《分子结构》课件

分子结构探讨分子的构造、相互作用以及化学反应中的重要性了解分子的结构有助于我们更好地理解生物和化学过程分子结构的定义原子和分子分子的结构分子的多样性分子是由两个或多个相互作用的原子分子结构包括原子的排列方式、化学不同类型的分子具有各种各样的结构组成的基本单位原子是构成分子的键的类型、以及其在三维空间中的几形式,从简单线性到复杂立体结构都有最小单位何构型分子的组成原子的构成元素种类12分子由一种或多种原子组成,原子包含质子、中子和电子目前已知的元素有118种,这些元素构成了地球上所有的物质分子式表示分子结构复杂性34分子式用元素符号和数字来表示分子中各种原子的种类复杂分子可由数百个原子以特定的空间排列方式组成和数量原子的概念原子的定义原子的特性原子结构示意图原子在自然界的地位原子是物质的基本组成单原子有质量、体积和电荷,原子是宇宙中一切物质的位,是最小的化学单元它可以根据这些特性区分不基本组成单位,了解原子结由质子、中子和电子组成,同原子原子有各种同位构和性质对认识自然界至具有电中性素,具有不同质量但化学性关重要质相同原子结构原子是组成物质的基本单位,由核和电子构成核由质子和中子组成,负责提供原子的质量电子环绕核心旋转,负责决定原子的化学性质电子分布在不同的轨道层级,代表了原子内部的能量状态了解原子结构有助于认识物质的特性和行为原子的基本性质原子量原子电荷原子量是一种相对单位，表原子核上含有正电荷的质子示原子的相对质量不同元和中性的中子电子带有负素的原子量各不相同电荷，与原子核之间形成电中性原子结构原子电子排布原子由原子核和围绕核外运电子按照特定规律围绕原子转的电子构成原子核的质核排列,形成电子云,这种排布子数决定了元素的种类方式决定了原子的性质元素周期表的概念元素分类元素特性化学键合电子结构元素周期表按元素的化学性周期表按元素的原子结构和元素在周期表中的位置决定元素的电子配置反映在周期质将元素分类,分为金属、原子质量排列,反映了元素了它们形成化学键的方式和表中,决定了元素的化学性非金属和半金属的原子结构和化学性质强度质原子键合的类型共价键离子键12通过共享电子对形成稳定由于电子的转移而形成正的共价键，常见于非金属负电荷的离子键，通常存元素之间在于金属和非金属之间金属键氢键34金属元素之间的键合由自由于偶极力导致的相对弱由移动的价电子组成，形的键合形式,在生物大分子成导电性强的金属键中扮演重要角色共价键的形成原子间相互吸引力原子之间存在着电荷吸引力,当两个原子接近时会形成共价键电子对共享为达到稳定的电子配置,原子会共享电子对来形成共价键键长与键能共价键的长度和强度取决于参与成键原子的种类键长短、键能强的共价键更稳定极性共价键当两个成键原子的电负性差异较大时,会形成极性共价键离子键的形成原子失去或获得电子1当原子与其他原子发生化学反应时,可能会失去或获得电子,形成正离子或负离子离子间的静电吸引力2正离子和负离子之间存在强烈的静电吸引力,这就是离子键的形成基础离子结晶的形成3大量正离子和负离子在静电吸引力的作用下结合在一起,形成离子晶体结构金属键的形成金属原子结构1金属原子拥有可以自由移动的价电子金属原子间相互作用2金属原子相互吸引形成金属键金属键的特性3金属键具有较高的电导率和热导率金属键是指金属原子间由价电子自由移动所形成的键合金属原子的价电子可以在整个金属晶格中自由移动,产生了金属的高导电性和高热导性金属键的形成使金属具备良好的延展性和可塑性,在工业生产中广泛应用分子间作用力氢键一种特殊的静电相互作用,发生在氢原子和其他电负性较大的元素之间范德华力分子间的一种弱相互作用,包括偶极-偶极、偶极-诱导偶极和色散力偶极偶极作用-发生在带有永久偶极矩的分子之间,是静电相互作用的一种形式极性分子和非极性分子极性分子非极性分子极性分子是由不同电负性的非极性分子是由相同或相似原子组成的分子在这类分电负性的原子组成的分子子中,存在部分正电荷和部分这类分子中,各原子之间的电负电荷,表现出整体的电偶极荷分布均匀,不存在明显的电矩经典例子包括水分子和偶极矩常见例子有氧气分氨分子子和甲烷分子极性非极性vs.极性分子具有更强的化学反应性,易发生氢键等作用非极性分子通常只有弱的范德瓦尔斯力作用,更稳定惰性这些性质决定了两类分子在化学中的不同用途分子的空间结构分子不仅有固定的化学结构,还会根据原子之间键的排列而呈现出独特的三维空间结构分子的空间结构由原子间的键角和键长决定,影响着分子的形状、极性和反应性等性质立体结构有多种类型,如线型、平面型、四面体型等,是理解分子行为的关键掌握分子空间构型有助于预测反应过程和产物的性质,在化学实验中应用广泛分子的性质与结构的关系分子结构决定分子性质分子性质反映分子结构结构与性质的关系分子的结构,包括化学键类通过测定分子的性质,如红分子的性质与结构存在密型、分子形状、极性等,直外吸收光谱、溶解度、反切的对应关系,是化学研究接影响着分子的物理和化应性等,可以推断出分子的的基础合理的分子结构学性质,如熔点、沸点、反结构特征设计可以预测和调控分子应活性等的性质影响分子结构的因素原子性质原子间相互作用分子量分子结构受到组成原子的性质影响,如原子间的成键方式及方向,如共价键、分子量的大小也会影响分子的空间构原子半径、电负性、氧化态等因素会离子键、氢键等,会决定分子的空间构型和稳定性,较大分子倾向于采取较复决定分子的结构型杂的构型化学键的形成过程原子碰撞1原子在相互接近时发生碰撞电子共享2原子的外层电子开始相互作用并形成化学键能量释放3形成化学键后释放出能量使体系趋于稳定化学键的形成是一个复杂的过程,首先需要原子间发生碰撞接近,然后通过外层电子的共享和重新排布来达到能量最小化的稳定状态这个过程会释放出一定的能量,使整个体系趋于更加稳定的分子结构分子轨道理论量子力学基础轨道相互作用分子轨道理论建立在量子力相邻原子的原子轨道相互作学的基础之上,描述电子在分用会形成新的分子轨道,分子子中的运动状态内电子分布于这些分子轨道中能量水平划分成键与反键分子轨道的能量水平呈现连成键轨道和反键轨道的电子续的能量带,电子根据能量原分布决定了分子的稳定性和理填充轨道构型杂化轨道理论混合轨道理论的提出混合轨道的类型1220世纪初,美国化学家林纳根据原子中电子排布的不斯·保林Linus Pauling提同,可以形成sp、sp²和sp³出了分子混合轨道理论,以等不同类型的混合轨道解释共价键的形成混合轨道的特点混合轨道与分子结构34混合轨道具有更强的结合不同类型的混合轨道决定能和更高的电子云密度,有了分子的几何构型,如线型助于形成稳定的共价键、三角平面型和四面体型等配位化合物的结构配位化合物是由中心原子与周围配位原子或配位基构成的化合物它们的结构取决于中心原子的配位数、配位几何以及配位基的空间排布常见的配位几何有四面体、平面四边形、正八面体等配位键的形成使得配位化合物具有独特的性质和应用生物大分子的结构生物大分子包括核酸、蛋白质、多糖和脂质等,它们都有独特的三维空间结构,决定了其功能和性质生物大分子的结构复杂多样,从简单的单体到高度组织的超级分子,都体现了生命的奥秘生物大分子的结构由化学键、氢键、疏水作用等相互作用决定,具有动态性和可塑性,能够根据环境变化而自组装和自调节对生物大分子结构的深入研究,有助于我们更好地理解生命的奥秘分子的结构DNADNA脱氧核糖核酸是一种高分子化合物,由两条互补的链状分子组成,形成双螺旋结构DNA分子由核糖、磷酸基团和四种类型的碱基腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤和胞嘧啶组成碱基成对排列,腺嘌呤与胸腺嘧啶配对,鸟嘌呤与胞嘧啶配对,这种碱基互补配对使得DNA分子能够保持稳定的双螺旋结构蛋白质的结构氨基酸序列二级结构三级结构蛋白质由多个氨基酸按一定顺序相连蛋白质的二级结构包括α-螺旋和β-折蛋白质的三级结构是由二级结构进一而成的肽链组成其特定的一维氨基叠,由氢键稳定维持这些二级结构进步折叠而成的复杂而独特的三维构型,酸顺序决定了蛋白质的三维空间结构一步折叠形成三维的三级结构决定了蛋白质的功能多糖的结构多糖是由许多单糖通过共价键连接而成的大分子其中最常见的有纤维素、淀粉和glycogen等多糖分子具有复杂的三维空间结构,结构决定了其独特的物理化学性质多糖分子链可以是线性的,也可以是带有分支的分子内和分子间的氢键作用以及其他相互作用,决定了多糖的空间构象多糖广泛应用于食品、医疗等领域,结构特性是其重要功能的基础脂质的结构脂质是一类重要的生物大分子它们由碳、氢和少量氧原子组成，具有非极性的亲脂性质脂质可以形成双层膜结构,是细胞膜的主要组成成分脂质的主要种类包括甘油脂、磷脂和类固醇等它们在细胞中执行能量储存、细胞膜形成、细胞间信号传递等重要功能了解脂质的分子结构有助于理解其生物学特性分子结构的表征方法光学显微镜光衍射质谱分析核磁共振X使用光学显微镜可以观察到利用X光衍射可以确定分子质谱分析可以确定分子的相利用核磁共振可以获取分子分子的基本结构和形态它晶体结构,从而推断分子的对分子质量和组成元素,从内各种化学环境下原子核的是最基本的分子结构表征手三维结构这是一种强有力而推测分子的化学结构是信息,从而推断分子的空间段之一的分子结构表征手段常用的分子结构表征方法结构是一种重要的分子表征手段分子结构与性质的关系总结分子结构与功能结构性质关系结构优化与性能分子工程应用-分子结构的精细设计决定通过研究分子的结构特征,精心设计和调整分子结构分子结构-性质关系的深入了其独特的化学和物理性如键长、键角、官能团分是开发新材料、新药物等理解支撑了分子工程在能质,如极性、溶解度、反应布等,可以预测和解释其相的关键,可以获得所需的优源、材料、生物等领域的活性等,从而决定了分子在应的化学、物理性质异性能广泛应用各种应用中的功能分子结构在化学中的应用科学研究药物设计工业应用分子结构的深入理解是化学研究的基对生物大分子如蛋白质和DNA的结构分子结构信息有助于优化工业生产过础它帮助科学家设计新的分子和材研究,能指导新药物的开发,提高药物的程,提高产品质量和生产效率,降低能耗料,预测它们的性质和行为疗效和安全性和排放本课程的总结与展望课程总结未来展望知识迁移总结了分子结构的基本概念、各类化讨论了分子结构研究在化学、生物、强调将所学知识灵活运用于实际问题学键的形成机制、分子空间结构及其材料科学等领域的前沿发展方向和应解决的重要性,培养学生的创新思维和与性质的关系等重要内容用前景解决问题的能力复习与巩固回顾关键概念掌握化学键类型12复习分子结构的定义、组梳理共价键、离子键和金成成分以及原子的基本性属键的形成过程及特点质理解分子结构与性质应用分子结构知识34探讨分子的空间结构、极分析分子结构在化学中的性和非极性以及相关的化实际应用,巩固所学知识学性质。