第六章化学键与分子结构
一、 教学重点：
1. 现代价键理论与杂化轨道理论的基本要点，并应用上述理论解释部分典型共价分子
的形成过程、结构特性;
2. 共价键的键参数及其与分子结构与性质的关系；
3. 分子极性与分子间作用力;
二、 内容提要
1. 离子键：原子通过电子得失形成阴、阳离子，阴、阳离子通过静电作用而形成的
化学键。
（1）、形成条件；典型金属与典型非金属,电负性差值大于 1.7,此时化学键离子性大于50%。
（2）、离子键的本质：静电作用力。
（3）、离子键的特征：无方向性与饱和性。
（4）、晶格能：298.15K、105Pa时，气态阴、阳离子结合形成1摩尔固态离子晶体时所放出的能量。晶格能数值愈大，则表示形成的离子晶体愈稳定，离子键愈强。
2、现代价键理论
（1）、现代价键理论的要点；第一、参与成键的原子其价电子层必须有未成对的单电子，且要求参与配对的电子自旋方向相反，两两偶合成对时才能形成稳定的共价键，同时某个成单电子一经与另一单电子配对就再也不能与第三个成单电子去配对成键了，此点体现了共价键的饱和性；第二、电子的配对过程实为单电子所在原子轨道的相互部分重叠，而原子轨道的重叠须满足对称匹配和最大重叠原则，原子轨道尽可能发生最大程度的重叠，成键原子核间电子云密度愈大，形成的共价键愈稳定，此点体现了共价键形成的方向性。
（2）、共价键的特性：方向性和饱和性。
（3）、共价键的类型
σ键：原子轨道沿原子核连线方向以“头碰头”的方式重叠而形成的键，共价单键均为该类键型。
π键：原子轨道以“肩并肩”的方式平行重叠而形成的共价键，共价双键和共价叁键中除一个σ键外其余均为π键。
π键的重叠程度比σ键的重叠程度小，π键上的电子对比σ键上的电子活泼，具有较大的流动性，因此含双键和叁键的化合物易发生加成等反应，化学性质较活泼。
（4）、键参数
键的极性
相同原子成键，X A-X B= 0 键无极性（X为电负性）
不同原子成键，X A-X B≠0 键有极性。
△X＞1.7时，一般为离子键。
键能:破坏共价键所需能量。对于双原子分子，键能是指298.15K、105Pa下，使1mol气态AB分子离解为气态原子A和B时所需的能量，即AB的离解能D。多原子分子的键能不同于离解能，一般为平均键能。
键长：分子中成键原子核间距为键长，单位为pm(10-12m)。键越短，键越牢固，键能越高。键角：键与键的夹角叫键角。3、杂化轨道理论
杂化轨道：同一原子中能量相近的某些原子轨道在成键过程中重新组合成一组能量、形状等同的新轨道，这种轨道称为杂化轨道。
杂化类型：
等性杂化：杂化后形成的杂化轨道能量、形状完全相同。
sp杂化；分子空间构型为直线型，键角180º，如二氯化铍、二氧化碳分子。
sp2杂化：分子空间构型为平面三角型，键角120º，如三氟化硼分子。
sp3等性杂化：分子空间构型为四面体，键角为109º28ˊ。
sp3不等性杂化：杂化后形成的杂化轨道能量、形状不完全相同，有部分杂化轨道被来自于中心原子的孤电子对占据。如氨分子中的氮与水分子中的氧均采取sp3不等性杂化。
4、分子间作用力和氢键
（1）、分子的极性；体现了分子中正负电荷中心的重合情况，正负电荷中心完全重合则分子无极性，不重合则分子有极性。分子极性的大小用分子的偶极矩来衡量。
分子极性与化学键极性的关系是：由非极性键构成的分子一定是非极性分子；而由极性键构成的分子则不一定是极性分子，其规律是：键有极性且当分子为双原子分子或分子为不对称的多原子分子时，则为极性分子，如卤化氢分子、氨分子、水分子等。键有极性但分子完全对称则分子为非极性分子，如甲烷、四氯化碳、二氯化铍、三氟化硼均为非极性分子。
（2）、分子极化：分子内部正负电荷重心发生相对位移的过程称为分子极化。因其它分子的作用而导致分子极化产生的偶极称诱导偶极。因分子内部电子或原子核的快速运动而导致正负电荷重心瞬间位移而产生的偶极称为瞬时偶极。而极性分子内部原有的偶极称为固有偶极。
（3）、分子间作用力，分为：
取向力：固有偶极相互吸引而产生的作用力。
诱导力；固有偶极和诱导偶极相互吸引而是产生的作用力。
色散力；瞬时偶极相互吸引而产生的作用力。
极性分子之间存在上述三种力，而极性分子和非极性分子之间只存在诱导力和色散力，非极性分子之间仅存在色散力，分子间的作用力以色散力为主，色散力的大小与分子量及分子的大小有关，分子量越大，分子半径越大，则分子间色散力越大。
分子间作用力影响物质的相互溶解性及物质的熔点、沸点等物理性质。。
（4）、氢键：当氢原子与电负性强而原子半径小的原子（如氟、氮、氧）形成共价键时，因共用电子对强烈偏向于电负性大而原子半径小的原子，使氢几乎成为“裸露”的质子而显较强的正电性，进而吸引另一个分子中的电负性大而原子半径小的原子，这种吸引力称为氢键。氢键不是化学键，但其具有饱和性与方向性。氢键影响物质的物理性质，如熔点、沸点、溶解性等。
氢键分为分子间氢键和分子内氢键，如水分子之间、氨分子之间、水分子与氨分子、酒精分子之间能形成分子间氢键，而水杨酸（邻羟基苯甲酸）、蛋白质、DNA、RNA等生物大分子能形成分子内氢键。
5、晶体结构：
重点掌握四种类型的晶体结构特征、物理化学性质上的差异。
三、 习题参考答案（题目见教材）
1、答：钠、钡、铷三种元素与氧元素的电负性差值分别为：2.51、2.55、2.59，均大于1.7，故钠、钡、铷能与氧形成离子型化合物。氢、硫、硅与氧的电负性差值分别为1.26、0.86、
1.54，均小于1.7，故氢、硫、硅与氧形成共价型化合物。
2、答：含有极性共价键的分子为CO2、H2O、H2S、HBr。
3、答；价键极性大小与成键元素电负性差值有关，差值愈大，则键的极性愈强。第（1）组物质中价键极性最强的是NaCl，极性最小的是PCl5。
第（2）组物质中价键极性最强的是CsF，极性最小的是LiF。
第（3）组物质中价键极性最强的HF，极性最小的是HI。
4、答：中心原子采用sp3杂化的分子是C H4 C H3O H C H3CO O H Si H4 P H3中带下划线的元素。中心原子采用sp2杂化的分子是C2H4 CH3C OOH B Br3带下划线的元素。中心原子采用sp杂化的分子是C2H2 。
5、答：BF3和PH3的分子结构不相同，BF3为平面正三角形分子，而PH3为三角锥形分子。其原因是中心原子的杂化类型不同，BF3分子中的B为sp2杂化，而PH3分子中P为不等性sp3杂化。
6、答：根据分子轨道理论，。O22-的未成对电子数为0、键级为1、为逆磁性离子。O2分子的未成对电子为2、键级为2、为顺磁性分子。O2+的未成对电子数为1、键级为2.5，为顺磁性离子。键级越大，则键的强度越大。
7、答：分子的极性与键的极性和分子的空间结构有关，本组分子中为极性分子的是；NH3 H2O NO HF NF3，其它分子均为非极性分子。
8、答：分子间作用力包括取向力、诱导力、色散力及氢键。I2和CHCl3分子间存在诱导力和色散力。CH3OH和H2O分子间存在取向力、诱导力、色散力及氢键。CO2气体分子间存在色散力。H2O和CO2分子间存在诱导力和色散力。苯和甲苯分子间存在诱导力和色散力。H2S气体分子间存在取向力、诱导力和色散力。HBr和HCl分子间存在取向力、诱导力和色散力。
