分子结构

无机化学，涵盖了价层电子对互斥理论、化学键参数、离子键、Lewis 理论、价键理论、分子轨道理论、金属键理论、分子间作用力和氢键杂化轨道理论等详细知识点。

分子结构

• 化学键参数
  • 键能
    • 对双原子分子来说，键能就是键的解离能， 而对多原子分子来说，键能和键的解离能是不同的
    • 在双原子分子中，于 100KPa 下，使气态分子断裂成气态原子所需要的能量叫做 键解离能。 即在多原子分子中断裂气态分子中的某一个键，形成两个“碎片”时所需的能量叫做分子中这个键的解离能
    • 同一种键在不同分子中，键能大小可能不同
    • 键能一般随原子半径增大而减小三键＞双键＞单键
  • 键长
    • 分子中两个原子核的平衡距离称为键长
    • 单键，双键，三键的键长依次缩短，键能依次增大
  • 键角
    • 测定键角最主要的手段是 通过 X 射线衍射测定单晶体的结构，同时给出形成单晶体的分的简称和键角数
  • 偶极矩
    • 物理意义：衡量化学键极性大小的物理量
    • 偶极子：把带相等电量、电性相反（+q和-q）、彼此相距为d的两个点电荷构成的系统称为偶极子
    • 偶极矩：μ=dq
• 离子键
  • 离子键的形成
    • 电负性相差较大（＞1.7），活泼金属和非金属
  • 离子键的特点
    • 本质：点电荷之间的静电引力
    • 离子键没有方向性
    • 离子键没有饱和性
    • 离子键的强度用晶格能表示，晶格能越大，离子键强度越高，晶体稳定性越高，熔、沸点越高，硬度越大
      • 晶格能：在标准状态下，拆开单位物质的量的离子晶体使其变为气态离子所需吸收的能量
• Lewis 理论
  • 1、分子或晶体中相邻原子（或离子）之间的强烈吸引作用称为化学键。 2、电负性相同或差值较小的非金属元素形成的化学键称为共价键，两个原子之间必须共用电子对，即电子配对才能 形成化学键，这是 Lewis 理论的核心，简称为电子配对理论。 3、在分子中，每个原子均应具有稳定的稀有气体原子的 8 电子外层电子构型（He 除外），习惯上称为“八隅体规则”。 并不是所有分子中的原子都符合“八隅体规则”。 4、通常用短线表示共用电子对并将成键的元素符号连接起来，并在元素符号周围用小黑点表示未成键价电子，这种 描述分子结构的式子称为 Lewis 结构式。如果原子间共用两对电子或三对电子，可分别用两条短线“﹦”或三条 短线“≡”表示。 5、Lewis 结构式并不代表分子形状，而仅仅代表成键方式和键的数目。
• 价键理论
  • 共价键的本质：共价键是原子间由于成键原子的原子轨道重叠而形成的化学键 共价键的本质与和电性相关，其结合力是两个原子核对共用电子对形成的负电区域的吸引力，而不是阴阳离子间的静电引力 共价键的本质是由于原子轨道重叠，原子核间电子的概率密度增大，吸引原子核而成键
  • 现代价键理论的要点
    • ⑴原子中自旋方式相反的未成对电子相互接近时，可相互配对形成稳定的化学键。一个原子有几个未成对电子，便可与几个自旋相反的未成对电子配对成键。 ⑵形成共价键时，成键电子的原子轨道必须在对称性一致的前提下发生重叠，原子轨道重叠程度越大，两核间电子的概率密度就越大，形成的共价键就越稳定。
  • 共价键的特点
    • ⑴共价键具有饱和性 在以共价键结合的分子中，每个原子成键的总数或与其以共价键相连的原子数目是一定的，这就是共价键的饱和性。 ⑵共价键具有方向性 除 s 轨道外，p,d,f 轨道在空间都有一定的伸展方向，成键时只有沿着一定的方向取向，才能满足最大重叠原则，这就是共价键的方向性。
  • 共价键的键型
• 杂化轨道理论
  • 杂化是指在形成分子的过程中，若干不同类型能量相近的原子轨道重新组合成一组新的原子轨道，这种轨道重新组合的过程称为杂化， 所形成的新轨道称为杂化轨道。
  • 杂化轨道类型
    • ⑴ sp 型杂化——sp³(sp³杂化轨道间夹角为109.5°,空间构型为四面体)、sp²(sp²杂化轨道间夹角为120°,空间构型为平面三角形)、 sp(sp杂化轨道间夹角为 180°，空间构型为直线型)
    • ⑵spd 型杂化——sp³d(在空间排列成三角双锥构型，杂化轨道间夹角为 90°和 120°)、sp³d²(在空间排列成正八面体结构，杂化轨道间夹角为 90°和 180°)
    • ⑶不等性杂化——上述 sp 型和 spd 型杂化，杂化过程中形成的是一组能量简并的轨道，参与杂化的各原子轨道如 s,p,d 等成分相等，这种杂化属于等性杂化。有些分子杂化情况不同，参与杂化的原子轨道不仅含有未成对电子的原子轨道，也包含电子已耦合成对的原子轨道或者没有电子的空原子轨道。也就是说，杂化过程中参与杂化的各原子轨道 s,p,d的成分并不相等，所形成的杂化轨道是一组能量彼此不相等的轨道，这种杂化称为不等性杂化。
  • 杂化轨道理论要点
    • ①成键时，原子中能量相近的原子轨道可以互相混合，重新组成新的原子轨道（杂化轨道） ②形成杂化轨道的数目遵循轨道守恒原则，即形成的杂化轨道数目等于参加杂化的原子轨道数目 ③杂化轨道比未杂化的轨道在空间的分布更合理，成键能力更强，形成的化学键键能更大，使生成的分子更稳定。杂化轨道的成键能力比没有杂化的原子轨道强，并且d、p轨道成分更多，成键能力越强 ④杂化方式决定着杂化轨道的空间分布，从而决定了分子的空间构型
• 分子间作用力和氢键
  • 分子的极性
    • 极性分子—①两种电荷的正负电中心不重合②偶极矩μ≠0
    • 非极性分子—①两种电荷的正负电中心重合②偶极矩μ=0
  • 分子的变形性
  • 分子间作用力（范德华力）
    • 取向力
    • 诱导力
    • 色散力
  • 氢键
    • 氢键的形成
    • 氢键形成的条件
      • 分子中必须有一个含孤对电子、带有较多负电荷、电负性大、半径小的X（F，O，N）原子，同时，必须有一个与X形成强极性键的H原子
    • 氢键的特点
      • 方向性、饱和性
      • 本质是一种电性引力
    • 氢键的类型
      • 分子间
      • 分子内
    • 氢键对物质性质的影响
• 金属键理论
  • 自由电子理论：认为金属原子电负性、电离能较小，价电子容易脱落
  • 金属键的能带理论——解释导体、半导体、绝缘体的区别
• 分子轨道理论
  • 分子轨道理论基本要点——①分子轨道由原子轨道线性组合而成，有几条原子轨道参加，就可以形成几条分子轨道，其中一半为成键轨道（低能态轨道），一半为反键轨道（高能态轨道）。②原子轨道组合成分子轨道后，分子中电子不在从属于某一原子，而在整个分子范围内运动。分子轨道中电子运动的状态用分子轨道波函数来描述。 ③根据线性组合方式的不同，分子轨道可分为π轨道和σ轨道。 ④原子轨道有能量高低，分子轨道同样也有能量的高低顺序，分子轨道中的电子排布，也遵循能量最低原理、泡利原理、洪特规则。分子轨道的电子总数等与各原子轨道的电子数之和
  • 分子轨道的形成——①对称性匹配（成键轨道-当两个原子轨道以同号部分相重叠时，对称性相同，体系能量降低，组成成键分子轨道 ；反键轨道-当两个原子轨道以异号部分相重叠时，对称性不同，体系能量升高，组成成键反键轨道） ②能量近似 ③最大重叠
  • 同核双原子分子的分子轨道能级
    • 第二周期同核双原子分子轨道能级图有两种情况。 图 9-23（a）适用于O2和F2分子，图 9-23（b）适合N及N以前的元素组成的双原子分子
  • 分子轨道理论的应用
    • 在分子轨道理论中，分子中全部电子属于分子所有，电子进入成键分子轨道是系统能量降低，对成键有贡献，电子进入反键分子轨道使系统能量升高，对成键起削弱或抵消作用。总之，成键分子轨道中电子多，分子稳定，反键分子轨道中电子多，分子不稳定。分子的稳定性通过键级来描述，键级越大，分子越稳定。分子轨道理论把分子中成键电子数与反键电子数差值的一半定义为键级，即键级= ﹝成键轨道中电子数－反键轨道中电子数﹞。
    • 电子轨道排布式又称电子构型
• 价层电子对互斥理论
  • 价层电子对互斥理论要点
  • 分子几何构型预测