【注册结构工程师和结构工程师的区别】结构工程师:结构工程师普通化学考试大纲(二)

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3.1.2化学键和分子结构

1．化学键

化学键：分子或晶体中相邻的原子（离子）之间的强烈的相互作用。化学键一般分为金属键、离子键和共价键。

(1)    金属键：金属原子外层价电子游离成为自由电子后，靠自由电子的运动将金属离子或原子联系在一起的作用，称为金属键。

金属键的本质：金属离子与自由电子之间的库仑引力

(2)    离子键：电负性很小的金属原子和电负性很大的非金属离原子相互靠近时，金属原子失电子形成正离子，非金属离原子得到原子形成负离子，由正、负离子靠静电引力形成的化学键。

离子键的特征：

1）没有方向性

2） 没有饱和性

 离子的外层电子构型大致有：

8电子构型——ns2np6,如na+, al3+, sc3+,ti4+等；

18电子构型——ns2np6nd10；，如ga3+、sn4+、sb5+、ag+, zn2+等；

9－17电子构型——ns2np6nd1－9,如fe3+, mn2+, ni2+、cu2+，au3+等；

18 + 2 电子构型——(n-1)s2p6d10 ns2，，如pb2+, bi3+等；

2电子构型——1s2，如li+, be2+。

（3）共价键：分子内原子间通过共用电子对(电子云重叠)所形成的化学键。

可用价键理论来说明共价键的形成:

1)价键理论：价键理论认为典型的共价键是在非金属单质或电负性相差不大的原子之间通过电子的相互配对而形成。原子中一个未成对电子只能和另一个原子中自旋相反的一个电子配对成键，且成键时原子轨道要对称性匹配,并实现最大程度的重叠。

共价键的特性：

1）共价键具有饱和性：共价键的数目取决于成键原子所拥有的未成对电子的数目。

2）共价键具有方向性：对称性匹配；最大重叠。

2)根据重叠的方式不同,共价键分为：

σ键：原子轨道沿两核连线，以“头碰头”方式重叠,例如:

       h2: h-h,s-sσ键,      hcl: h-cl, s-pxσ键,   cl2: cl-cl, px-pxσ键         

键：原子沿两核连线以“ 肩并肩”方式进行重叠。

  例如: 单键 ：σ          cl2:       px-pxσ键.

        双键 ：σ+л      -c=c- :    px-pxσ键, py-pyл键.

三键：σ+л+л   n2 中n≡n:  px-pxσ键, py-pyл键; pz-pzл键.

 

图3－2

 

 

2.分子的极性与电偶极矩

极性分子和非极性分子用电偶极矩µ来区别。

（1）电偶极矩µ: μ = q·ι

q：正负电荷中心所带电量；ι：正负电荷中心之间的距离。

（2）极性分子：正负电荷中心不重合的分子.其电偶极矩大于零,即µ >0 

如：h2o,hx,so2,h2s,hcn等其µ >0，为极性分子。

（3）非极性分子：正负电荷中心重合的分子. 其电偶极矩等于零,即µ=0。

如：ch4、 ccl4、co2、cs2、n2、h2 等µ=0，为非极性分子。

（4）分子极性与键的极性的关系

1)对于双原子分子：分子的极性与键的极性一致,即键是极性的,其分子也是极性的,且键的极性越大,分子的极性越强,如极性hf﹥hcl﹥hbr﹥hi;若键是非极性的,其分子也是非极性的,如. n2、h2、o2等.

2)对于多原子分子：分子的极性与键的极性不一定一致,分子的极性不仅取决于键的极性,而且与分子的空间构型有关.结构对称的分子,键的极性可相互抵消,分子为非极性分子。

如：ch4、 ccl4、co2、cs2等分子，由于分子空间结构对称，其分子为非极性分子。

3．分子空间构型和杂化轨道理论

（1）杂化轨道理论要点:

1)原子在形成分子时,能级相近的原子轨道可相互混杂即杂化,杂化后的轨道称为杂化轨道;

2)有几个轨道参加杂化,便形成几个杂化轨道即杂化轨道数目等于参加杂化的轨道数目；

3) 杂化轨道比未杂化的轨道成键能力更强,形成的分子更稳定。

杂化轨道理论可用来解释分子的空间构型。

                         

（2）杂化轨道类型

杂化轨道类型

sp杂化

sp2杂化

（等性）sp3杂化

（不等性）sp3杂化

参加杂化的轨道

一个s + 一个p

一个s+两个p

一个s+三个p

一个s+三个p

空间构型

直线型

平面正三角形

正四面体

三角锥型

v字型

实例

becl2,hgcl2,zncl2

co2，cs2，c2h2

bcl3,bf3

（b，al ， ga等

iii a元素的卤化物）

c2h4

 

ch4,

sih4,

ccl4,

sicl4

nh3

nf3

ph3,

pcl3

ash3

sbh3

 

h2o

h2s

of2

分子的极性

非极性

非极性

非极性

极性

极性

等性杂化：各个杂化轨道所含成分完全相同。

不等性杂化：各个杂化轨道所含成分不完全相同。

 

4．分子间力与氢键

（1）分子间力：分子与分子之间的作用力。

分子间力的类型：

1）色散力：瞬时偶极和瞬时偶极之间产生的吸引力。

瞬时偶极：由于分子在某瞬间正负电荷中心不重合所产生的一种偶极。

色散力普遍存在于一切分子之间。

2）诱导力：由固有偶极和诱导偶极之间所产生的吸引力。

诱导偶极：由于分子受外界电场包括极性分子固有偶极场的影响所产生的一种偶极。

3）.

取向力：由固有偶极之间所产生的吸引力。

分子间力是色散力、诱导力和取向力的总称,即分子间力=色散力＋诱导力＋取向力

非极性分子与非极性分子间之间：只有色散力；

 

 

非极性分子与极性分子之间：具有色散力和诱导力.

 

；

极性分子与极性分子之间：具有色散力、诱导力和取向力。

分子间力也叫范德华力。其中色散力最普遍，也最重要。同类型分子中，色散力与摩尔质量成正比，故可近似认为分子间力与摩尔质量成正比。

例如,分子间力： i2﹥br2 ﹥cl2﹥f2

分子间力比一般化学键弱得多，没有方向性和饱和性。

（2）氢键

1)氢键:氢原子除能和电负性较大,半径较小的x原子（如：f、o、n）形成强的极性共价键外，还能吸引另一个电负性较大,半径较小的y原子（如：f、o、n）中的孤电子云对形成氢键。

           x—h……y,         x、y—电负性较大的原子如(f、o、n)

2)氢键和分子间力的强度、数量级相同，也具有方向性和饱和性。

3)分子中有f－h键、o－h键或n－h键的分子能形成氢键。如：

 hf、h2o、nh3、无机含氧酸(hno3、h2so4、h3bo3等) 、有机羧酸（－cooh）、醇(－oh)、胺(nh2)、蛋白质等分子之间都存在氢键。而乙醛（ch3 cho）和丙酮（ch3－co－ch3）等醛、酮及醚等分子之间则不能形成氢键,但与水分子之间可形成氢键.

（3）分子间力对物质性质的影响

1)物质的熔点和沸点：同类型的单质和化合物，其熔点和沸点一般随摩尔质量的增加而增大。因为分子间的色散力随摩而质量的增加而增大。因氢键的形成能加强分子间的作用力，因此含有氢键的物质比不含氢键的物质熔点和沸点要高。例如，   　

　　hf、    hcl、   hbr、    hi

沸点（。ｃ）：　２０、  －85　、－57、    －36

因hf分子间存在氢键，其熔点和沸点比同类型的氢化物要高，出现反常现象。同理h2o、nh3在同族氢化物中，沸点也出现反常现象。

2)物质的溶解性：（极性）“相似者相溶” 即极性溶质易溶于极性溶剂；非极性（或弱极性）溶质易溶于非极性（或弱极性）溶剂。溶质和溶剂的极性越相近，越易互溶。例如，碘易溶于苯或四氯化碳，而难溶于水。

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