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分子空间结构与物质性质

分子的极性 手性分子

讲解共价键的极性和非极性、分子的极性判断方法,包括向量和和快速判断,以及手性分子的概念。

共价键的极性

  1. 共价键有 极性共价键非极性共价键
    极性共价键:由不同原子形成的共价键,电子对会发生偏移(向电负性大的一侧偏移)。极性键中的两个键合原子,一个呈正电性(),另一个呈负电性()。在极性共价键中,成键原子吸引电子能力的差别越大,共用电子对偏移程度越大,共价键的极性越强
    非极性共价键:电子对不发生偏移的共价键

    因此,电负性差值越大,极性越大

    特别: 电负性不同,之间形成极性共价键;但由于其极性微弱,它在四氯化碳中的溶解度高于在水中的溶解度

  2. 分子可分为 极性分子非极性分子
    1. 极性分子的正电中心和负电中心不重合,使分子的某一个部分呈正电性(),另一部分呈负电性 ()
    2. 非极性分子的正电中心和负电中心重合

分子的极性的判断

判断分子的极性可依据分子中化学键的极性的 向量和

  1. 只含非极性键 的分子一定是非极性分子

    如:

  2. 含极性键的分子有没有极性,必须依据分子中极性键的极性的 向量和是否等于零 而定。当分子中各个键的极性的向量和等于零时,是非极性分子,否则是极性分子

  1. 也可以根据 分子的正电中心和负电中心是否重合 来判断它是否是极性分子

快速判断方法:

  1. 化合价法: 型分子中,中心原子的化合价的绝对值 等于 该元素的价电子数 时该分子为非极性分子,此时分子的空间结构对称;若中心原子的化合价的绝对值不等于其价电子数,则分子的空间结构不对称,其分子为极性分子,具体实例如下:
    分子
    中心原子的化合价的绝对值
    该元素的价电子数
    分子极性非极性非极性非极性非极性极性极性极性
  2. 根据分子所含键的类型及分子立体构型判断
    分子所含原子个数键的极性键角立体构型分子极性
    单原子:非极性分子
    双原子:非极性键直线形非极性分子
    双原子:极性键直线形极性分子
    三原子:极性键极性分子
    三原子:极性键直线形非极性分子
    四原子:极性键平面正三角形非极性分子
    四原子:极性键三角锥形极性分子
    五原子:极性键正四面体形非极性分子
    五原子:极性键四面体形极性分子

键的极性对化学性质的影响

键的极性对物质的化学性质有重要影响。例如,羧酸是一大类含羧基()的有机酸,羧基可电离出 而呈酸性

羧酸的酸性可用 的大小来衡量, 越小,酸性越强。羧酸的酸性大小与其分子的组成和结构有关,如下表所示:

不同羧酸的

羧酸
丙酸()
乙酸()
甲酸()
氯乙酸()
二氯乙酸()
三氯乙酸()
三氟乙酸()

酸性至上而下由弱变强

三氟乙酸的酸性大于三氯乙酸酸性的原因:由于氟的电负性大于氯的电负性, 的极性大于 的极性,使 的极性大于 的极性,导致三氟乙酸的羧基中的羟基的极性更大,更易电离出氢离子

三氯乙酸的酸性大于二氯乙酸酸性的原因:由于 多一个氯原子,使 的极性大于 的极性, 导致三氯乙酸的羧基中的羟基的极性更大,更易电离出氢离子

甲酸的酸性大于乙酸酸性的原因:烃基()是推电子基团,烃基越长推电子效应越大,使羧基中的烃基的极性越小,羧酸的酸性越弱

「相似相溶」规则

非极性溶质一般能溶于非极性溶剂,极性溶质一般能溶于极性溶剂。如蔗糖、氨、水均是极性分子,、萘和碘均是非极性分子,蔗糖和氨易溶于水,难溶于 ,而萘和碘易溶于 ,难溶于水

相似相融规则是一条经验规则,并不绝对,如 既不溶于水,也难溶于苯

  1. 内因
    1. 物质自身的结构,「相似相溶」还适用于分子结构的相似性。如低级醇(甲醇、乙醇等)可以与水以任意比互溶,而戊醇的烃基较大,其中的一个 与水分子的一个 的相似因素小得多,在水中的溶解度明显减小
    2. 如果溶质和溶剂之间形成氢键,则溶质在溶剂中的溶解度比较大。如果溶质分子不能与水分子形成氢键,则在水中的溶解度就比较小
    3. 化学反应—溶质与溶剂反应可增大溶解度。如 反应生成 等。
  2. 外因
    1. 温度:一般来说,温度升高,固体物质的溶解度增大,气体物质的溶解度减小
    2. 压强:压强越大,气体的溶解度越大

分子的手性

  1. 手性异构体与手性分子
    具有完全相同的组成和原子排列的一对分子,如同左乎和右手一样互为镜像,在三维空间里不能叠合,互称手性异构体或对映异构体。有手性异构体的分子称为手性分子
  2. 手性分子的判断
    在一个有机物分子中,如果有 1 个碳原子分别连有 个不同的原子或基团,则该碳原子称为手性碳原子。名有手性碳原子的有机物分子即为手性分子。手性碳原子是产生手性的重要判断依据。
  3. 手性分子的用途
    1. 构成生命体的有机分子绝大多数为手性分子。互为手性异构体的两个分子的性质不同
    2. 生成手性药物、手性催化剂(手性催化例只催化或主要催化一种手性分子的合成)
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