高中化学 41 分子结构与物质的性质

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分子的极性与物质的性质

分子极性的判断：分子的极性由共价键的极性和分子的空间构型共同决定。对于双原子分子，键有极性则分子有极性，如\(HCl\)；键无极性则分子无极性，如\(H_{2}\)。对于多原子分子，若分子的空间构型对称，键的极性相互抵消，分子无极性，如\(CO_{2}\)（直线形）、\(BF_{3}\)（平面三角形）、\(CH_{4}\)（正四面体形）等；若分子的空间构型不对称，键的极性不能相互抵消，分子有极性，如\(H_{2}O\)（V形）、\(NH_{3}\)（三角锥形）等。

溶解性：遵循“相似相溶”原理，即极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。例如，\(NH_{3}\)是极性分子，易溶于极性溶剂水；\(I_{2}\)是非极性分子，易溶于非极性溶剂\(CCl_{4}\)。

熔沸点：一般情况下，相对分子质量相近时，极性分子的熔沸点比非极性分子高。因为极性分子间存在取向力、诱导力和色散力，而非极性分子间仅存在色散力，取向力和诱导力比色散力稍强。例如，\(CO\)是极性分子，\(N_{2}\)是非极性分子，二者相对分子质量相近，但\(CO\)的熔沸点比\(N_{2}\)高。

共价键的类型与物质的性质

σ键和π键：σ键是原子轨道沿键轴方向以“头碰头”方式重叠形成的共价键，重叠程度大，键能较大，稳定性高；π键是原子轨道在键轴两侧以“肩并肩”方式重叠形成的共价键，重叠程度小，键能较小，不如σ键稳定。例如，\(N_{2}\)分子中存在一个\(σ键\)和两个\(π键\)，\(π键\)的存在使\(N_{2}\)分子具有较高的稳定性，但在一定条件下\(π键\)又较易断裂，使\(N_{2}\)能参与一些化学反应。

极性键和非极性键：非极性键存在于同种原子之间，共用电子对不发生偏移，成键原子双方不显电性，如\(H_{2}\)、\(O_{2}\)等分子中的共价键。极性键存在于不同种原子之间，共用电子对发生偏移，使成键原子一方略显正电性，另一方略显负电性，如\(HCl\)、\(H_{2}O\)等分子中的共价键。含有极性键的分子可能是极性分子，也可能是非极性分子，这取决于分子的空间构型。

分子间作用力与物质的性质

范德华力：是存在于分子之间的一种作用力，包括取向力、诱导力和色散力。范德华力比化学键弱得多，主要影响物质的物理性质，如熔沸点、溶解性等。相对分子质量越大，范德华力越强，物质的熔沸点越高。例如，卤素单质\(F_{2}\)、\(Cl_{2}\)、\(Br_{2}\)、\(I_{2}\)的熔沸点随着相对分子质量的增大而升高。

氢键：是一种特殊的分子间作用力，由已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子与另一个分子中电负性很强的原子之间的作用力。氢键通常用\(X - H…Y\)表示，其中\(X\)、\(Y\)为\(N\)、\(O\)、\(F\)等电负性很强的原子。氢键的存在使物质的熔沸点升高，溶解性增强等。例如，\(H_{2}O\)的熔沸点比同族的\(H_{2}S\)高很多，就是因为\(H_{2}O\)分子间存在氢键；\(NH_{3}\)极易溶于水，也是因为\(NH_{3}\)与\(H_{2}O\)之间能形成氢键。