原子轨道才能进行杂化。 （2）杂化轨道的成键能力比未杂化的原子轨道的成键能力强。 （3）原子轨道进行杂化时，
12、轨道的数目不变，但轨道在空间的伸展方向发生变化。 （4）组合得到的杂化轨道与其他原子形成 键或排布孤对电子，而不能以空轨道的形式存在。 （5）中心原子采取的杂化类型决定了杂化轨道分布形状及所形成的分子的空间构型。二、s-p 杂化轨道及有关分子的空间 构型 （一）sp 杂化轨道及有关分子的空间构型 由一个 n s 轨道和一个 n p 轨道参与的杂化称为 sp 杂化，形成的两个杂化轨道称为 sp 杂化轨道。每个 sp 杂化轨道中含有 1/2 s 轨道成分和 1/2 p 轨道成分，杂化轨道间的夹角为 。180。 图 10-6 sp 杂化示意图（二）sp2 杂化轨道及有关分子的空间构型 由一个 ns
13、轨道和两个 np 轨道参与的杂化称为 sp2 杂化，形成的三个杂化轨道称为 sp2 杂化轨道。每个 sp2 杂化轨道中含有 1/3 的 s 轨道成分和 2/3 的 p 轨道成分，杂化轨道间的夹角为120，呈平面正三角形。 图 10-8 sp2 杂化轨道示意图BF3 形成示意图BF3 的空间构型 （三）sp3 等性杂化轨道及有关分子的空间 构型 由一个 ns 轨道和三个 np 轨道参与的等性杂化称为 sp3 等性杂化，形成的四个杂化轨道称为 sp3 等性杂化轨道。 每个 sp3 杂化轨道中含有 1/4 的 s 轨道成分和 3/4 的 p 轨道成分，杂化轨道间的夹角为 。 109 28图 10-9
14、 sp3 等性杂化轨道CH4 形成示意图（四）sp3 不等性杂化轨道及有关分子的 空间构型 对于价层含孤对电子的中心原子，由于孤对电子要占据杂化轨道，而又不参与成键，将使形成的分子的能量升高。若采用 sp3 等性杂化，则由于孤对电子占据的 sp3 杂化轨道中 s 成分较少，因此能量较高，分子的稳定性较低。为了使分子的能量尽可能低，含孤对电子的中心原子最好采用 sp3 不等性杂化，在满足成键杂化轨道有尽可能大的成键能力的前提下，尽可能增加非键杂化轨道中的 s 轨道成分和减小 p 轨道成分，并相应减少成键杂化轨道中的 s 轨道成分和增大 p 轨道成分，使形成的分子的能量比等性杂化时有所降低。 基态
15、 N 的外层电子组态为 2s22p3，在 H 影响下，N 的一个 2s 轨道和三个 2p 轨道进行 sp3 不等性杂化，形成两组能量不相等的 sp3 杂化轨道。其中三个 sp3 成键杂化轨道的能量相等，每个杂化轨道含 0.226 s 轨道成分和 0.774 p 轨道成分；sp3 非键杂化轨道中含 0.322 s 轨道成分和 0.678 p 轨道成分。N 原子用三个各含一个未成对电子的 sp3 成键杂化轨道分别与三个 H 的 1s 轨道重叠，形成三个 NH 键，孤对电子则占据 s 轨道成分较高的 sp3 非键杂化轨道。因此，NH3 的空间构型为三角锥形。NH3 的空间构型 基态 O 的外层电子组
16、态为 2s22p4，在 H 的影响下，O 采取 sp3 不等性杂化，形成两组能量不同的 sp3 杂化轨道，其中两个成键 sp3 杂化轨道含 0.20 s 轨道成分和 0.80 p 轨道成分，两个 sp3 非键杂化轨道含 0.30 s 轨道成分和 0.70 p 轨道成分。O 原子用两个各含有一个未成对电子的 sp3 成键杂化轨道分别与两个 H 原子的 1s 轨道重叠，形成两个 OH 键，两对孤对电子各占据一个 sp3 非键杂化轨道。因此，H2O 的空间构型为 V 型。 的空间构型2H O 三、d-s-p 杂化轨道及有关分子的空 间构型 为了有效的构成杂化轨道，参与杂化的轨道的能量必须相近。对于周
17、期表中的 d 区元素，中心原子的 ns 和 np 轨道与 (n-1)d 轨道或 nd 轨道的能量相近，它们可以组合成 d-s-p 杂化轨道，也可以组合成 s-p-d 杂化轨道。p 区元素没有 (n1)d 轨道或 (nl)d 轨道已填满，ns 和 np 与 nd 轨道能量比较接近，它们只能组合成 s-p-d 杂化轨道。 （一）dsp2 杂化轨道及有关分子或离子的 空间构型 由一个 (nl)d 轨道、一个 ns 轨道和两个 np 轨道参与的杂化称为 dsp2 杂化。组合成的四个轨道称为 dsp2 杂化轨道。每个 dsp2 杂化轨道均含有1/4 d 轨道成分、1/4 s 轨道成分和1/2 p 轨道成
18、分。四个 dsp2 杂化轨道在一个平面上，指向平面正方形的四个角相邻的杂化轨道间的夹角为 90。 图 10-11 dsp2 杂化轨道，+ + + + +基态 Ni2+ 的外层电子组态为 3s23p23d8，在形成Ni(CN)42配离子时，在 CN 的影响下，Ni2+ 用一个 3d 空轨道、一个 4s 空轨道和两个 4p 空轨道进行 dsp2 杂化，组合成四个空 dsp2 成键杂化轨道，并与四个 CN中含有孤对电子的 C 原子的 sp 杂化轨道重叠，形成四个配位键。由于 Ni2+ 的四个空 dsp2 成键杂化轨道的构型为平面正方形，所以形成的 Ni(CN)42 配离子的空间构型为平面正方形。 （
19、二）sp3d 不等性杂化及有关分子的空间 构型 由一个 ns 轨道、三个 np 轨道和一个 nd 轨道参与的不等性杂化称为 sp3d 不等性杂化，组合成的五个 sp3d 杂化轨道分为能量不等的两组杂化轨道，其中有三个杂化轨道位于一个平面上， 能量相等， 而 另外两个能量相等的杂化轨道垂直于这个平面， 五个杂化轨道的构型为三角双锥形。 两组杂化轨道的成键能力不同，有时处于一个平面上的三个杂化轨道成键能力比键较强，而有时成键能力却比较弱。图 10-12 sp3d 杂化轨道+ + + + + + 基态 P 的外层电子组态为 3s23p3，在形成 PF5 分子时，在 F 原子的影响下，P 原子用一个
20、3s 轨道、三个 3p 轨道和一个 3d 轨道进行 sp3d 杂化，形成五个杂化轨道，每个杂化轨道中各有一个未成对电子。P 用五个杂化轨道分别与五个 F 原子中含有未成对电子的 2p 轨道重叠，形成五个键。由于 P 原子提供的五个杂化轨道的构型为三角双锥形，因此 PF5 分子的空间构型为三角双锥形。 (三) sp3d2 杂化轨道及有关分子的空间构型 由一个 ns 轨道、三个 np 轨道和两个 nd 轨道参与的杂化称为 sp3d2 杂化， 所形成的六个轨道称为 sp3d2 杂化轨道，每个杂化轨道均含有 1/6 s 轨道成分、1/2 p 轨道成分和1/3 d 轨道成分，六个杂化轨道正好指向正八面体
21、的六个顶角，杂化轨道间的夹角为 90o 或 180o。 图 10-13 sp3d2 杂化轨道或 d2sp3 杂化轨道+ + + + + + + 基态 S 的外层电子组态为 3s2 3p4，形成 SF6 分子时，在 F 原子影响下，S 原子用一个 3 s 轨道、三个 3 p 轨道和两个 3 d 轨道进行 sp3d2 杂化，组合成六个杂化轨道，每个杂化轨道中有一个未成对电子。S 原 子用六个各有一个未成对电子的 sp3d2 杂化轨道分别与六个 F 原子中含未成对电子的 2 p 轨道重叠，形成六个 SF 键。由于 S 原子提供的六个 杂化轨道的构型为正八面体，所以 SF6 的空间构型为正八面体。第四
22、节分子轨道理论一、分子轨道理论的基本要点二、分子轨道的形成三、同核双原子分子的结构四、异核双原子分子的结构一、分子轨道理论的基本要点 分子轨道理论的基本要点： （1）分子中每个电子的空间运动状态用波函数 来描述，每一个波函数 都有相应的能量和形状， 为分子中的电子概率密度。分子轨道是多中心的，而原子轨道是单中心的。 （2）分子轨道由能量相近的原子轨道组合而得到。组合时，轨道数目不变，轨道能量发生改变。在分子轨道中，能量低于原子轨道的称为成键分子轨道，能量高于原子轨道的称为反键分子轨道，能量等于原子轨道的称为非键分子轨道。2 （3）参与组合的原子轨道必须满足三个原则: 对称性匹配原则：只有对称性
23、相同的原子轨道才能组合成分子轨道。图 10-14 原子轨道对称性示意图 能量相近原则：原子轨道的能量越接近。组合的效率就越高。图 10-15 能量不同的两个原子轨道组合 成分子轨道的能量关系 轨道最大重叠原则：两个原子轨道组合分子轨道时，应尽可能使原子轨道重叠程度最大。 （4）电子在分子轨道上的排布，遵循泡利不相容原理、能量最低原理和洪德规则。 （5）分子中共价键的强度用键级来度量： 成键电子数反键电子数键级越大，分子就越稳定。键级 =2二、分子轨道的形成 根据对称性不同，分子轨道分为分子轨道和分子轨道。 两个原子轨道沿着连接两个原子核的连线以 “头碰头” 方式组合成的分子轨道称分子轨道。 两
24、个原子轨道垂直于连线以 “肩并肩” 方式组合成的分子轨道称为分子轨道。 当选定键轴为 x 轴时，两个原子的 ns 轨道 沿连接两个原子核的连线进行组合，可以得到两个分子轨道。两个 ns 原子轨道组合成分子轨道示意图 两个原子的 npx 轨道沿连接两个原子核的连线以 “头碰头” 方式进行组合，可得两个分子轨道。两个 npx原子轨道组合成分子轨道示意图 一个原子的 ns 轨道与另一个原子的 npx 轨道沿连接两个原子核的连线以 “头碰头” 方式进行组合，可以得到两个分子轨道。ns 轨道与 npx 轨道组合成分子轨道示意图 两个原子的 npy 轨道或两个原子的 npz 轨道垂直于两个原子核的连线以
25、“肩并肩” 方式组合成两个分子轨道。两个 npy 或 npz 轨道组合成分子轨道示意图 分布在分子轨道上的电子称为电子，由电子的成键作用构成的共价键称为键。由一个成键电子构成的共价键称为单电子键，由一对成键电子构成的共价键称为双电子键(简称键)，由一对成键电子和一个反键电子构成的共价键称为三电子键。一对成键电子和一对反键电子不能形成共价键。 分布在分子轨道上的电子称为电子，由电子成键作用构成的共价键称为键。由一个成键电子构成的共价键称为单电子键，由一对成键电子构成的共价键称为双电子键（简称键），由一对成键电子和一个反键电子构成的共价键称为三电子键。三、同核双原子分子的结构 同核双原子分子的分子
26、轨道能量的高低由参与组合的原子轨道的能量及重叠程度两个因素决定。 从原子轨道的能量考虑，1s 轨道的能量低于 2s 轨道，多电子原子的 2s 轨道的能量低于 2p 轨道，因此在同核双原子分子中，能量最低的分子轨道是由两个 1s 轨道组成的(1s) 和*(1s)，其次是由两个 2s 轨道组合成的(2s) 和*(2s)，再次是由 2p 轨道组合成的三对分子轨道。 从原子轨道重叠程度考虑，形成分子轨道的重叠程度比形成分子轨道的重叠程度大。因此，反键分子轨道和成键分子轨道间的能量差比反键分子轨道和成键分子轨道间的能量差小。 第二周期同核双原子分子的分子轨道能级顺序： (1s) *(1s) (2s) *
27、(2s) (2px) (2py) = (2pz) *(2py) = *(2pz) *(2px) 当 2s 的能量与 2px 的能量相近时，2s 轨道与 2px 轨道也能进行组合。考虑到 2s 与 2px 轨道的组合，将两个 2s 轨道和两个 2px 轨道组合成的对称性相同的成键分子轨道(2s) 和(2px) 及反键分子轨道*(2s) 和*(2px) 再进行一次组合，形成新的分子轨道。此时各个分子轨道已不是单纯的 2s-2s 和 2px-2px 原子轨道的组合，因此不能用(2s)、(2px) 等符号表示，而改用 1、1 等符号。分子轨道能级高低次序为：guguuggu11221313gu图 10
28、-17 两个 2s 轨道与两个 2px 轨道组合示意图图 10-18 第二周期元素同核双原子 分子的分子轨道能级图(1) 的结构+2H(2) 的结构+2He (3) N2 的结构(4) O2 的结构OO.四、异核双原子分子的结构 用分子轨道理论处理异核双原子分子，要注意以下几点： （1）异核双原子分子的两个原子的相应原子轨道具有不同的能量，只有对称性匹配且能量相近的原子轨道才能有效地组合成分子轨道。 （2）异核双原子分子没有对称中心，因此分子轨道没有 g 和 u 的区别。 （3）异核双原子分子的分子轨道并不一定是由两个原子的相应原子轨道组合而成，因此使用分类按能量顺序编号的分子轨道记号比较适宜
29、。 (一) CO 的结构 CO 分子由 1 个 C 原子和 1 个 O 原子组成。由于 C 的 2s、2p 轨道的能量分别与 O 原子的 2s、2p 轨道的能量相近，可以组合成分子轨道。图 10-19 CO 的分子轨道能级图 基态 CO 分子的电子组态为：(1)2(2)2(3)2(4)2 (1)4(5)2 形成一个键和两个键。 CO 分子的价键结构为： （一）HF 的结构 HF 分子由 1 个 H 原子和 1 个 F 原子组成。由于 H 原子的 1s 轨道与 F 原子的 2px 轨道能量相近，可以组合成分子轨道。图 10-20 HF 的分子轨道能级图 在 HF 分子中，3为成键分子轨道，4为反
30、键分子轨道，l、2、1为非键分子轨道。基态 HF 分子的电子组态为：(1)2 (2)2 (3)2 (1)4使能量降低的是填入 3分子轨道的 2 个电子，净成键电子数为 2，键级为 1，HF 分子的价键结构为: HF 一、离域键的形成条件二、离域键的类型第五节 离域键一、离域键的形成条件 由三个或三个以上原子所形成的 键称为离域键，也称为大键。 形成离城键的条件是： （1）这些原子都在同一个平面上，每一个原子有一个 p 轨道互相平行； （2）电子数小于 p 轨道数的 2 倍。 离城键可分为正常离域键、多电子离域键和缺电子离域键三种类型。 （1）正常离域键：电子数与成键原子数相等的离域键称为正常离
31、域键。例如： （2）多电子离域键：电子数大于成键原子数的离域键称为多电子离城键。例如：二、离域键的类型 （3）缺电子离域键：电子数小于成键原子数的离城键称为缺电子离域键。例如： 第六节 分子间作用力和氢键一、分子的极性二、分子间作用力三、氢键一、分子的极性 设想分子中有一个“正电荷中心”和一个“负电荷中心”，如果分子的正电荷中心与负电荷中心重合，则为非极性分子；如果分子的正电荷中心与负电荷的中心不重合，则为极性分子。 双原子分子的极性决定于共价键的极性，如果共价键为极性键，则分子为极性分子；如果共价键为非极性键，则分子为非极性分子。 多原子分子的极性不仅与共价键的极性有关，还与分子的空间构型有
32、关。如果分子中共价键是极性键，但分子的空间构型是完全对称的，则为非极性分子；如果分子中的共价键为极性键，且分子的空间构型不对称，则为极性分子。 分子极性的大小常用分子电偶极矩衡量。分子电偶极矩等于正电荷中心和或负电荷中心的电量与正电荷中心和负电荷中心间的距离的乘积： 分子电偶极矩越大，分子的极性就越大；分子电偶极矩越小，分子的极性就越小；分子电偶极矩为零的分子是非极性分子。q d表 10-4 一些分子的分子电偶极矩与分子空间构型H2N2CO2CS2CCl4CH4H2SH2ONH30000003.636.174.29直线形直线形直线形直线形正四面体正四面体V 形V 形三角锥形SO2CHCl3CO
33、O3HFHClHBrHIBF35.283.630.331.676.473.602.601.27 0V 形四面体直线形V 形直线形直线形直线形直线形平面正3010C m3010C m分子分子分子空间构型分子空间构型三角形(一) 取向力 极性分子的正电荷中心与负电荷中心不重合，分子中存在永久偶极。当极性分子相互接近时，极性分子的永久偶极间同极相斥、异极相吸，在空间处于异极相邻而产生静电作用。 这种由于取向而在极性分子的永久偶极间产生的静电作用力称为取向力。取向力的本质是静电作用，极性分子的分子电偶极矩越大，取向力也就越大。二、分子间作用力图 10-21 极性分子相互作用示意图(二) 诱导力 极性分
34、子与非极性分子相互接近时，在极性分子永久偶极的影响下，非极性分子原来重合的正电荷中心与负电荷中心发生相对位移而产生诱导偶极，在极性分子的永久偶极与非极性分子的诱导偶极之间产生静电作用力。这种极性分子的永久偶极与非极性分子的诱导偶极产生的作用力称为诱导力。 当极性分子相互接近时，在永久偶极的影响下，每个极性分子的正电荷中心与负电荷中心的距离被拉大，也将产生诱导偶极，因此诱导力也存在于极性分子之间。图 10-22 极性分子与非极性分子相互作用示意图 在非极性分子中，由于电子的运动和原子核的振动，在一瞬间分子的正电荷中心与负电荷中心不重合，产生瞬间偶极，瞬间偶极诱导相邻非极性分子产生相应的瞬间诱导偶
35、极。这种瞬间偶极与瞬间诱导偶极之间的相互作用力称为色散力。虽然瞬时偶极和瞬间诱导偶极存在时间极短，但是这种情况不断重复，因此色散力始终存在着。 由于极性分子也会产生瞬间偶极和瞬间诱导偶极，因此, 非极性分子与极性分子之间及极性分子之间也存在色散力。(三) 色散力图 10-23 非极性分子相互作用示意图 综上所述，在非极性分子之间，只存在色散力；在极性分子与非极性分子之间，存在色散力和诱导力；在极性分子之间存在色散力、诱导力和取向力。对于大多数分子来说，色散力是主要的；只有当分子的极性很大时，取向力才比较显著；而诱导力通常很小。三、氢键 当氢原子与电负性大、半径小的 X 原子形成共价键后，共用电
36、子对偏向于 X 原子，氢原子几乎变成了 “裸核” 。“裸核” 的体积很小，又没有内层电子，不被其他原子的电子所排斥，还能与另一个电负性大、半径小的 Y 原子中的孤对电子产生静电作用。这种产生在氢原子与电负性大的元素原子的孤对电子之间的静电作用称为氢键。 氢键具有方向性和饱和性。 氢键的方向性是指形成氢键 XHY 时，X、H、Y 原子尽可能在一条直线上，这样可使 X 原子与 Y 原子之间距离最远，两原子间的斥力最小。氢键的饱和性是指一个 XH 分子只能与一个 Y 原子形成氢键，当 XH 分子与一个 Y 原子形成氢键 XHY 后，如果再有一个 Y 原子接近时，则这个原子受到 XHY 上的 X 和
37、Y 原子的排斥力远大于 H 原子对它的吸引力，使 H 原子不可能再与第二个 Y 原子形成第二个氢键。 氢键可分为分子间氢键和分子内氢键两种类型。 (一) 分子间氢键 分子间氢键可分为同种分子间的氢键和不同种分子间的氢键两大类。 同种分子间的氢键也可分为二聚分子中的氢键和多聚分子中的氢键，而多聚分子中氢键又分为链状结构、层状结构和立体结构。 二聚分子中的氢键的一个比较典型例子是二聚甲酸(HCOOH)2 中的氢键： 多聚分子中氢键的链状结构的一个例子是固体氟化氢。 图 10-24 固体氟化氢 (HF)n 中氢键的链状结构 在硼酸（H3BO3）晶体中，存在多聚分子中氢键的层状结构。图 10-25 硼
38、酸中氢键的层状结构 多聚分子中氢键的立体结构的例子是冰。图 10-26 冰中氢键的四面体立体结构 （二）分子内氢键 在某些分子中，存在着分子内氢键。例如： 由于受分子结构的限制，形成分子内氢键的三个原子不在同一直线上，键角一般约为 150 。NOHOO （三）氢键对化合物性质的影响 1氢键对化合物的沸点和熔点的影响 如果生成分子间氢键，将使化合物的沸点和熔点升高。因为要使液体气化，必须破坏分子间氢键，需要消耗较多的能量；而要使晶体熔化，也要破坏一部分分子间氢键，也需要消耗较多的能量。 如果生成分子内氢键，必然使生成分子间氢键的机会减少，因此与形成分子间氢键的化合物相比较，其沸点和熔点就会降低。
39、 2氢键对化合物的溶解度的影响 如果溶质分子与溶剂分子形成分子间氢键，则溶质在溶剂中的溶解度增大。如果溶质分子形成分子内氢键，则在极性溶剂中的溶解度减小，而在非极性溶剂中的溶解度增大。 氢键在生命过程中具有非常重要的意义。与生命现象密切相关的蛋白质和核酸分子中都含有氢键，氢键在决定蛋白质和核酸等分子的结构和功能方面起着极为重要的作用。在这些分子中，一旦氢键被破坏，分子的空间结构就要改变，生物活性就会丧失。第七节 原子晶体和分子晶体一、原子晶体二、分子晶体 一、原子晶体 原子晶体的晶格结点上排列的微粒是原子，微粒之间以共价键结合。在原子晶体中，不存在独立的小分子。 原子晶体具有很高的熔点和很大的硬度，一般不导电。由于共价键具有方向性和饱和性，使原子晶体不能采取密堆积方式，只能以低配位数方式排列。图 10-27 金刚石的网状结构 二、分子晶体 分子晶体的晶格结点上排列的微粒是分子，微粒间的作用力是分子间作用力，有时也存在氢键。 分子晶体的硬度很小，熔点和沸点都很低。图 10-28 干冰的晶体结构
