1、无无 机机 化化 学学-分子结构分子结构化学与生命科学学院化学与生命科学学院 专业基础课专业基础课价键理论价键理论价层电子互斥模型价层电子互斥模型杂化轨道的类型杂化轨道的类型离域离域键类型的判断键类型的判断分子结构的判断分子结构的判断分子轨道理论分子轨道理论分子间力与分子的性分子间力与分子的性质质19世纪的化学家们创造了用元素符号加划短棍世纪的化学家们创造了用元素符号加划短棍“”来表明原子之间按来表明原子之间按“化合价化合价”相互结合的相互结合的结构结构式式。第一节第一节 路易斯结构式路易斯结构式20世纪初，美国化学家世纪初，美国化学家路易斯路易斯结构式中的结构式中的“短棍短棍”解释为两个原子
2、各取出一个电子配成对解释为两个原子各取出一个电子配成对,即即:“”是是1 1对共用电子，对共用电子，“=”=”是是2 2对共用电子，对共用电子，“”是是3 3对共用对共用电子。电子。路易斯认为，路易斯认为，稀有气体最外层电子构型稀有气体最外层电子构型(8e)(8e)是一是一种稳定构型种稳定构型。他把用。他把用“共用电子对共用电子对”维系维系的的化学作用化学作用力力称为称为“共价键共价键”。后人就把这种观念称为。后人就把这种观念称为路易斯共路易斯共价键理论。价键理论。分子中有用于形成共价键的分子中有用于形成共价键的键合电子键合电子(成键电子成键电子)和未用于形成共价键的和未用于形成共价键的非键合
3、电子非键合电子，又称，又称“孤对电孤对电子子”,，用小黑点来表示孤对电子。把添加了孤对电子，用小黑点来表示孤对电子。把添加了孤对电子的结构式叫做的结构式叫做分子分子的的路易斯结构式路易斯结构式,例如：例如：OHH.HNHH.HCHHCOOH.NN.路易斯结构式路易斯结构式,也叫也叫电子结构式电子结构式。如：。如：SO2Cl2、HNO3、H2SO4、CO32和和SO42的路易斯结构式的路易斯结构式:OSOClCl32e24e28eOCOO24e2-OSOOO2-32eONOOHOSOOHH分子的价电子总数分子的价电子总数等于分子中所有等于分子中所有原子的价电子数原子的价电子数之和，但中心原子周围
4、之和，但中心原子周围外层的电子总数外层的电子总数(共用电子共用电子+孤孤对电子对电子)并不总等于并不总等于8 8，有，有多电子中心多电子中心或或缺电子中心缺电子中心如：如：缺电子中心多电子中心CClClClCl电子中心32e24e40ePClClClClCl8BClClCl路易斯理论成功地解释了由相同原子组成的分子以及性路易斯理论成功地解释了由相同原子组成的分子以及性质相近的不同原子组成的分子的形成质相近的不同原子组成的分子的形成,并初步揭示了共价键与并初步揭示了共价键与离子键的区别离子键的区别.但是不能解释为什么有些分子的中心原子最外但是不能解释为什么有些分子的中心原子最外层电子数少于或多于
5、层电子数少于或多于8仍能稳定存在；也不能解释共价键的特仍能稳定存在；也不能解释共价键的特性性(饱和性和方向性饱和性和方向性)以及单电子键等；更无法解释分子的立体以及单电子键等；更无法解释分子的立体结构。于是泡林提出了结构。于是泡林提出了现代价键理论现代价键理论和和杂化轨道理论杂化轨道理论及及价层价层电子对互斥理论电子对互斥理论(统称价键理论统称价键理论).该理论认为，该理论认为，共价键是由不同原子的原子轨道或共价键是由不同原子的原子轨道或电子云重叠形成的；成键原子的未成对电子自旋方向电子云重叠形成的；成键原子的未成对电子自旋方向相反；原子轨道重叠程度越大，共价健越稳定相反；原子轨道重叠程度越大
6、，共价健越稳定。第二节 价键理论(一)电子配对理论又称电子配对理论又称VBVB法法什么是什么是键键、键键、配位键？、配位键？共价键有什么特征？共价键有什么特征？s电子云与电子云与s电子云重叠电子云重叠s电子云与电子云与p电子云重叠电子云重叠p电子云与电子云与p电子云重叠电子云重叠1 1、共价键的类型、共价键的类型键键:原子轨道沿键轴方向原子轨道沿键轴方向“头碰头头碰头”式重叠式重叠;键键:原子轨道沿键轴方向原子轨道沿键轴方向“肩并肩肩并肩”式重叠式重叠 通常，如果原子之间只有通常，如果原子之间只有1 1对电子，形成的共价键对电子，形成的共价键是是单键，通常总是单键，通常总是s s 键键，如果原
7、子间的共价键是，如果原子间的共价键是双键双键，由由一个一个s s 键一个键一个p p键键组成，如果是组成，如果是叁键叁键，则，则由一个由一个s s 键键和两个和两个p p键组成键组成。键，重叠程度大，较稳定；键，重叠程度大，较稳定；键，重叠程度小，较活泼。键，重叠程度小，较活泼。p-pp-p键键:p-dp-d键键 配配 位位 键键 由一个原子（给予体）提供电子对，另一个原由一个原子（给予体）提供电子对，另一个原子（接受体）提供空轨道，形成的共价键叫配位键。子（接受体）提供空轨道，形成的共价键叫配位键。如：如：H3NH+O=NN思考思考 CO的成键情况如何？的成键情况如何？2 2、共价键的特征、
8、共价键的特征有饱和性有饱和性电子配对后不再与第三个电子成键；电子配对后不再与第三个电子成键；有方向性有方向性除除s s轨道，最大重叠必有方向轨道，最大重叠必有方向。第三节第三节 价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论什么是分子结构？什么是分子结构？分子结构有哪些类型？分子结构有哪些类型？如何判断分子结构？如何判断分子结构？分子是由原子组成的分子是由原子组成的,因此分子的因此分子的立体结构立体结构就是原就是原子在三维空间的排列方式子在三维空间的排列方式.分子的立体结构是指其分子的立体结构是指其s s-键的分子骨架在空间的键的分子骨架在空间的排布。这种分子骨架可以用现代实验手段测定。排布。这种分子骨
9、架可以用现代实验手段测定。实验证实，属于同一通式的分子或离子实验证实，属于同一通式的分子或离子,其结构可其结构可能相似，也可能完全不同。能相似，也可能完全不同。如如,H2S和和H2O属同一通式属同一通式H2A，结构很相似，都是，结构很相似，都是角型分子，仅夹角度数稍有差别，而角型分子，仅夹角度数稍有差别，而CO32-离子和离子和SO32-离子属同一通式离子属同一通式AO32-,结构却不同结构却不同:前者是平面型前者是平面型,后者后者是立体的三角锥型。是立体的三角锥型。H2OH2SCO32-SO32-吉列斯比吉列斯比(R.J.Gillespie)和尼霍尔姆和尼霍尔姆(Nyholm)在在50年代提
10、出了一种简单的模型用年代提出了一种简单的模型用来判断某一个分子或离子的立体结构来判断某一个分子或离子的立体结构,定名为定名为价层电子对互斥模型价层电子对互斥模型，成功地用于判断以非金，成功地用于判断以非金属原子为中心的单中心分子或离子。属原子为中心的单中心分子或离子。模型的要点是模型的要点是:(1)中心原子价层电子对数中心原子价层电子对数Z等于成键电子对数等于成键电子对数n与与未成键电子对数未成键电子对数m之和：之和：Z=n+m 中心原子价层电子对中心原子价层电子对Z值可用下式确定值可用下式确定:Z=(中心原子的族数中心原子的族数+配原子的个数配原子的个数-离子的电荷数离子的电荷数)/2注：若
11、配原子是氧族原子，则配原子个数不计注：若配原子是氧族原子，则配原子个数不计。例如例如:分子分子 SO2 SO3 SO32-SO42-NO2+CH4 NH3 Z 3 3 4 4 2 4 4 (2)Z的数目决定了一个分子或离子中的的数目决定了一个分子或离子中的价层电子价层电子对在空间的分布对在空间的分布(与分子立体构型不同与分子立体构型不同),由此可以画出由此可以画出电子对的电子对的VSEPR理想模型理想模型:z 2 3 4 5 6 模型模型 直线形直线形 平面三角形平面三角形 正四面体正四面体 三角双锥体三角双锥体 正八面体正八面体YAY YAYYAYYYYAYYYYYAYYYYYYAYZ Y代
12、表价层电子对代表价层电子对(3)如果一个分子的通式为如果一个分子的通式为AXnEm，“分子立体构分子立体构型型”是指不包括孤对电子对的是指不包括孤对电子对的AXn中的中的A和和n个个X(配位配位原子原子)在空间的排布。在空间的排布。分子结构与价层电子对的关系：分子结构与价层电子对的关系：分子分子 H2O NH3 CH4构型构型 角形角形 三角锥体三角锥体 正四面体正四面体AY4AXnEOHHEENHHHHCHHHOHHNHHHHCHHH(4)价层电子对相互排斥的关系价层电子对相互排斥的关系 l-ll-bb-b(l为孤对电子对为孤对电子对;b为键合电子对为键合电子对)孤对电子对与键合电子对斥力不
13、同使理想模型发生孤对电子对与键合电子对斥力不同使理想模型发生畸变。畸变。CH4、NH3、H2O 109.5、107.3、104.5 为什么甲烷分子结构是四面体型的？为什么甲烷分子结构是四面体型的？为什么二氧化碳分子是直线型的？为什么二氧化碳分子是直线型的？为什么五氯化磷是三角双锥形的分子？为什么五氯化磷是三角双锥形的分子？一、杂化轨道理论要点一、杂化轨道理论要点为了解释分子或离子的立体结构为了解释分子或离子的立体结构,泡林提出了杂化泡林提出了杂化轨道理论。轨道理论。他认为，一个原子和其原子成键时所用的轨道不他认为，一个原子和其原子成键时所用的轨道不是原来纯粹的是原来纯粹的S轨道或轨道或P轨道，
14、而是若干个能量相近的轨道，而是若干个能量相近的原子轨道重新分配能量和重新调整空间伸展方向，形原子轨道重新分配能量和重新调整空间伸展方向，形成成键能力更强的新的原子轨道。这种过程称为原子成成键能力更强的新的原子轨道。这种过程称为原子轨道的轨道的“杂化杂化”，所得的新的原子轨道称为杂化轨道。，所得的新的原子轨道称为杂化轨道。第四节第四节 价键理论价键理论(二二)杂化轨道理论杂化轨道理论 要点要点1：在形成共价键时，原子原已成对的价：在形成共价键时，原子原已成对的价电子可以被激发成单个电子。电子可以被激发成单个电子。要点要点2：同一原子中能级相近的：同一原子中能级相近的n个原子轨道只个原子轨道只能杂
15、化成能杂化成n个杂化轨道。个杂化轨道。要点要点3：杂化轨道的成键能力更强，原子轨道：杂化轨道的成键能力更强，原子轨道的杂化只有在形成共价键时才发生，端原子不发生的杂化只有在形成共价键时才发生，端原子不发生杂化。杂化。要点要点4：中心原子的价电子重新分布于杂化轨：中心原子的价电子重新分布于杂化轨道，电子尽可能道，电子尽可能成单成单占据杂化轨道。占据杂化轨道。杂化轨道的组成：参加杂化的原子轨道杂化轨道的组成：参加杂化的原子轨道 平均化。平均化。如：如：spsp2 2p p2 2s sspsp2 23 32p2p3 3s s杂化轨道的特征杂化轨道的特征角度分布图有大、角度分布图有大、小头，有利于成键
16、（提高重叠程度）。小头，有利于成键（提高重叠程度）。-二、杂化轨道与分子的空间几何结构二、杂化轨道与分子的空间几何结构 杂化轨道类型与杂化轨道类型与VSEPR模型的关系如下表所示：模型的关系如下表所示：VSEPR模型：模型：AY4 AY3 AY2 AY5 AY6 价层电子对：价层电子对：4 3 2 5 6 电子对立体构型：电子对立体构型：正四面体正四面体 平面三角形平面三角形 直线形直线形 三角双锥体三角双锥体 正八面体正八面体 杂化轨道类型：杂化轨道类型：sp3 sp2 sp sp3d sp3d2 分子结构：分子结构：？分子结构与杂化轨道类型之间存在怎样的关系？spsp杂化杂化三、杂化轨道的
17、类型三、杂化轨道的类型spsp杂化形成直线型分子杂化形成直线型分子spsp2 2杂化形成正三角形分子杂化形成正三角形分子spsp2 2杂化杂化spsp3 3杂化杂化spsp3 3杂化形成正四面体分子杂化形成正四面体分子此外还有此外还有dsp2、d2sp3 、sp3d 、sp3d2等杂化轨道等杂化轨道四四、实例、实例 1 1、spsp3 3杂化杂化凡属于凡属于VSEPR模型的模型的AY4的分子的中心原子的分子的中心原子A都采取都采取sp3杂杂化类型。例如，化类型。例如，CH4、CCl4、NH4+、CH3Cl、NH3、H2O等等，等等，但是但是它们的键角却为什么不同？它们的键角却为什么不同？中心原
18、子向中心原子向4个个sp3杂化轨道提供的价电子数相同，这种杂杂化轨道提供的价电子数相同，这种杂化类型叫做化类型叫做等性杂化等性杂化。中心原子向中心原子向4个个sp3杂化轨道提供的价电子数不同，如杂化轨道提供的价电子数不同，如NH3和和H2O，这样的，这样的4个杂化轨道显然有差别，叫做个杂化轨道显然有差别，叫做不等性杂化不等性杂化。p能级总共只有能级总共只有3个个p轨道，当这些轨道，当这些p轨道全部以轨道全部以sp3杂化轨道去构建杂化轨道去构建s s轨道，中心原子就没有多余的轨道，中心原子就没有多余的p轨道轨道去与键合原子之间形成去与键合原子之间形成p-pp p键了。因此，像键了。因此，像SO4
19、2、SO2Cl2、PO43等等中心原子取等等中心原子取sp3杂化轨道的杂化轨道的“物种物种”，其路易斯结构式中的双键其路易斯结构式中的双键中的中的p p键是由中心原子的键是由中心原子的d轨轨道和端位原子的道和端位原子的p轨道形成的，叫做轨道形成的，叫做d-pp p键。键。SOOHHOO2、sp2杂化杂化凡符合凡符合VSEPR模型的模型的AY3通式的分子或离子中心原通式的分子或离子中心原子大多数采取子大多数采取sp2杂化轨道。例如，杂化轨道。例如，BCl3、CO32、NO3、H2C=O、SO3等等。烯烃等等。烯烃C=Cd(C=C)d(CC)；d(HF)d(HCl)d(HBr)d(HI)；O2+、
20、O2、O2、O22中的氧中的氧-氧键依次增长等。氧键依次增长等。第八节第八节 共价分子键的参数共价分子键的参数二、键能二、键能键能的概念是为对比键的强度提出来的。键能的概念是为对比键的强度提出来的。键能键能:在常温在常温(298K)(298K)下基态化学键分解成气态基态原子所下基态化学键分解成气态基态原子所需要的能量需要的能量。对于双原子分子。对于双原子分子,键能就是键能就是键解离能键解离能。对于多原子分子，所谓键能，只是一种统计平对于多原子分子，所谓键能，只是一种统计平均值均值。键能的大小体现了共价键的强弱。单键、双键、键能的大小体现了共价键的强弱。单键、双键、叁键叁键(如如C-C、C=C、
21、CC)对比，键能越来越大。对比，键能越来越大。同周期元素的同类键同周期元素的同类键(如如H-F、H-Cl、H-Br、H-I)的键能从上到下减小。的键能从上到下减小。但但F-F键能明显反常，竟然比键能明显反常，竟然比Cl-Cl甚至甚至Br-Br的的键能还小。有人认为，这是主要是由于氟原子过小，键能还小。有人认为，这是主要是由于氟原子过小，一个原子的电子对另一原子的电子会因形成分子而一个原子的电子对另一原子的电子会因形成分子而互相排斥。互相排斥。三、键角三、键角键角是指多原子分子中原子核的连线的夹角。键角是指多原子分子中原子核的连线的夹角。它也是描述共价键的重要参数。然而，键角不它也是描述共价键的
22、重要参数。然而，键角不像键长和键能，一个分子一个样儿，不可能形成通像键长和键能，一个分子一个样儿，不可能形成通用数据。用数据。四、键的极性与分子的极性四、键的极性与分子的极性共价键有非极性键与极性键之分。由共价键构共价键有非极性键与极性键之分。由共价键构建的分子有非极性分子与极性分子之分。建的分子有非极性分子与极性分子之分。“极性极性”是一个电学概念。度量极性的物理量是一个电学概念。度量极性的物理量叫做偶极矩叫做偶极矩(m m)。偶极矩是偶极子两极。偶极矩是偶极子两极(带相同电量带相同电量的正电端和负电端的正电端和负电端)的电量，即电偶极子的电量的电量，即电偶极子的电量q，和偶极子两极的距离和
23、偶极子两极的距离偶极长偶极长l的乘积的乘积(m=m=qXl)。lq+q_偶极子与偶极矩偶极子与偶极矩(m=m=qXl)偶极矩偶极矩m=0m=0的共价键叫做的共价键叫做非极性共价键非极性共价键；偶极矩偶极矩m m0 0的共价键叫做的共价键叫做极性共价键。偶极矩极性共价键。偶极矩m=0m=0的分子叫做的分子叫做极性分子极性分子;偶极矩偶极矩m m0 0的分子叫做极性分子。的分子叫做极性分子。同核双原子分子的实测偶极矩都等于零，是非极同核双原子分子的实测偶极矩都等于零，是非极性分子。性分子。异核双原子分子异核双原子分子HF、HCl、HBr、HI的极性依次的极性依次增大。增大。多原子分子的几何构型决定
24、了分子的偶极矩是否多原子分子的几何构型决定了分子的偶极矩是否等于零，因此，测定偶极矩可用来判别分子的几何构等于零，因此，测定偶极矩可用来判别分子的几何构型。型。一种简单的方法是：如果在分子中能找到一种简单的方法是：如果在分子中能找到2个轴，个轴，绕轴旋转绕轴旋转180度，分子能重合则此分子是非极性分子。度，分子能重合则此分子是非极性分子。CHHHHm=0m=0m=0m=0PPPPOCOq+q+qq_m=0m=0m=2m=2DHCN+_m=05m=05DOOO_+_OHH_+m=15m=15D第九节第九节 分子间力分子间力除化学键除化学键(共价键、离子键、金属键共价键、离子键、金属键)外，分子与
25、外，分子与分子之间，某些较大分子的基团之间，或小分子与大分子之间，某些较大分子的基团之间，或小分子与大分子内的基团之间，还存在着各种各样的作用力，总分子内的基团之间，还存在着各种各样的作用力，总称分子间力。相对于化学键，分子间力是一类弱作用称分子间力。相对于化学键，分子间力是一类弱作用力。力。化学键的键能数量级达化学键的键能数量级达102，甚至甚至103kJ/mol，而，而分子间力的能量只达分子间力的能量只达nn10kJ/mol的数量级，比化的数量级，比化学键弱得多。范德华力和氢键是两类最常见的分子间学键弱得多。范德华力和氢键是两类最常见的分子间力，分别介绍如下。力，分别介绍如下。一、范德华力
26、一、范德华力范德华力最早是由范德华研究实际气体对理想气范德华力最早是由范德华研究实际气体对理想气体状态方程的偏差提出来的，大家知道，理想气体是体状态方程的偏差提出来的，大家知道，理想气体是假设分子没有体积也没有任何作用力为基础确立的概假设分子没有体积也没有任何作用力为基础确立的概念，当气体密度很小念，当气体密度很小(体积很大、压力很小体积很大、压力很小)、温度不、温度不低时，实际气体的行为相当于理想气体。事实上，实低时，实际气体的行为相当于理想气体。事实上，实际气体分子有相互作用力。际气体分子有相互作用力。范德华力普遍地存在于固、液、气态任何微粒之范德华力普遍地存在于固、液、气态任何微粒之间。
27、间。范德华力范德华力没有方向性和饱和性没有方向性和饱和性。将范德将范德华力可分解为三种不同来源的作用力华力可分解为三种不同来源的作用力色散力、诱导力和取向力色散力、诱导力和取向力。1 1、色散力、色散力所有单一原子或多个原子键合而成的分子、离子或所有单一原子或多个原子键合而成的分子、离子或者分子中的基团者分子中的基团(统称分子统称分子)。相对于电子，分子中原子。相对于电子，分子中原子的位置相对固定，而分子中的电子却围绕整个分子快速的位置相对固定，而分子中的电子却围绕整个分子快速运动着。运动着。于是，分子的正电荷重心于是，分子的正电荷重心与负电荷重心时时刻刻不重合，与负电荷重心时时刻刻不重合，产
28、生瞬时偶极。产生瞬时偶极。瞬时偶极矩之间会产生电瞬时偶极矩之间会产生电性引力，这就是色散力。性引力，这就是色散力。色散力是所有分子都有的色散力是所有分子都有的最普遍存在的范德华力。最普遍存在的范德华力。分子量越大，色散力就越分子量越大，色散力就越强。强。偶极非极性分子色散力_+_+_+产生瞬时取向力只有极性分子与极取向力只有极性分子与极性分子之间才存在。分子偶极性分子之间才存在。分子偶极矩越大，取向力越大。矩越大，取向力越大。如：如：HCl、HBr、HI的偶的偶极矩依次减小。极矩依次减小。2、取向力、取向力取向力，又叫定向力，是极性分子与极性分子之取向力，又叫定向力，是极性分子与极性分子之间的
29、固有偶极与固有偶极之间的静电引力。间的固有偶极与固有偶极之间的静电引力。+极性分子取向作用取向力极性分子+_+_+_诱导偶极矩的大小由诱导偶极矩的大小由固有偶极的偶极矩固有偶极的偶极矩(m m)大小大小和分子变形性的大小决定。极化率越大和分子变形性的大小决定。极化率越大,分子越容易变分子越容易变形形,在同一固有偶极作用下产生的诱导偶极矩就越大。在同一固有偶极作用下产生的诱导偶极矩就越大。3、诱导力诱导力在极性分子的固有偶极诱导下，临近它的分子会产在极性分子的固有偶极诱导下，临近它的分子会产生诱导偶极，分子间的诱导偶极与固有偶极之间的电性生诱导偶极，分子间的诱导偶极与固有偶极之间的电性引力称为诱
30、导力。引力称为诱导力。极性分子非极性分子诱导产生诱导偶极诱导力+_+_+_+_极性分子非极性分子诱导产生诱导偶极诱导力+_+_+_+_色散力、取向力和诱导力色散力、取向力和诱导力非极性分子色散力_+_+极性分子取向作用取向力极性分子非极性分子极性分子诱导产生诱导偶极诱导力_+产生瞬时 偶极+_+_+_+_+_+_+_4、分子间力构成对比、分子间力构成对比分子分子氢键氢键取向力取向力kJ/mol诱导力诱导力kJ/mol色散力色散力kJ/molAr无无00有有CO无无有有有有有有HI无无有有有有有有HBr无无有有有有有有HCl无无有有有有有有NH3有有有有有有有有H2O有有36.391.939.0
31、0二、氢键二、氢键分子间又一种作用力分子间又一种作用力氢键是已经以共价键与其他原子键合的氢原子与氢键是已经以共价键与其他原子键合的氢原子与另一个原子之间产生的分子间作用力，是除范德华力另一个原子之间产生的分子间作用力，是除范德华力外的另一种常见分子间作用力。外的另一种常见分子间作用力。、氢键：与电负性值很大、半径小的元素原子共价结合的氢、氢键：与电负性值很大、半径小的元素原子共价结合的氢原子与另一电负性值很大、半径小的元素原子之间的作用。原子与另一电负性值很大、半径小的元素原子之间的作用。、形成条件：、形成条件：F F、O O、N N、特征：、特征：具有方向性和饱和性具有方向性和饱和性 氢键较
32、范氏力大但不如化学键强。氢键较范氏力大但不如化学键强。OHNOFHFHN从图中可以看到氢键对从图中可以看到氢键对HF、H2O及及NH3的熔沸点的影响的熔沸点的影响、氢键解释了水的特殊物理性质、氢键解释了水的特殊物理性质水的物理性质十分特异。与同周期氢化物相比，水的物理性质十分特异。与同周期氢化物相比，冰的密度小、冰的密度小、4 C时水的密度最大、水的熔沸点高、时水的密度最大、水的熔沸点高、水的比热大、水的蒸气压小、水的比热大、水的蒸气压小、等等。等等。水的这些特异物理性质对于生命的存在有着决水的这些特异物理性质对于生命的存在有着决定性的意义。如若冰的密度比液态水的密度大，如定性的意义。如若冰的
33、密度比液态水的密度大，如若液态水从若液态水从0 C升至升至4 C密度不增大，地球上的所有密度不增大，地球上的所有水体在冬天结冰时，所有水生生物都会冻死。水体在冬天结冰时，所有水生生物都会冻死。冰的密度低是由于每个水分子周围最邻近的水分冰的密度低是由于每个水分子周围最邻近的水分子只有子只有4个个这就表明其间的作用力这就表明其间的作用力氢键氢键:OHO具有方向性。具有方向性。氢键有方向性的性质不同氢键有方向性的性质不同于范德华力于范德华力,而与共价键相同。氢键有饱和性而与共价键相同。氢键有饱和性,每摩尔冰每摩尔冰里只有里只有2N0个氢键。个氢键。冰的晶体结构：冰的晶体结构：(小球代表氢原子小球代表
34、氢原子,大球代表氧原子大球代表氧原子,实线代表实线代表HO键，键，虚线代表氢键虚线代表氢键)冰熔化为液态水，至多只能打破冰中全部氢键冰熔化为液态水，至多只能打破冰中全部氢键的约的约13%。这就意味着这就意味着,刚刚熔化的水中仍分布着大量近距刚刚熔化的水中仍分布着大量近距有序的冰晶结构微小集团有序的冰晶结构微小集团(有人称之为有人称之为“冰山结构冰山结构”)。随温度升高，同时发生两种相反的过程：一是冰晶随温度升高，同时发生两种相反的过程：一是冰晶结构小集团受热不断崩溃；另一是水分子间距因热结构小集团受热不断崩溃；另一是水分子间距因热运动不断增大。运动不断增大。2、氢键对氟化氢是弱酸的解释氢键对氟
35、化氢是弱酸的解释其他卤化氢分子在水溶液表现酸性只是它们与水其他卤化氢分子在水溶液表现酸性只是它们与水分子反应生成的分子反应生成的“游离的游离的”H3O+离子和离子和X离子的能力离子的能力的反映，但对于的反映，但对于HF，由于反应产物，由于反应产物H3O+可与另一反可与另一反应产物应产物F以氢键缔合为以氢键缔合为+H2OHF，酸式电离产物，酸式电离产物F还会与未电离的还会与未电离的HF分子以氢键缔合为分子以氢键缔合为FHF，大，大大降低了大降低了HF酸式电离生成酸式电离生成“游离游离”H3O+和和F的能力；的能力；同浓度的同浓度的HX水溶液相互比较，水溶液相互比较，HF分子因氢键缔分子因氢键缔合
36、成相对不自由的分子，比起其他合成相对不自由的分子，比起其他HX，“游离游离”的分的分子要少得多，这种效应相当于子要少得多，这种效应相当于HX的有效浓度降低了，的有效浓度降低了，自然也使自然也使HF发生酸式电离的能力降低。发生酸式电离的能力降低。HFHFHFHF3、氢键对某些物质的熔沸点差异的解释氢键对某些物质的熔沸点差异的解释氢键不仅出现在分子间，也可出现在分子内。如氢键不仅出现在分子间，也可出现在分子内。如:邻硝基苯酚中羟基上的氢原子可与硝基上的氧原子形邻硝基苯酚中羟基上的氢原子可与硝基上的氧原子形成成分子内氢键分子内氢键；间硝基苯酚和对硝基苯酚则没有这种；间硝基苯酚和对硝基苯酚则没有这种分
37、子内氢键，只有分子间氢键。这解释了为什么邻硝分子内氢键，只有分子间氢键。这解释了为什么邻硝基苯酚的熔点比间硝基苯酚和对硝基苯酚的熔点低。基苯酚的熔点比间硝基苯酚和对硝基苯酚的熔点低。ONHOONOOOHONOOH熔点：45 oC96114oCoC例例分析哪些分子存在分析哪些分子存在分子内氢键分子内氢键？形成分子内的条件是构成形成分子内的条件是构成4、5、6元环。元环。问问水分子之间的氢键与水分子之间的氢键与HF分子之间的氢键相比分子之间的氢键相比,哪个更强哪个更强?O.H-O比比FH-F弱弱,但总的氢键水分子间氢但总的氢键水分子间氢键键(有有4个个)比比HF分子间氢键分子间氢键(有有2个个)强
38、强.解：解：C6H6-CCl4色散力；色散力；CH3OH-H2O色散力、诱导力、色散力、诱导力、取向力、氢键；取向力、氢键；He-H2O 色散力、诱导力；色散力、诱导力；H2S-H2O 色散力、取向力、色散力、取向力、诱导力。诱导力。例题：下列每组物质中，不同物质间分例题：下列每组物质中，不同物质间分子之间存在着何种成分分子间力。子之间存在着何种成分分子间力。1、要求掌握离子键和共价键和基本特征和它们的区别。、要求掌握离子键和共价键和基本特征和它们的区别。2、理解分子间力的概念，分清化学键和分子间力的区别。、理解分子间力的概念，分清化学键和分子间力的区别。3掌握氢键的特征和形成条件，及对物质的物理性质的影响。掌握氢键的特征和形成条件，及对物质的物理性质的影响。
