李景宁《有机化学》第5版上册笔记和课后习题含考研真题详解(1-3章)【圣才出品】
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第1章绪论
1.1复习笔记
一、有机化学的研究对象
1.有机化合物和有机化学的涵义
(1)有机化合物
有机化合物简称为有机物。
有机化合物中都含有碳元素,所以有机化合物是指碳化合物。
一些简单的含碳化合物,如一氧化碳、二氧化碳和碳酸盐等,具有无机化合物的性质,常放在无机化学中讨论。
(2)有机化学
有机化学是指研究碳氢化合物及其衍生物的化学。
2.有机化合物的特点
(1)分子组成复杂;
(2)熔点较低;
(3)不易溶于水;
绝大多数有机化合物都不溶于水,但都能溶于有机溶剂中。
(4)反应速率较慢,产物较复杂。
二、共价键的一些基本概念
1.共价键理论
对共价键的解释,有价键理论和分子轨道理论。
(1)价键理论
价键理论的主要内容如下:
①共价键的形成
a.共价键的形成是由于成键的两个原子都具有未成键且自旋相反的电子,它们能够通过配对来获得最外层电子数达到稳定的构型,成键的电子只定域于成键的两个原子之间;
b.共价键的形成也可以看作是成键原子的原子轨道重叠的结果,两个原子的原子轨道重叠越多,所形成的共价键就越牢固;
c.由一对电子形成的共价键称为单键,可用一条短线表示;
d.若两个原子各用2个或3个未成键的电子,构成的共价键则为双键或三键。
②共价键的饱和性
一般情况下,原子的价键数目等于它的未成键的电子数。
③共价键的方向性
成键时,两个电子的原子轨道发生重叠,重叠部分的大小决定共价键的牢固程度。
p电子的原子轨道在空间具有一定的取向,只有当它以某一方向互相接近时,才能使原子轨道得到最大的重叠,生成分子的能量得到最大程度的降低,形成稳定的分子,如图1-1所示。
图1-11s和2p x原子轨道的重叠情况
(2)分子轨道理论
①分子轨道的形成
a.分子中每个电子的运动状态可用状态函数ψ来描述,ψ称为分子轨道;
b.化学键是原子轨道重叠产生的,当任何数目的原子轨道重叠时就可以形成同样数目的分子轨道;
c.若定域键重叠的原子轨道数是两个,结果组成两个分子轨道,其中一个比原来的原子轨道的能量低,叫成键轨道;另一个比原来的原子轨道的能量高,叫反键轨道,如图1-2所示;
d.每一个分子轨道最多只能容纳两个自旋方向相反的电子,从最低能级的分子轨道开始,逐一地填充电子。
图1-2氢分子轨道能级图
②原子轨道组成分子轨道必须符合的条件:
a.对称匹配
组成分子轨道的原子轨道的符号(即位相)完全相同时,才能匹配组成分子轨道,否则就不能组成分子轨道。
b.原子轨道重叠的部分要最大
原子轨道重叠的部分最大时,才能使所形成的键最稳定。
c.能量相近
成键的原子轨道的能量要相近,能量差愈小愈好,这样才能够最有效地组成分子轨道,才能解释不同原子轨道所形成的共价键的相对稳定性。
条件b和c决定着原子轨道线性组合的数目以及组合效率的高低的问题,所以,在这三个条件中,条件a起着重要的作用。
③σ轨道和π轨道
a.σ轨道
s轨道形成的分子轨道还保留着对x轴呈圆柱形对称的特性,即分子轨道沿键轴旋转时,它的形状和符号都不变,这种分子轨道称为σ轨道,如s-s,如图1-3所示。
由1s-1s形成
的σ分子轨道用表示;以表示;反键σ分子轨道用表示。
图1-3σ轨道的示意图
b.π轨道
当由两个互相平行的p轨道在侧面重叠形成分子轨道时,如或
,所形成的分子轨道,还保留着对称面,即有节面,这种分子轨道称为π轨
道,如图1-4所示。
成键π轨道用表示;反键π轨道用
表示。
图1-4π轨道的示意图
2.共价键的键参数
(1)键长
①形成共价键的两个原子之间存在着一定的吸引力和排斥力,使原子核之间保持着一定的距离,这个距离称为键长,单位可用nm 或pm 表示;
②一定共价键的键长是一定的。
(2)键角
①两价以上的原子与其他原子成键时,两个共价键之间的夹角称为键角。
例如,甲烷(CH 4)分子中H—C—H 角为109°28′;
②键角的大小是随着分子结构的不同而有所改变;
③键角反映了分子的空间结构。
(3)键能
①当A 和B 两个原子(气态)结合生成A—B 分子(气态)时,放出的能量称为键能;
A(g)+B(g)→A—B(g)
若使1molA—B 双原子分子(气态)共价键解离为原子(气态)时所需要的能量(也就是键能)称为键的解离能。
②共价键断裂时必须吸热,∆H 为正值,形成共价键时必须放热,∆H 为负值;③键的解离能和键能的单位通常用1kJ mol -⋅表示;
④对于双原子分子,键的解离能就是键能,对于多原子分子键能和解离能是不相同的,多原子分子中共价键的键能是指同一类共价键的解离能的平均值;
⑤键能愈大,键愈牢固。
(4)偶极矩。