【化学课件】分子与键的概念课件

分子与键的概念欢迎来到高中化学的核心课程分子与键的概念这是化学学习中的重要——基础知识，帮助我们理解物质的微观世界分子和化学键的知识不仅是理论基础，更是连接宏观现象与微观本质的桥梁什么是分子分子的基本定义分子的组成特点分子是能够独立存在并保持物分子由原子构成，原子数量可质化学性质的最小微粒单位以从两个到成千上万个不等它由两个或多个原子通过化学分子中的原子按照特定的方式键结合而成，是物质组成的基排列，形成稳定的三维结构本单元分子与物质性质分子的多样性水分子₂二氧化碳₂氨气₃H OCONH由两个氢原子和一个氧由一个碳原子和两个氧由一个氮原子和三个氢原子组成，呈弯曲的原子组成，呈直线型结原子组成，呈三角锥型V型结构水分子的极性构尽管含有极性键，结构氨分子具有极使其具有独特的物理化但分子整体呈非极性性，容易形成氢键学性质分子的基本特征电中性特征结构稳定性分子总体上呈电中性，即正电荷分子具有相对稳定的空间结构，总数等于负电荷总数这是因为原子间的化学键使分子在一定条分子中原子核的正电荷与电子的件下保持稳定这种稳定性是分负电荷相互平衡，使分子不带净子能够独立存在的基础电荷组成固定性特定分子的原子种类、数量和排列方式是固定的，这决定了物质具有确定的化学式和稳定的化学性质分子与原子的区别原子的特点分子的特点原子是构成物质的基本单位，由原子核和核外电子组成原子是分子是由原子通过化学键结合形成的微粒，是保持物质化学性质化学反应中的最小微粒，在化学反应中不可再分原子可以失去的最小单位分子可以由相同原子组成（如₂、₂），也可O N或得到电子形成离子，也可以与其他原子结合形成分子以由不同原子组成（如₂、₂）H OCO原子具有质量小、体积小但内部空间大的特点不同元素的原子分子具有完整的物质特性，能够独立存在并表现出该物质的化学具有不同的核电荷数和电子数，这决定了元素的化学性质性质分子在化学反应中可以被破坏，重新组合成新的分子什么是化学键化学键的定义化学键是原子间形成分子时产生的相互作用力，是使原子结合在一起形成稳定分子的内在驱动力化学键的作用化学键使原子能够克服相互排斥力，紧密结合形成稳定的分子结构，是分子存在的根本原因化学键的本质化学键的形成伴随着体系能量的降低，原子通过形成化学键达到更稳定的电子构型化学键的分类共价键通过电子对共享形成离子键非金属原子间主要成键方式通过电子转移形成金属键正负离子间的静电引力金属原子间的特殊作用自由电子与金属离子结合离子键简介电子转移金属原子失去电子变成正离子，非金属原子得到电子变成负离子离子形成钠原子失去一个电子形成⁺离子，氯原子得到一个电子形成Na⁻离子Cl静电引力正负离子之间产生强烈的静电引力，形成稳定的离子化合物NaCl共价键简介电子配对共享非金属原子通过共享电子对形成共价键原子提供未成对电子，形成共用电子对，使参与成键的原子都达到稳定的电子构型典型实例分析氢气分子₂中，两个氢原子各提供一个电子形成共用电子对氧H气分子₂中，两个氧原子共享两对电子形成双键甲烷分子O₄中，碳原子与四个氢原子形成四个共价键CH共价键特点共价键具有方向性和饱和性方向性决定了分子的空间构型，饱和性决定了原子能形成共价键的数量有限，这些特点共同决定了分子的三维结构金属键简介优异性能导电导热延展性自由电子电子自由移动金属原子核失去价电子形成正离子金属键是金属原子失去价电子形成金属阳离子，价电子在整个金属晶体中自由移动形成电子海洋，金属阳离子与自由电子之间的相互作用力构成金属键这种特殊的成键方式解释了金属的导电性、导热性、延展性和金属光泽等特有性质离子键的成键过程原子初始状态钠原子最外层有个电子，氯原子最外层有个电子17电子转移过程钠原子失去个电子，氯原子得到个电子11离子形成结果形成⁺和⁻离子，都达到稳定的八电子结构Na Cl钠原子的电子构型为，最外层只有个电子，容易失去形成⁺离子，电子构型变为氯原子的电子构型为Na2,8,11Na2,8Cl，最外层有个电子，容易得到个电子形成⁻离子，电子构型变为形成的⁺和⁻离子都具有稳定的电子构型，2,8,771Cl2,8,8Na Cl它们之间通过静电引力结合形成离子化合物氯化钠共价键成键过程原子接近轨道重叠具有未成对电子的原子相互接近，电子原子轨道重叠程度增加，共用电子对开轨道开始重叠始形成稳定分子共价键形成达到最低能量状态，形成稳定的共价分电子配对共享，形成稳定的共价键和分子子键和键σπ键西格玛键键派键σπ键是原子轨道沿键轴方向头碰头重叠形成的共价键电子云键是原子轨道肩并肩重叠形成的共价键电子云分布在键轴σπ主要分布在连接两原子核的直线上，具有轴对称性键是最强的两侧，呈字形或哑铃形键比键弱，容易断裂，使含有σ8πσ的共价键类型，所有的单键都是键键的分子具有较高的化学活性σπ键的形成方式包括轨道重叠、轨道重叠和轨道沿轴键只能由轨道侧向重叠形成，不能自由旋转在双键中包含σs-s s-p p-pπp向重叠键可以自由旋转而不破坏键的完整性，这是单键分子个键和个键，三键中包含个键和个键乙烯分子中σ1σ1π1σ2π具有构象异构现象的原因的双键就是典型的键键组合C=Cσ+π单键、双键、三键123单键双键三键个键，如键个键个键，如键个键个键，如键1σH-H1σ+1πO=O1σ+2πN≡N单键是最基本的共价键形式，由一个键构成，键长较长，键能较小，但稳定性好双键由一个键和一个键组成，键长比单键短，键能σσπ比单键大，化学活性较强三键由一个键和两个键组成，键长最短，键能最大，但键的存在使其具有一定的化学活性键的强度顺序σππ为三键双键单键分子的空间结构甲烷₄CH碳原子采用杂化，形成正四面体结构，键角为四个键完全等价，分子呈非极性sp³

109.5°C-H水₂H O氧原子采用杂化，但有两对孤对电子，形成弯曲的型结构，键角约为sp³V

104.5°二氧化碳₂CO碳原子采用杂化，形成直线型结构，键角为虽然键有极性，但分子整体无极性sp180°C=O分子的结构式表达分子结构可以通过多种方式表达分子式只显示原子种类和数量，如₂、₂结构式显示原子间的连接关系，用短线表示化学H OCO键电子式显示价电子的分布，用点或叉表示电子球棍模型和空间填充模型能直观展示分子的三维空间结构，不同颜色的球代表不同元素的原子型分子的中心原子ABₙ分子类型中心原子配位原子数典型例子₂₂₂AB A2CO,H O₃₃₃AB A3NH,BF₄₄₄AB A4CH,CCl₅₅AB A5PF₆₆AB A6SF在型分子中，原子称为中心原子，通常是电负性较小的原子；原子AB ABₙ称为配位原子或端基原子，通常是电负性较大的原子下标表示与中心原子n直接相连的配位原子数目中心原子的杂化类型和孤对电子数决定了分子的空间构型杂化轨道杂化sp个轨道与个轨道杂化，形成个杂化轨道，呈直线型，1s1p2sp键角180°杂化sp²个轨道与个轨道杂化，形成个杂化轨道，呈平面三1s2p3sp²角形，键角120°杂化sp³个轨道与个轨道杂化，形成个杂化轨道，呈四面1s3p4sp³体，键角

109.5°分子的极性极性分子特征非极性分子特征分子中正负电荷重心不重合，分子中正负电荷重心重合，偶具有偶极矩，偶极矩不等于极矩等于零非极性分子在电零极性分子在电场中会发生场中不会发生明显的取向效取向，正极指向电场负极方应向典型例子对比水₂是极性分子，因为弯曲结构使偶极矩不为零二氧化碳H O₂是非极性分子，因为直线型结构使两个键的偶极矩相互抵COC=O消判断键的极性极性共价键和非极性共价键极性共价键非极性共价键由电负性不同的原子形成的共价键共用电子对偏向电负性大的由电负性相同的原子形成的共价键共用电子对被两原子平均共原子，使该原子带部分负电荷⁻，另一原子带部分正电荷享，不发生偏移，两原子都不带电荷键无极性，键偶极矩为δ⁺键具有极性，存在键偶极矩零δ典型例子包括键、键、键等在键中，电典型例子包括键、键、键等在₂分子中，两H-Cl C-O N-H H-Cl H-H Cl-Cl C-C H子对偏向氯原子，氯原子带⁻电荷，氢原子带⁺电荷极性个氢原子电负性完全相同，共用电子对平均分布在两原子之间，δδ共价键的极性强度取决于成键原子电负性的差值形成标准的非极性共价键分子极性与物质性质极性物质非极性溶剂如糖、盐等如汽油、苯等易溶于极性溶剂能溶解非极性物质极性溶剂非极性物质如水、醇类等如油脂、蜡等能溶解极性物质和离子化合物易溶于非极性溶剂4典型极性和非极性分子极性分子实例非极性分子实例氯化氢键极性强，分子呈直线型，偶极矩不为零氧气₂键为非极性键，分子无极性氮气₂HCl H-Cl OO-O NN-水₂键极性强，分子呈弯曲型，整体偶极矩较大键为非极性键，分子无极性甲烷₄虽然键略有H OO-H NCHC-H氨气₃键极性适中，分子呈三角锥型，具有明显极极性，但正四面体结构使偶极矩相互抵消NHN-H性这些分子的共同特点是含有极性键且分子构型不对称，导致各键非极性分子要么含有非极性键，要么虽含极性键但分子构型高度偶极矩无法相互抵消，分子整体表现出极性极性分子通常具有对称，各键偶极矩相互抵消非极性分子通常具有较低的沸点和较高的沸点和熔点熔点分子间作用力简介范德华力所有分子间都存在的最基本的相互作用力，包括取向力、诱导力和色散力三种类型氢键氢原子与电负性很强的原子（、、）之间形成的特殊分子F O N间作用力，比范德华力强影响物质性质分子间作用力的强弱直接影响物质的熔点、沸点、溶解性等重要物理性质范德华力普遍存在性强度变化规律范德华力存在于所有分子之间，范德华力的强度随分子质量的增无论是极性分子还是非极性分大而增强，随分子间距离的增大子它是维持分子聚集态（液态而迅速减弱这解释了为什么分和固态）存在的重要力量，没有子质量大的物质通常具有较高的范德华力就不会有液体和固体的沸点和熔点存在对物性的影响范德华力强度直接影响物质的熔点、沸点、粘度等物理性质例如，卤素单质从₂到₂，分子质量递增，范德华力增强，熔沸点也依次升F I高氢键特殊性质显著影响物质性质氢键形成与、、间的作用H F ON分子基础3含有极性键的分子X-H氢键是氢原子与电负性很强的小原子（、、）之间形成的特殊分子间作用力氢键的形成需要三个条件氢原子与电负性强的原FON子相连，氢原子带正电性，另一个电负性强的原子提供孤对电子水分子间的氢键使水具有异常高的沸点，这是氢键作用的典型例子氢键的性质与意义生物分子结构稳定影响溶解性质氢键在维持生物分子结构方面起关键作用显著提高熔沸点氢键影响物质的溶解性能形成氢键的物质蛋白质的二级结构、的双螺旋结构都依DNA氢键的存在使物质的熔点和沸点显著升高通常在水中有较好的溶解性，如醇类、羧酸赖氢键维持稳定氢键的可逆性使生物分子水的沸点比同族其他氢化物（₂、等氢键的形成和断裂也影响溶解过程的热具有适当的柔韧性和功能性H S₂、₂）高得多，就是氢键作用的效应H SeH Te结果氨气、氟化氢等也表现出类似现象常见分子作用力对比作用力类型相对强度典型例子主要特点范德华力弱₂₂普遍存在，随1-10O,CO分子质量增大kJ/mol而增强氢键强₂₃有方向性，影10-40H O,NH响熔沸点显著kJ/mol化学键很强离子键、共价决定分子内原200-键子结合800kJ/mol分子间作用力比化学键弱得多，但对物质的物理性质有重要影响氢键比范德华力强，但仍比化学键弱很多理解这些力的相对强度有助于解释物质的聚集状态和物理性质分子间作用力与自然现象水的高沸点水的高比热容冰的密度异常水分子间的氢键使水具氢键的存在使水具有很冰中氢键形成有序的网有异常高的沸点高的比热容，能吸收大状结构，使冰的密度比（℃），远高于同量热量而温度变化不水小，冰能浮在水面100族其他氢化物这保证大，这对调节地球气候上，保护水下生物过了水在地球表面条件下和生物体温度具有重要冬，维护生态平衡以液态存在意义离子与分子的区别电荷性质离子带有正电荷或负电荷，分子整体呈电中性，不带净电荷物质性质离子化合物通常为固体，熔沸点高；分子化合物状态多样，熔沸点相对较低溶解行为离子化合物在极性溶剂中电离；分子化合物根据极性决定溶解性导电性质离子化合物熔融态或溶液中能导电；大多数分子化合物不导电为什么有化学键？能量最低原理达到稳定状态孤立原子的能量较高，原子倾向于通过化学键的形成使原子达到更稳定的电子形成化学键降低体系总能量构型，获得稳定结构化学键形成电子重新分布稳定的相互作用力维持原子结合，形成通过电子转移或共享，原子获得稳定的分子或离子化合物电子构型八电子结构原理八电子规则主族元素原子趋向于获得个价电子的稳定结构8典型实例失去个电子形成⁺，得到个电子形成⁻，都达到电子结构Na1Na Cl1Cl8特殊情况氢原子只需个电子达到氦型稳定结构，某些元素可超过电28子八电子结构原理解释了大多数化学键的形成规律稀有气体具有稳定的电子结构（氦为电子），其他原子通过失去、得到或共享电82子来达到这种稳定构型这个原理虽然有例外，但仍是理解化学键形成的重要指导原理分子结构决定物质性质极性影响溶解性结构影响熔沸点分子的极性决定了物质的溶解分子间作用力的强弱决定物质性极性分子易溶于极性溶的熔沸点氢键的存在显著提剂，非极性分子易溶于非极性高熔沸点，分子质量的增大使溶剂，这就是相似相溶原理范德华力增强，也会提高熔沸的微观基础点几何构型的重要性分子的几何构型影响其化学活性、生物活性等性质同分异构体具有相同的分子式但不同的结构，表现出不同的性质典型分子的性质分析水的特殊性质二氧化碳的性质水分子具有弯曲的型结构，键极性强，分子间能形成氢₂分子呈直线型结构，虽然键有极性，但由于分子的对V O-H CO C=O键氢键的存在使水具有异常高的沸点（℃），远高于同称性，整体偶极矩为零，表现为非极性分子₂在常温下为100CO族的₂（℃）水的高比热容和表面张力也源于氢键作气体，不溶于水（溶解度很小）H S-60用水分子的极性使其成为优秀的极性溶剂，能溶解许多离子化合物₂的非极性特征使其易溶于非极性溶剂在高压下，₂可CO CO和极性分子化合物水在生命活动中的重要作用很大程度上归因以作为绿色溶剂用于提取咖啡因等有机物质₂的直线型结CO于其独特的分子结构和由此产生的特殊性质构和较弱的分子间作用力决定了其在常温常压下的气态存在生活中的化学键呼吸中的氧气塑料的分子链食盐中的离子键我们呼吸的氧气₂分子通过双键塑料由长链分子组成，分子内通过共价键食盐由钠离子和氯离子通过离子键OO=O NaCl结合，这个强共价键保证了氧分子的稳定连接，形成坚固的主链结构不同塑料的结合形成离子键的强度使食盐在常温下性在肺部，氧分子与血红蛋白结合，运性质差异源于分子链的结构差异和分子间为固体，溶于水时电离产生导电性，这些输到全身细胞进行呼吸作用作用力的不同都是离子键特征的体现分子手性初步认识手性的定义手性分子是指分子与其镜像不能完全重合的现象，就像人的左手和右手一样手性碳原子含有四个不同基团的碳原子称为手性碳，是产生分子手性的常见原因3对映异构体手性分子存在两种镜像异构体，称为对映异构体，它们具有相同的分子式但空间结构不同手性分子的实际应用手性药物的重要性许多药物分子具有手性，不同的对映异构体可能具有完全不同的生物活性一种异构体可能是有效的治疗药物，而另一种可能无效甚至有害生物分子的专一性生物体内的蛋白质、等大分子都具有特定的手性结构酶DNA对底物的识别具有严格的立体选择性，只能催化特定构型的分子反应工业生产的挑战制备单一手性的化合物在工业上是一个重要挑战不对称合成、手性拆分等技术被广泛应用于生产具有特定手性的产品电负性表元素电负性元素电负性元素电负性F

4.0Cl

3.0Br

2.8O

3.5S

2.5Se

2.4N

3.0P

2.1As

2.0C

2.5Si

1.8Ge

1.8H

2.1Li

1.0Na

0.9电负性是原子在分子中吸引电子能力的度量氟是电负性最大的元素，

4.0金属元素的电负性较小电负性差值可以预测化学键的类型差值大于通

1.7常形成离子键，形成极性共价键，小于形成非极性共价键

0.4-

1.

70.4常见物质的分子结构甲烷₄水₂CHH O杂化，正四面体杂化，弯曲形sp³sp³键角，非极性分子键角，强极性分子

109.5°

104.5°氨气₃二氧化碳₂NHCO杂化，三角锥杂化，直线型sp³43sp键角，极性分子键角，非极性分子107°180°分子的空间构型分子的空间几何构型由中心原子的杂化类型和孤对电子数共同决定理论价层电子对互斥理论可以预测分子构型电子对之VSEPR间相互排斥，趋向于占据使排斥力最小的空间位置分子的几何构型直接影响其极性、反应活性和生物活性等重要性质分子模型动手实验准备实验材料使用不同颜色的小球代表不同元素的原子红色代表氧原子，白色代表氢原子，黑色代表碳原子用小棍或弹簧连接原子球，代表化学键准备分子构型参考图和实验指导书拼装分子模型按照化学式和结构要求，拼装₂、₂、₄等简单分子模H OCO CH型注意原子间的连接数量和空间角度，体会分子的三维立体结构通过动手操作加深对分子构型的理解观察分析结构观察并测量分子模型的键角，比较不同分子的空间形状差异分析分子极性与几何构型的关系，理解为什么₂是极性分子而H O₂是非极性分子记录实验观察结果和体会CO物质状态与分子作用力气态分子间距大，作用力很弱液态分子间距适中，作用力较强固态分子排列紧密有序，作用力最强物质的聚集状态由分子间作用力与分子热运动的相对强弱决定温度升高时，分子热运动加剧，当热运动能量足以克服分子间作用力时，物质发生相变分子间作用力越强，物质的熔点和沸点越高氢键的存在能显著提高熔沸点，这解释了水为什么在常温下是液体而不是气体分子的命名与表达分子式表达结构式表达分子式只显示分子中各元素原子结构式用短线表示化学键，显示的种类和数量，如₂、原子间的连接关系，如H OH-O-₂、₂₆分子式简洁明、结构式能够表达分COCH HO=C=O了，但不能显示原子间的连接关子的平面结构，但不能完全反映系和分子的空间结构信息三维空间构型立体模型表达球棍模型和空间填充模型能够直观地展示分子的三维空间结构这种表达方式最接近分子的真实形状，有助于理解分子性质与结构的关系。