一、共价键的极性

1.1 键的极性

  1. 极性共价键 ：不同原子形成的共价键，电子对会发生偏移。键合电子一个\(\ce{\delta ^{+}}\) (正电性)，一个\(\ce{\delta ^{-}}\) 负电性（负电荷集中的区域或电负性大的原子显负电性）。eg：\(\ce{H—Cl}\)
    1. 非极性共价键 ：相同原子形成的共价键，电子对不会发生偏移。键合电子的正、负电中心是重合的。eg：\(\ce{H—H}\)
    2. 注意事项 ：极性共价键的正电中心与负电中心，只能表示，成键原子对键合电子的吸引能力和共用电子对的偏移程度，不能表示分子本身带不带电。

1.2 极性分子与非极性分子

1. 基本概念

  1. 极性分子 ：极性分子的正电中心和负电中心不重合，使分子一部分呈现\(\ce{\delta ^{+}}\) ，另一部分显\(\ce{\delta ^{-}}\) 。
  2. 非极性分子 ：正电中心和负电中心重合

2.分子极性的判断

  1. 只含非极性键的分子一定是非极性分子
  2. 含极性键的可能是极性分子，也可能是非极性分子（可以根据分子中极性键的极性向量和是狗等于零而定，极性向量是电负性小的指向电负性大）
  3. 根据正电中心和负电中心是否重合来判断
  4. 化合价法（仅适用于\(\ce{AB_n}\)型化学式） ：中心原子的化合价绝对值=该元素价电子数=主族序数，为非极性分子；反之为极性分子（也就是说双原子分子，中心原子价电子都是\(\ce{\sigma}\) 键，不包含其他情况）
  5. 根据分子所含键的类型与分子立体构型来判断
    1. eg：\(\ce{O3}\) ：V形（极性分子）；\(\ce{H2O2}\) ：含有非极性键的极性分子（二面角，111.5°）

1.3 键的极性对化学性质的影响（以羧酸为例）

  1. 概况 ：键的极性对物质的化学性质有重要影响。例如羧酸羧基中的羟基极性越大，酸性越强；极性越小，酸性越弱。
  2. 酸性比较：
    1. 三氟乙酸（\(\ce{CF3COOH}\)）>三氯乙酸（\(\ce{CCl3COOH}\)）

``smiles C(=O)(C(F)(F)F)O C(=O)(C(Cl)(Cl)Cl)O `` \(\ce{F—C}\) 极性 > \(\ce{Cl—C}\) 极性 \(\ce{->}\) \(\ce{F3—C}\) 极性> \(\ce{Cl3—C}\) 极性，也就导致了前者中的羟基极性更大，更容易电离出 \(\ce{H^{+}}\) ，所以酸性越强

  1. 三氯乙酸（ \(\ce{CCl3COOH}\)）>二氯乙酸（ \(\ce{CHCl2COOH}\)）(原理与上同)
  2. 甲酸（ \(\ce{HCOOH}\)）> 乙酸\(\ce{CH3COOH}\)

``smiles [H]C(=O)O[H] [H]C([H])([H])C(=O)O[H] ``

因为烷基（\(\ce{-R}\)）是推电子基团，烷基越长，推电子效应越大，\(\ce{H^{+}}\) 越难被电离，所以酸性越弱

二、分子间的作用力

2.1 分子间作用力

  1. 定义 ：把分子聚集起来的作用力
  2. 特点 ：
    1. 共价键分子之间都存在分子作用力
    2. 分子间作用力本质上是一种静电作用，比化学键小很多（小100倍）
    3. 范德华力和氢键是常见的两种分子间作用力

2.2 范德华力

  1. 定义 ：分子间普遍存在的作用力称为范德华力（也就是说只要是由分子构成的物质就存在范德华力）
  2. 特点 ：
    1. 很弱，比化学键要小100倍（2个数量级）
    2. 无方向性和饱和性
  3. 影响因素 ：
    1. 分子的大小、空间构型以及极性都会影响范德华力（极性越大，范德华力越强）
    2. 组成和结构相似的分子，范德华力一般随着相对分子质量的增大而增大
  4. 作用 ：
    1. 范德华力主要影响物质的溶解度；对于熔沸点；范德华力越大，熔沸点越高
    2. 在同分异构体中，支链越多，熔沸点越低

2.3 氢键

1.基本概念

  1. 定义 ：氢键是由已经与电负性很强的原子（\(\ce{F、O、N}\)）形成共价键的氢原子，与另一个分子中电负性很强的原子间的作用力
  2. 表示 ：\(\ce{A——H···B}\) ，其中“···”表示氢键，A/B为\(\ce{F、O、N}\)中的一种（A、B可以是相同的原子，也可以是不同的原子）
  3. 特点 ：比化学键键能要小，但比范德华力要大，不属于化学键，属于分子间的作用力
    1. 方向性：\(\ce{A——H···B}\) 三个原子一般在同一直线上（该方向氢键最强，体系最稳定）
    2. 饱和性：每一个\(\ce{A——H}\) 只能与一个B原子形成氢键
      1. 每个\(\ce{H—F}\) 只有1个氢键
      2. 平均每个\(\ce{NH3}\) 只有1个氢键
      3. 平均每个\(\ce{H2O}\) 有2个氢键
  4. 分子间内氢键与分子间氢键
    1. 邻羟基苯甲醛：在醛基的\(\ce{O}\) 与羟基的\(\ce{H}\) 之间存在氢键
    2. 对羟基苯甲醛：在一个分子的醛基的\(\ce{O}\) 与另一个分子的羟基中的\(\ce{H}\) 之间存在氢键

``smiles Oc1ccccc1C=O O=Cc1ccc(O)cc1 ``

2.氢键对物理性质的影响

  1. 含有分子间氢键的物质具有较高的熔点、沸点
    1. \(\ce{H2O>H2Te>H2Se>H2S}\)
    2. \(\ce{HF>HI>HBr>HCl }\)
    3. \(\ce{ NH3>SbH3>AsH3>PH3 }\)
    4. \(\ce{H2O>HF>NH3 }\)（双氢键>单强氢键>单弱氢键）
    5. 以上熔沸点的大小说明了，含有氢键的熔沸点会比相同结构的其他物质要高；不含氢键的相同结构的物质则比较范德华力，而相对分子质量越大，范德华力越大；
  2. 含有分子内氢键的物资具有较低的熔沸点
  3. 含有氢键的液体一般黏度比较大
  4. 对溶解度：如果溶质和溶剂之间能形成分子间氢键，溶解度增大（\(\ce{ NH3 }\) 溶解度大的原因）
  5. 对密度（体积）的影响 ：水的密度>冰（水分子间存在氢键）
  6. 相对原子质量测定的影响

3.生物大分子中的氢键

  1. 蛋白质：蛋白质的性质是由其结构决定的，复杂的二级三级结构是由氢键连接的，所以破坏氢键会使蛋白质失活
  2. DNA双螺旋中也含有氢键，维持其双螺旋结构

2.4 物质溶解性的相关规律

  1. 相似相溶：相似指的是分子的极性相似（经验规律，不绝对）
    1. 极性溶质一般能溶于极性溶质，如蔗糖和氨气易溶于水，难溶于四氯化碳
    2. 非极性溶质一般能溶于非极性溶质，如萘和碘易溶于四氯化碳，难溶于水
  2. 其他影响因素 ：
    1. 温度：一般地，升高温度，固体物质的溶解度增大，气体物质地溶解度减小（特例：\(\ce{ Ca(OH)2 }\) 溶解度随温度升高而减小）
    2. 压强：压强越大，气体溶解度越大
    3. 氢键：有氢键>无氢键；氢键多>氢键少；氢键强>氢键弱
    4. 分子结构的相似性：溶质和溶剂的分子结构相似程度越大，溶质的溶解性越大

三、分子的手性

  1. 定义 ：手性是分子的固有属性，当该分子本身与其自身的镜像无法通过旋转或平移而完全重叠时，那么该分子即具有手性
  2. 手性异构体 ：又称为对映异构体，指具有完全相同的组成和原子排列的一对分子，如同左手和右手一样互为镜像，却在三维空间内不能重合的一对分子
  3. 手性分子 ：具有手性异构体的分子（理论上具有即可eg：乳酸\(\ce{CH3CH(OH)COOH}\)）
  4. 手性碳原子的判断 ：
    1. 定义：有机物分子中连有四个各不相同的原子或原子团的碳原子
      1. \(\ce{C}\)原子必须是\(\ce{sp^{3}}\) 杂化(且是4\(\ce{\sigma}\) 键+0个孤电子对)
      2. 成键的原子或原子团不能相同
    2. 注意 ：含有手性碳原子的分子不一定叫做手性分子；手性分子也不一定都含有手性碳原子。只是打不跟手性分子都具有手性碳原子，在高中范围内可通过手性碳原子来推断手性
  5. 作用 ：现今使用的药物分子中的手性药物超过50%；但互为手性异构体的化合物，性质不完全相同。可能只有其中一个有效，而另一个有毒。所以使用手性催化剂只得到或者主要得到一种手性分子（手性合成）