实验二十二 分子的立体构型和分子的性质

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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、Cs、Cn、Cnv群的分子有偶极矩，属于Ci、Sn、Cnh、Dn、Dnh、Dnd、Td 和Oh群的分子无偶极矩。 分子是否具有旋光性的判据：有象转轴Sn的分子无旋光性，无象转轴Sn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

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 ， PtCl4，PCl5，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。

2-

，，

Cl，，

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

分子 对称轴 H2O2 NF3 BF3 C2H6 重叠式 交叉式 任意式 对称元素及数目 镜面 i 点群 偶极矩 旋光性 3

CH3CCl（扭曲式） 3CH4 CH3Cl CH2Cl2 分子 对称轴 CHCl3 PtCl42- PCl5 Cl 对称元素及数目 镜面 点群 偶极矩 旋光性 i C6H12 船式 椅式 SF6

[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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