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实验二十二 分子的立体构型和分子的性质

第五章结构化学
实验二十二分子的立体构型和分子的性质
一、实验目的
(1)分子的立体构型从分子中原子排布的几何关系描述分子的结构,对于了解分子的性质具有重要意义。

(2)通过自己动手制作和仔细观察分子模型,掌握分子的空间结构,加深对分子构型和分子性质的了解。

二、实验原理
1.分子点群与分子的偶极矩和旋光性
具有极性化学键的分子,其分子形状決定分子是否具有偶极矩,进而影响分子间作用力及沸点、表面张力、汽化热与溶解度等性质。

利用路易斯电子点式和价层电子对互斥理论(Valence Shell Electron Pair Repulsion, VSEPR)可以预测分子形狀,进而获得分子晶体的对称动作群(即分子点群)。

分子点群与分子的偶极矩和旋光性密切相关。

分子是否具有偶极矩的判据:若分子中有两个或两个以上的对称元素交于一点,则该分子无偶极矩,反之则有偶极矩。

即属于C1、C s、C n、C nv群的分子有偶极矩,属于C i、S n、C nh、D n、D nh、D nd、T d和O h群的分子无偶极矩。

分子是否具有旋光性的判据:有象转轴S n的分子无旋光性,无象转轴S n的分子有旋光性。

由于S1=σ,S2=i,因此,也可以说具有对称面σ、对称中心i和象转轴S4n(n=1,2,…)的分子无旋光性,属于C1,Cn,Dn点群的分子有旋光性。

三、仪器与试剂
塑料球棍分子模型 1 套(湖南大学教育科技公司生产,包括彩色塑料小球若干,另准备随意贴黏土数块, 色纸一张),数码相机1台(公用)。

四、预习要求
1.了解寻找分子中独立对称元素、判断分子点群的方法;
2.了解分子所属点群判断分子有无偶极矩;
3.了解分子所属点群判断分子有无旋光性。

五、实验内容
1.根据路易斯电子点式和价层电子对互斥理论预测分子形状,并用不同颜色的球棍搭建具有正确键角的分子模型(表1),用数码相机记录所搭建的分子模型。

寻找对称元素及数目,确定分子点群,并判断其是否具有偶极矩和旋光性。

黑球:代表碳原子C;白球:代表氢原子H;红球:代表氧原子O;蓝球:代表氮原子N;绿球:代表氯原子Cl;其他:代表杂原子P或F。

(1)搭出下列分子模型,了解它们的对称性,填写表1各栏内容。

H2O2,NF3,BF3,C2H6(重叠式、交叉式以及任意式),CH3CCl3(扭曲式),CH4,
CH3Cl ,CH2Cl2,CHCl3,PtCl42-,PCl5,,,Cl
,,
C6H12(环己烷:船式和椅式),SF6。

(2)搭出下列乙烯型化合物的模型,了解它们的对称性。

并填写表2各栏内容CH2=CH2,CHCl=CHCl(顺式),CHCl=CHCl(反式),CH2=CCl2(3)搭出下列丙二烯型化合物的模型,了解它们的对称性。

CH2=C=CH2,CHCl=C=CHCl
六、实验数据与记录
1.室温℃大气压Pa
2. 根据实验容填写表1、表2和表3。

表22.1 常见分子点群的辨认
[注意] 在搭制分子的球棍模型时,通常按照下面的惯例用不同的颜色表示不同的原子:C黑色,H浅灰色,O红色,N蓝色,Cl绿色,Br红棕色,I红紫色,S 黄色,P紫色;金属原子则以该金属单质显示的颜色表示。

[思考题]
(1)在14种点阵型式中,为什么有四方I, 而无四方F? 为什么有正交C, 而无四方C? 为什么有立方F, 而无立方C? 根据什么原则确定点阵型式?
(2)结构基元、点阵点、晶胞和点阵型式等概念的正确含义和相互关系怎样?
七、参考文献
1. 周公度, 段连运, 结构化学基础 (第三版), 北京大学出版社 (2002)
2. 厦门大学化学系物构组, 结构化学, 科学出版社 (2004)
3. 李炳瑞, 结构化学, 高等教育出版社 (2004)
4. 东北师范大学等, 高等教育出版社 (2003)。

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