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分子的空间构型和极性、范德华力和氢键


实验室k / 2019-04-30

分子的空间构型和极性

       实验证明:有限共价分子都有一定的空间构型,即有一定的几何形状。通常用轨道杂化理论和价层电子对互斥理论加以说明。

       (1)轨道杂化是指成键的同一原子中,价层能量相近的原子轨道重新组合,成为一组能量相同的新轨道,如s和p轨道经杂化可成sp、sp2、sp3等类型杂化轨道;s、p和d轨道也可杂化成一些更复杂类型的杂化轨道。由于孤电子对的存在而形成不完全等同的杂化轨道,这个过程叫不等性杂化。轨道杂化后,不仅能量重新分配,而且电子云在空间重新取向,有利于成键能力的增强。由于杂化轨道间均成一定角度,因此形成的分子具有一定的空间构型。

       (2)价层电子对互斥(VSEPR)理论是把ABn型分子中,中心原子A的周围配置的原子或原子团的几何构型,主要决定于中心原子价电子层中电子对(包括成键电子对和未成键的孤电子对)的互相排斥作用,分子的几何构型总是采取电子对相互排斥最小的那种结构。

       杂化轨道理论成功地解释了分子或原子团的几何构型,从理论上阐明了原子为什么要采用杂化轨道成键。然而,它只能解释实验的结论。同时,在进一步讨论物质的某些性质时,由于价键理论本身的局限,使杂化轨道理论对此难以说明。

       价层电子对互斥理论能判断以主族元素为中心的简单分子或原子团(特别是ABn型的分子或离子)的几何构型,但它不能说明原子结合时的成键原理及键的强度(稳定性)等。

       (3)典型离子键和非极性共价键,是极性共价键的两种极端情况。根据键的离子性(或共价性)百分数的概念,离子键和共价键之间就不存在严格界线。

       分子有无极性主要看分子中正负电荷“重心”是否重合,可用偶极矩(μ)来衡量,也可从键的极性和分子的空间构型来作定性判断。

       分子的极性、键的极性以及分子空间构型的关系:

       双原子分子:原子相同——非极性键,非极性分子(△X=0);原子不同——极性键,极性分子(△X≠0)。

       多原子(不同原子)分子,看空间构型是否“对称”(即不同方向上键的极性是否抵消)。

       如果“不对称”,由于键有极性,分子亦有极性(μ≠0);如果“对称”,尽管键有极性,分子则无极性(μ=0)。

范德华力和氢键

       分子型物质中,在分子之间存在着作用力,这叫分子间力(或范德华力),分子间力可分为:

       (1)取向力    异性偶极间的吸引力。极性分子间有这种力。

       (2)诱导力    固有偶极与诱导偶极间的吸引力。极性分子间、极性分子与非极性分子间均有这种作用力。

       (3)色散力    瞬时偶极间的吸引力。极性分子、非极性分子以及离子、原子间均普遍存在这种作用力。

       一般分子间力非常微弱,故分子型物质有很低的熔点和沸点。

       氢键是存在于某些含氢化合物分子间或其内部的一种特殊的作用力。当与H结合的是电负性大、半径又小(如F、O、N等元素)的原子时,使H产生强的正电场,从而吸引带负电场的另一原子(通常是在另一分子中),构成分子间的氢键。氢键键能比化学键弱得多,但比分子间力强,对物质的性质也有较大的影响。

 


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