2.3 烷烃的结构和物理性质.pdf

《2.3 烷烃的结构和物理性质.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2.3 烷烃的结构和物理性质.pdf（17页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、碳原子的正四面体构型 烷烃的物理性质 碳原子的SP3杂化 2.3烷烃的结构物理性质 一、碳原子的正四面体构型 1858年，August Kekule（开库勒）和Archibald Couper（库珀）提出碳四价 1. 只有一种产物，表明CH4中的四个C-H键是等同的。 2. 也只有一种产物，表明CH4中的四个C-H键不在同一平面上。 否则应该有两种二氯甲烷产物： 实验事实： 一、碳原子的正四面体构型 1874 Vant Hoff (范霍夫) 和Le Bel (勒贝尔 )提出碳 原子的正四面体结构。 碳原子处在正四面体的中心； 四个价键指向正四面体的四个顶点； 每两个键之间的夹角近似于10928

2、； Kekule（开库勒）模型Stuart（斯陶特）模型 比例模型 球棍模型 一、碳原子的正四面体构型 构型（Configuration）： 当烷烃中的碳原子数大于3的时候，碳链就形成锯齿形状。 具有一定构造的分子中，原子在空间的排列状况 二、碳原子的sp3杂化 碳原子的外层电子结构： 2s22p2 但s轨道与p轨道不等价，如何解释四个C-H完全等价的事实？ 基态 激发 2S 2Px2Py2Pz 只有2个未成对的P电子，但碳原子倾向于生成四价化合物 1931年，Pauling 和Slater提出了杂化轨道理论。 sp3杂化：同一个碳原子上的一个s轨道和三个p轨道数学组 合在一起，重新组合成能量

3、相等的四个新原子轨道的过程。 二、碳原子的sp3杂化 sp3杂化轨道特点： 1）具有更强的方向性，能更有效地与别的原子轨 道重叠形成稳定的化学键； 2）每个sp3轨道，各含1/4 s成份和3/4 p成份； 3）sp3轨道的空间取向是指向正四面体的顶点； 4）sp3轨道夹角是10928，使四个键角之间尽可能的远离； 二、碳原子的sp3杂化 二、碳原子的sp3杂化 量子力学计算表明： sp等性杂化轨道之间夹角的量子力学计算公式： COS= 代代表表轨轨道道中中的的S成成分分） 1- ( 对对于于SP3COS= 4 1 4 1 1 = - 3 1 = 109o28 sp3杂化轨道比单纯的S或P轨道的

4、成键能力都明显增强 轨道 ：spspsp2sp3 成键能力：1 1.732 1.933 1.991 2 甲烷分子的形成： 二、碳原子的sp3杂化 + + sp3-sssp3 在化学中，将两个轨道沿着轨道对称轴方向重叠形成的键叫键。 二、碳原子的sp3杂化 乙烷分子的形成： + + 键电子云可以达到最大程度的重叠，所以比较牢固。 键旋转时不会破坏电子云的重叠，所以键可以自由旋转。 sp3sp3-sp3sp3 + 6 + 三、烷烃的物理性质 外观： 物理常数： 状态， 颜色， 气味 沸点（b.p.)熔点（m.p.) 溶解度（S） 折光率(n)旋光度 密度（D）光谱特征 偶极矩（） =qd 三、烷烃

5、的物理性质 1-4个C原子的烷烃为气体； 5-16个C的烷烃为液体； 17以上C原子的烷烃为固体。 烷烃的状态 三、烷烃的物理性质 烷烃沸点的特点 熔点：取决于分子间的作用力和晶格堆积的密集度。 正烷烃碳原子数 熔点 / -200 -150 -100 -50 0 50 1234567891011121314151617181920 （2）偶数碳烷烃比奇数碳烷烃的熔点 升高值大。（如右图） （1）随相对分子质量增大而升高。 三、烷烃的物理性质 （3）同数碳的烷烃，结构对 称的分子熔点高。 如：新戊烷正戊烷异戊烷 化合物熔点/ 丁烷-138.4 异丁烷-159 戊烷-129.7 异戊烷-160 新

6、戊烷-16.6 己烷-94 异己烷-159 3-甲基戊烷-118 2,2-二甲基丁烷-98 2,3-二甲基丁烷-129 烷烃熔点的特点 三、烷烃的物理性质 烷烃沸点的特点 沸点：沸点大小取决于分子间的作用力。 （2）正烷烃随相对分子质量增大而增高。 （分子运动所需能量增大，相互作用力增大） （1）沸点一般较低（非极性，只有色散力） -200 -100 0 100 200 300 400 12345678910111213141516171819 正烷烃碳原子数 沸 点 / 三、烷烃的物理性质 （3）相对分子质量相同、支 链多、沸点低。（支链多，分 子不易接近，色散力减小） 烷烃沸点的特点 化合物沸点/ 丁烷-0.5 异丁烷-12.0 戊烷36.1 异戊烷28 新戊烷9.5 己烷68.7 异己烷60.3 3-甲基戊烷63.3 2,2-二甲基丁烷50 2,3-二甲基丁烷58 三、烷烃的物理性质 随相对分子质量增大而增大； 分子偶极矩均为0 烷烃不溶于水，溶于非极性溶剂（如CCl4） 密度 饱和烃的偶极矩 溶解度 烷烃的密度均小于1（0.424-0.780)；