医用化学共价键与分子间力

这是一个关于医用化学共价键与分子间力的思维导图，包括：现代价键理论、杂化轨道理论、价层电子对互斥理论、分子轨道理论、分子间作用力。

医用化学共价键与分子间力

• 现代价键理论
  • 分子中原子间通过共用电子对集合而成的化学键称为共价键
  • 氢分子的形成
    • 电子自旋方向相反的两个氢原子，轨道才能重叠成键，为氢分子的基态。
    • 电子自旋方向相同时，核间电子的概率密度几乎为零，称为互斥态。
  • 现代共价键理论的要点
    • 共价键形成条件
      • 1⃣️键合双方必须具备自旋方向相反的单电子
      • 2⃣️键合双方原子轨道应尽可能重叠
    • 共价键特点
      • 饱和性：原子中的单电子配对形成共价键后，就不能在于其他原子中的单电子配对
      • 方向性：原子轨道最大重叠原理
  • 共价键类型
    • 电子对来源
      • 正常共价键：成键双方各提供一个电子形成共价键
      • 配位共价键：
        • 由成键两原子中的一个原子单独提供电子对进入另一个原子的空轨道公用而成键，这种共价键称为配位共价键，简称配位键。
        • 配位键用“→”表示，箭头从提供电子对的原子指向接受电子对的原子
        • 形成配位键具备的条件：
          • 一个成键原子的价电子层有孤对电子
          • 另一个成键原子的价电子层有空轨道
    • 按成键重叠方式
      • σ键：原子轨道沿轴以“头碰头”方式进行重叠，重叠部分沿键轴显圆柱形对称分布
      • π键：相互平行的轨道以“肩并肩“的方式进行重叠，重叠部分垂直于键轴并显镜面反对称
  • 共价键参数
    • 1⃣️键能（E）：气体分子每断开1mol某键时的焓变。一般键能越大，化学键越牢固
      • 对于双原子分析，键能就等于分子的解离能
      • 对于多原子分子，键能和解离能不同
    • 2⃣️键长：分子中两成键原子的核间平衡距离。键长越短，键能越大，化学键越牢固
    • 3⃣️键角：分子中同一原子形成的两个共价键之间的夹角。一般而言，根据分子中的键角和键长可确定分子的空间构型
    • 4⃣️键的极性：
      • 非极性共价键：同种原子之间，共用电子对与均匀对称地分布在两原子核之间，正、负电荷重心重合
      • 极性共价键：不同种原子之间，共用电子对偏向电负性较大的原子，从而带部分单位的负电荷，而电负性较小的原子带部分单位的正电荷
• 杂化轨道理论
  • 要点
    • 只有在形成分子的过程中，能量相近的原子轨道才能进行杂化，孤立的原子不可能发生杂化，常见杂化方式的有ns-np杂化、ns-np-nd杂化和(n-1)d-ns-np杂化；
    • 杂化所形成的杂化轨道的数目等于参加杂化的原子轨道的数目；
    • 杂化轨道的成键能力比未杂化的原子轨道的成键能力强，形成的化学键的键能大。这是由于杂化后轨道的形状发生了变化，电子云分布集中在某一方向上，成键时轨道重叠程度增大，成键能力增强。
    • 杂化轨道之间力图在空间取最大夹角分布分子的空间构型取决于中心原子的杂化类型
  • 类型
    • 等性杂化
      • sp杂化
      • sp²杂化
      • sp³杂化
    • 不等性杂化：杂化后得到的杂化能量不完全相同
      • NH₃的杂化
      • H₂O的杂化
• 价层电子对互斥理论
  • 基本要点
    • 只有在形成分子的过程中，能量相近的原子轨道才能进行杂化，孤立的原子不可能发生杂化，常见杂化方式的有ns-np杂化、ns-np-nd杂化和(n-1)d-ns-np杂化；
    • 杂化所形成的杂化轨道的数目等于参加杂化的原子轨道的数目；
    • 杂化轨道的成键能力比未杂化的原子轨道的成键能力强，形成的化学键的键能大。这是由于杂化后轨道的形状发生了变化，电子云分布集中在某一方向上，成键时轨道重叠程度增大，成键能力增强。
    • 杂化轨道之间力图在空间取最大夹角分布分子的空间构型取决于中心原子的杂化类型
  • 分子或离子的空间构型取决于中心原子的价层电子对间的排斥作用。
  • 中心原子的价层电子对是指σ键电子对和未参与成键的孤对电子
  • 这些电子对在中心原子周围按尽可能运离的位置排布，以使彼此间的排斥力最小。
  • 静电斥力最小的价层电子对排布方式
  • 价层电子对之间的斥力与价层电子对的类型有关，价层电子对之间静电斥力大小顺序： 孤对电子-孤对电子>孤对电子-成键电子 对>成键电子对-成键电子对
  • 分子结构的确定方法
    • 确定中心原子的价层电子对数 价层电子对数=（中心原子的价电子数+配位原子提供的电子数）/2
      • 中心原子的价电子数=主族族数
      • 作为配体，卤素原子和氢原子提供1个 电子，氧族元素不提供电子。
      • 对于复杂离子，应加上负离子的电荷数或减去正离子的电荷数。
      • 计算电子对时，若剩余1个电子，也当作1对电子处理
    • 判断分子的空间构型
      • 若中心原子的价电子对全部是成键电 子对，则分子或离子的空间构型与中心原子的价层电子对的排布方式相同；
      • 若价层电子对中有孤对电子，应根据成键电子对、孤对电子之间的静电斥力的大小，选择静电斥力最小的结构，即为分子或离子的空间构型。
• 分子轨道理论
  • 基本要点
    • 分子中，电子的运动遍及整个分子范围
    • 分子轨道由，能量相近的不同原子的，原子轨道线性组合而成
    • 为了有效的组合成分子轨道，参与组合的原子轨道必须满足以下三条原则：
      • 对称性匹配原则
      • 能量近似原则
      • 轨道最大重叠原则
    • 电子在分子轨道上的排布，遵循Pauli不相容原理、能量最低原理和Hund定则
    • 分子中共价键的强度用键级来度量 键级=（成键轨道的电子数-反键轨道的电子数）/2 一般来说，键级愈高，键能愈大，键愈稳定；键级为零，则表明原子不可能结合成分子
  • 分子轨道的形成
    • s原子轨道的组合
    • p原子轨道的组合
  • 同核双原子分子的轨道能级图
    • 同核双原子的分子轨道能量高低的决定因素
      • 原子轨道能量
      • 原子轨道重叠程度
• 分子间作用力
  • 分子的极性
    • 分子的正、负电荷中心不重合称为极性分子。
    • 分子的正、负电荷中心重合为非极性分子
    • 双原子分子的极性与化学键的极性一致
    • 多原子分子中，分子的极性不仅与化学键的极性有关，还与分子的空间构型有关
    • 分子极性的大小用电偶极矩量度
      • μ=q·d
      • 电偶极矩为0的分子是非极性分子，电偶极矩越大表示分子的极性越强
    • 分子极化：分子在电场作用下，产生偶极增大的现象称为分子极化
  • 分子间作用力
    • 诱导力
      • 发生在极性分子与非极性分子及极性分子之间
    • 取向力
      • 发生在极性分子之间
    • 色散力
      • 色散力取决于分子的极化，而分子愈大，愈易极化变形，色散力愈大
    • 对于大多数分子，色散力是主要的，具有极性大的分子，取向力才比较显著，诱导力通常都很小
  • 氢键
    • 定义 ： 产生在氢原子与电负性大的元素原子，的孤对电子之间的静电吸引
    • 氢键的方向性和饱和性
    • 氢键的分类
      • 分子间氢键
        • 一个分子的X-H键与另一个分子中的Y原子形成的氢键称为分子间氢键；
        • 形成分子间氢键时，分子之间的吸引力增大，化合物的熔、沸点升高。
        • 如果溶质分子与溶剂分子之间形成氢键，将使溶质与溶剂分子之间的结合力增强，导致溶质的溶解度增大。
      • 分子内氢键
        • 一个分子的X-H键与该分子内的Y原子形成的氢键称为分子内氢键。
        • 形成分子内氢键时，常会使化合物的熔、沸点降低。若溶质分子生成分子内氢键，则在极性溶剂中的溶解度减小，而在非极性溶剂中的溶解度增大。