目录

  • 1 绪论
    • 1.1 我们需要化学
    • 1.2 谭天伟院士:如何让化工更“美丽”?
    • 1.3 美丽化学
    • 1.4 化学的简历
  • 2 化学基础知识
    • 2.1 气体
      • 2.1.1 理想气体方程
      • 2.1.2 实际气体的状态方程
      • 2.1.3 混合气体的分压定律
    • 2.2 液体和溶液
      • 2.2.1 溶液浓度的表示方法
      • 2.2.2 溶液的饱和蒸汽压
      • 2.2.3 稀溶液的依数性
        • 2.2.3.1 溶液沸点的升高
        • 2.2.3.2 溶液的凝固点降低
        • 2.2.3.3 渗透压
  • 3 化学热力学基础
    • 3.1 化学热力学的研究对象
    • 3.2 新建课程目录
    • 3.3 基本概念
      • 3.3.1 热与功
      • 3.3.2 反应进度
      • 3.3.3 热力学标准态
    • 3.4 化学热力学的四个重要状态函数
      • 3.4.1 热力学能(内能)和焓
      • 3.4.2 盖斯定律及其应用
      • 3.4.3 熵
      • 3.4.4 自由能
  • 4 化学平衡
    • 4.1 化学平衡态
    • 4.2 平衡常数
    • 4.3 浓度对化学平衡的影响
    • 4.4 压力对化学平衡的影响
    • 4.5 温度对化学平衡的影响
  • 5 化学反应速率
    • 5.1 化学反应速率的定义
    • 5.2 浓度对化学反应速率的影响
    • 5.3 温度对反应速度的影响及阿伦尼乌斯方程
    • 5.4 反应机理
    • 5.5 反应速率理论简介
    • 5.6 催化剂对反应速率的影响
  • 6 酸碱解离平衡
    • 6.1 弱酸和弱碱的解离平衡
      • 6.1.1 一元弱酸、弱碱的解离平衡
      • 6.1.2 水的解离平衡和溶液的PH
      • 6.1.3 多元弱酸的解离平衡
      • 6.1.4 缓冲溶液
    • 6.2 盐的水解
      • 6.2.1 水解平衡常数
      • 6.2.2 水解度和水解平衡的计算
    • 6.3 电解质溶液理论和酸碱理论的发展
      • 6.3.1 强电解质溶液理论
      • 6.3.2 酸碱质子理论
      • 6.3.3 酸碱溶剂体系理论
      • 6.3.4 酸碱电子理论
  • 7 沉淀溶解平衡
    • 7.1 溶度积常数
    • 7.2 沉淀生成的计算与应用
      • 7.2.1 难溶硫化物沉淀与溶解
      • 7.2.2 金属氢氧化物沉淀的生成-溶解与分离
    • 7.3 沉淀的溶解和转化
    • 7.4 典型例题
  • 8 原子结构和元素周期律
    • 8.1 近代原子结构理论的确立
    • 8.2 相对原子质量
    • 8.3 原子结构的波尔行星模型
      • 8.3.1 氢原子光谱
      • 8.3.2 波尔理论
    • 8.4 氢原子结构(核外电子运动)的量子力学模型
      • 8.4.1 微观粒子运动的基本特征(波粒二象性、德布罗意关系式、海森堡不确定原理)
      • 8.4.2 薛定谔方程
      • 8.4.3 氢原子的量子力学模型
        • 8.4.3.1 主量子数
        • 8.4.3.2 角量子数
        • 8.4.3.3 磁量子数
        • 8.4.3.4 量子故事会
        • 8.4.3.5 量子骗局
        • 8.4.3.6 粒子世界
      • 8.4.4 核外电子运动的图形描述
        • 8.4.4.1 电子云图
        • 8.4.4.2 径向分布图
        • 8.4.4.3 角度分布图
    • 8.5 基态原子电子组态(电子排布)
      • 8.5.1 多电子体系中的能量
      • 8.5.2 屏蔽效应
      • 8.5.3 钻穿效应
      • 8.5.4 多电子原子的能级
      • 8.5.5 核外电子的排布三原则
    • 8.6 元素周期表
      • 8.6.1 元素的周期表
      • 8.6.2 元素的族和分区
      • 8.6.3 知识拓展
    • 8.7 元素基本性质的周期性
      • 8.7.1 原子半径
      • 8.7.2 电离能
      • 8.7.3 电子亲和能
      • 8.7.4 电负性
    • 8.8 拓展阅读
      • 8.8.1 元素周期表150周年了,你了解元素的宇宙起源吗?
      • 8.8.2 一幅图读懂量子力学(数学的判决)
  • 9 分子结构和共价键理论
    • 9.1 路易斯理论
    • 9.2 价键理论
      • 9.2.1 共价键的本质
      • 9.2.2 价键理论要点
      • 9.2.3 共价键的饱和性和方向性
      • 9.2.4 共价键的类型
    • 9.3 杂化轨道理论
      • 9.3.1 杂化轨道的概念
      • 9.3.2 杂化轨道的类型
      • 9.3.3 等性和不等性杂化
      • 9.3.4 离域键
    • 9.4 价层电子互斥模型
    • 9.5 共轭大π键
    • 9.6 分子轨道理论
      • 9.6.1 分子轨道理论的要点
      • 9.6.2 分子轨道线性组合的三原则
      • 9.6.3 分子轨道的能级图
    • 9.7 共价分子的性质
    • 9.8 分子间作用力
      • 9.8.1 范德华力
      • 9.8.2 氢键
    • 9.9 习题
  • 10 晶体结构
    • 10.1 晶体的特征
    • 10.2 晶体的基本类型及其结构
    • 10.3 离子的极化
  • 11 氧化还原反应
    • 11.1 氧化还原反应
    • 11.2 原电池
      • 11.2.1 原电池
      • 11.2.2 电极电势和电动势
      • 11.2.3 能斯特方程
      • 11.2.4 能斯特方程的应用
        • 11.2.4.1 酸度对电极电势的影响
        • 11.2.4.2 沉淀生成对电极电势的影响
    • 11.3 图解法讨论电极电势
      • 11.3.1 元素电势图
      • 11.3.2 自由能 — 氧化数图
    • 11.4 化学电源与电解
      • 11.4.1 化学电源简介
      • 11.4.2 分解电压与超电势
    • 11.5 习题
    • 11.6 拓展阅读
      • 11.6.1 一口气搞懂锂电池
  • 12 配合物
    • 12.1 配合物的基本概念
    • 12.2 配位化合物的立体异构
    • 12.3 配合物的价键理论
    • 12.4 配合物的晶体场理论
  • 13 配位平衡
    • 13.1 配合物的稳定常数
    • 13.2 影响配合物在溶液中的稳定性因素
    • 13.3 配合物的性质
共价分子的性质

 

键的极性与分子的极性

化学键一般是指原子结合成分子和晶体的强作用力。离子键、共价键和金属键其键能约为100 ~ 800 kJ×mol-1

 分子之间弱的相互作用称为分子间作用力或范德华力(van der Waals force),其结合能比化学键能约小一、二个数量级,大约每摩尔为几到几十千焦。

 电负性表示分子内原子对电子的吸引能力。在共价键中,若成键的两原子属于同种元素,电负性差值为零,这种共价键称为非极性共价键;若成键的两个原子所属的元素的电负性差值不等于零,这种共价键称为极性共价键。

  由相同原子组成的双原子分子,如H2Cl2等,两个原子的电负性相同,对共用电子对的吸引力相同,分子中电子云分布均匀,整个分子的正电荷重心与负电荷重心重合。这种分子叫非极性分子,分子中的键是非极性共价键

 而由两个不同原子组成的双原子分子,如HCl,由于Cl 的电负性大于H,氯原子对共用电子对的吸引力大于氢原子,分子中电子云偏向氯原子,使氯原子一端显负电性,氢原子一端显正电性,分子的正电荷重心与负电荷重心不相重合,形成正负两极。这种分子叫极性分子,分子中的键是极性共价键。

键的极性与电负性差有关,两个原子的电负性差值越大,键的极性就越大。分子的极性不仅与键的极性有关,而且与分子的空间构型有关。如果组成分子的化学键是极性键,对于双原子分子则一定是极性分子,而对于多原子分子来说,就要考虑分子的空间构型。

  例如,NH3BF3两种分子,虽然 N-H 键和 B-F 键都是极性键,但是具有平面三角形构型的BF3分子,其正、负电荷重心相重合,是非极性分子;而具有三角锥形构型的NH3分子,其正、负电荷重心不重合,是极性分子。

 在极性分子中,其极性的大小用偶极矩m来衡量。

  显然,偶极矩的大小与正电荷重心与负电荷重心之间的距离—— 偶极长d,以及正负电荷重心的电荷量q有关。分子的偶极矩定义为分子的偶极长与偶极一端的电荷量的乘积,即  m=q×d     

  偶极矩m的单位称为“德拜”,用 D 表示。当偶极的电荷量q为1.602´10-19C,偶极长d为1´10-10m时,m=4.8 D。所以 1D = 3.33´10-30C×m。

极性分子

H2O

HCl

HBr

HI

H2S

SO2

NH3

m∕D

1.85

1.03

0.70

0.38

1.1

1.6

1.66

偶极矩是矢量,其方向是从正电重心指向负电重心。

  化学键的极性也可以用键的偶极矩衡量,分子中各个化学键的偶极矩的矢量和,等于分子的偶极矩。偶极矩m为 0 的分子当然是非极性分子。偶极矩m是否为 0,有助于判断分子的空间结构。

  如CO2SO2分子均属于AB2型分子,测得前者的偶极矩为0,说明分子是非极性的,当然属于直线形;而测得后者的偶极矩m=1.6 D,说明分子是极性的,当然属于“V” 字形。

图(1)外电场对分子极性的影响

   由于极性分子的正、负电荷重心不重合,因此分子中始终存在一个正极和一个负极,这种极性分子本身固有的偶极矩称为固有偶极或永久偶极。但是分子的极性并不是固定不变的,在外界电场作用下非极性分子和极性分子中的正、负电荷重心会发生变化,如图(1)所示。