工程化学教程 第三章 物质的结构和材料的性质.pptVIP

a.碳链上不带有任何其它原子或基团时，C-C单键旋转是没有位阻效应，C-C单键的内旋转完全是自由的。 b.如果我们把C1-C2键固定在Z轴上，则（1）的自转（内旋转）将带动（2）的公转，由于有C-C和C-C之间键角的限制，所以（2）的轨迹是个圆锥面，所以C3可以出现在这个圆锥面的任何位置上。 内旋转完全自由的C-C单键是不存在的，因为碳键上总要带有其它原子或基团，当这些原子或基团充分接近时，电子云之间将产生斥力使单键的内旋转受到阻力，所以高分子的形态（构象）也不可能是无穷多的，而是相当多的 杂化轨道的类型 Sp杂化 元素的特征电子构型为ns2，按照价键理论，它们不能形成共价键。杂化轨道理论认为，s轨道上的一个电子可以激发到p轨道上(所需的能量由成键后释放的能量补偿)，从而进行sp杂化形成2个能量相等，空间分布对称的等性sp杂化轨道。 sp杂化轨道成键特征： 两个sp杂化轨道的夹角为180°，分子空间构型为直线型。例如 BeCl2, HgCl2, CO2, HC≡CH等 Be Cl Cl sp2杂化 在BCl3分子中，B原子的一个s轨道和两个p轨道可以进行sp2杂化，形成3个等性sp2杂化轨道。三个轨道间的夹角为120°。 sp2杂化轨道成键特征： 三个键处在同一个平面上，键角为120°。 例子 BX3, AlCl3, H2C=CH2 120° B Cl Cl Cl 等性sp3杂化 甲烷分子中C原子的一个s轨道和3个p轨道可以进行sp3杂化，形成4个等性sp3杂化轨道。4个轨道间的夹角为109o28‘。每个键中，s成分占1/4，p成分占3/4。 sp3杂化轨道成键特征： 4个键指向正四面体的四个顶点，键角为109o 28’。 例如： CH4, CX4, C(金刚石), SiC等。 109 28′ C H H H H Sp3不等性杂化 氨分子中N原子可以进行sp3杂化形成不等性sp3杂化轨道。 N原子不等性sp3杂化轨道成键特征： 其中有一个杂化轨道含有一对电子(孤对电子)，含孤对电子的轨道因内部斥力较大而较胖，因此压迫另3个轨道使键角小于109°28‘。 三角锥形 ?? 图：NH3分子的空间构型 O原子和S原子也能进行不等性sp3杂化 104 45’ 折线(V)形 图：H2O分子的空间构型 （3）分子轨道理论 O O 2s 2s O??O ¨ ¨ ¨ ¨ O=O ¨ ¨ ¨ ¨ O2分子的磁性 根据价键理论，氧分子中有一个?键和一个?键，其电子全部成对,但经磁性实验测定，氧分子有两个不成对的电子，自旋平行，表现出顺磁性; 当原子形成分子后，电子不再局限于原来的原子轨道，而是属于整个分子的分子轨道。 理论要点 分子轨道由组成分子的原子轨道组合产生，组合前后轨道总数不变。 组合前后系统的总能量不变，如在H原子结合成氢分子时，成键? 轨道的能量比原子轨道能量下降了?E，则反键?* 轨道的能量比原子轨道能量上升?E。内层轨道组合前后都是全满的，能量不发生变化。因此可以不考虑它们的组合。 所有的电子在组合分子轨道中重新分布，分布法则与电子在原子轨道中的排布类似。 分子轨道理论的应用 例 用分子轨道理论分析H2分子的成键情况 σ 2s σ 2p σ 1s π 2p π *2p σ *2s σ *1s 1s 1s 2s 2s 2p A.O M.O A.O 能量 例 用分子轨道理论解释O2分子的磁性 ?O－O? · · · · · · 价键结构式 二、分子间力和氢键 1. 分子的极性和变形性 双原子分子的极性取决于键的极性，有极性键的分子一定是极性分子，极性分子一定含有极性键 ± H2 － ＋ HCl 分子的极性 多原子分子的极性取决于键的极性和分子的几何构型 + + _ _ + _ H H O H2O + _ + _ + _ O O C CO2 分子的变形性 极性分子和非极性分子在电场作用下，分子会发生形变 非极性分子在电场作用下，电子云与核发生相对位移，分子变形，并出现偶极，这种偶极称为诱导偶极;这一变化过程叫分子极化; + _ + _ + _ 极化率 μ＝α· E 分子变形性大小可用α来衡量，E一定时，α越大，分子变形性越大 2. 分子间力的类型 色散力 分子之间由于瞬时偶极而产生的作用力,存在于任何分子间，也包括非极性分子之间 诱导力 分子诱导偶极与固有偶极之间的作用力，存在于极性分子与非极性分子之间 + _ 取向力 由于固有偶极的取向而产生的作用力，只存在于极性分子之间 分子间力的特点 是一种电性作用力 作用距离短,作用范围仅为几百皮米(pm)； 作用能小，一般为几到几十千焦每摩尔，比键能小1~2个数量级； 无