化学键与分子结构2.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,第二节 共价键理论,2.1,现代价键理论,2.2,杂化轨道理论,2.3,价层电子对互斥理论,2.4,分子轨道理论,2.5,键参数,电子配对后，为什么不互相排斥？,路易斯（经典）共价键理论不能解释：,共价键的方向性和饱和性,许多化合物中，中心原子最外层电子数,8,如：,PCl,5,、,SF,6,、,IF,7,；有的,8,，如：,BF,3,离子键理论（,IBT,）虽能很好地说明离子化合物的形成和特征，但对大部分化合物比如,O,2,、,N,2,、,F,2,等，,H,2,O,、,HF,、,CH,4,、,NH,3,等难以作出合理的说明,.,1916,年，美国化学家路易斯,(Lewis),提出了经典的共价键理论,八,隅,律,，分子中原子间靠共用电子对形成稳定的,8,电子结构,1927,年，,Heitler,和,London,用量子力学处理,H,2,，才使共价键的本质获得初步解答。,1930,年，著名的美国化学家,Pauling,建立了现代价键理论,1931,年又提出了杂化轨道理论、价层电子对互斥理论。,1932,年，美国的另一个化学家,Meilgen,和德国化学家,Hund,提出分子轨道理论。,2.1,现代价键理论（,VBT,）电子配对法,E,0,D,R,r,o,从图中可以看出，,r=r,0,时，,E,值最小，,表明此时两个,H,原子之间形成了化学键。,H,2,分子中的化学键,结论：形成,H,2,关键在于电子自旋方向相反,。,基态分子,排斥态分子,现代价键理论,一、共价键的本质,基态氢分子,核间电子概率密度,大，形成负电区,两核吸引核间负电区，,形成共价键。,排斥态氢分子，核间电子概率密度几乎为零,，,不能成键。,在电子云分布上的差别：,现代价键理论,共价键的本质,：,由于原子相互接近时原子轨道重叠（即波函数叠加），自旋相反的电子配对，在两原子间共用，使能量降低而成键。,1.,电子配对原理,共价单键、,2.,能量最低原理,3.,原子轨道（,AO,）,最大重叠原理,AO,最大重叠有两个条件：,AO,对称性匹配,AO,重叠方向要适当,二、成键的原理,自旋相反，配对放出能量,共价双键、共价三键,现代价键理论,AO,对称性匹配,AO,重叠方向要适当,两个,的正或负必须相同（“,+”,与“,+”,，“,-”,与“,-”,），电子云密度才增加，体系能量才降低，分子才能稳定。,只有按一定的重叠方向，,AO,方能达到最大程度的重叠。,现代价键理论,三、共价键的特点,共价键的结合力,本质是电性吸引力,共价键的饱和性,一个原子有几个未成对的电子，,便与几个自旋相反的成单电子配对成键,.,如：,H,H,2,(,),(),原子轨道重叠多少共用电子对的数目和重叠方式,现代价键理论,共价键的方向性,各原子轨道在空间分布方向是固定的，为了满足轨道的最大程度重叠，原子间形成的共价键，当然有方向性。,共价键的方向性决定了分子的空间构型，进而影响分子的性质。,以,HCl,为例：,+,+,+,1s,z,+,3p,z,z,现代价键理论,四、共价键的键型,按,原子轨道,的重叠方式不同可分为：,1.,键：,键、,键、,配位,键,两个原子轨道沿键轴（,核间联线）,方向，以“头碰头”方式发生轨道最大重叠。,成键轨道重叠部分围绕键轴呈圆柱形对称分布。,原子轨道重叠的程度非常大，所以,键很牢固。,现代价键理论,2.,键：,成键,AO,沿垂直于键轴的方向，,以“肩并肩”方式重叠。,现代价键理论,键不会单独存在，它总是和,键相伴形成。,键不如,键键能大。,例如：讨论氮气分子中化学键的类型,N,2,分子的,3,个键，即,1,个 键,(p,x,-p,x,),，,2,个 键,(p,z,-p,z,，,p,y,-p,y,),。,现代价键理论,两个原子靠,2,个,e,-,形成的,键，,称之为,小,键，,又称之为,正常,键,；,两个原子靠,1,个,e,-,形成的,键,两个原子靠,3,个,e,-,形成的,键,3,个或,3,个以上原子形成的,键,称之,单电子,键,称之为,3e,-,小,键,称之为大,键,又叫离域大,键,现代价键理论,形成条件,：,成键原子一方提供孤对电子，另一方提供空轨道。,3.,配位键（共价键,里的一种特殊形式）,现代价键理论,所以,CO,的结构式可写为：,CO,中含有一个,键，一个,键，一个配位键。,现代价键理论,现代价键理论的先进性：,阐明了共价键的形成过程和本质,成功的解释了共价键的方向性和,饱和性,局限性,难以解释一些化合物分子的空间,构型。,无法解释,CH,4,的结构,为什么,H,2,O,的键角是,10418,，而不是,90,？,现代价键理论,1,、成键时能级相近的价电子轨道相混杂，形成新的价电子轨道,杂化轨道,一,.,基本要点,3,、杂化后轨道伸展方向，形状和能量发生改变,2,、杂化前后轨道数目不变,2.2,杂化轨道理论,（,HOT,）,在形成分子时，由于原子的相互影响，若干不同类型能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成一组新轨道，这种轨道重新组合的过程叫做杂化，所形成的新轨道称为杂化轨道。,如：一个,s,三个,p,轨道,可组合为四个,sp,3,杂化轨道,.,4,、,杂化轨道成键时要满足,AO,最大重叠原理即杂化轨道与其他,AO,进行重叠形成的键,往往是,键,.,5,、,杂化轨道与其他,AO,成键，要满足排斥作用最小原理,.,即杂化轨道与其他,AO,成键时有一定的方向和夹角,.,注意：原子轨道的杂化，只有在形成分子时才可能发生，孤立的原子是不可能杂化的。,杂化轨道理论,HOT,解释分子形成过程的步骤,“,四步曲”,基态、,激发态,、,杂化态、,成键态,.,激发,杂化,sp,3,杂化,杂化态,成键,4H,成键态,4,个（,sp,3,s,）,键,2s,2,C,基态,2p,2,2s,1,激发态,2p,3,Be,：,2s,2,2p,0,1,、,sp,杂化,Be,采用,两个,sp,杂化,轨道与两个氢原子的,1s,轨道重叠,生成,BeH,2,二、杂化方式,sp,sp,杂化,2p,以,BeH,2,为例,杂化轨道理论,BeH,2,的空间构型为直线形,H,H,Be,杂化轨道理论,中心原子的 一个,ns,和一个,np,轨道进行杂化，形成两个,sp,杂化轨道。,其特点是每个杂化轨道中,s,成分占,1/2,，,p,成分占,1/2,，,sp,轨道间的夹角为,180,，两个杂化轨道的空间构型为直线型，形成直线型结构的分子。,例子：,BeH,2,(g),CHCH,Ag(NH,3,),2,+,HgCl,2,.,sp,杂化,杂化轨道理论,2,、,sp,2,杂化,B,：,2s,2,2p,1,sp,2,sp,2,杂化,以,BF,3,为例,杂化轨道理论,基态,B,原子的结构,杂化轨道,sp,2,杂化,杂化轨道理论,BF,3,的空间构型为平面三角形,杂化轨道理论,中心原子的一个,ns,轨道和,2,个,np,轨道进行杂化形成,3,个,sp,2,杂化轨道。,其特点是：每个,sp,2,杂化轨道中的,s,成分占,1/3,，,p,轨道的成分占,2/3,，这样杂化形成的杂化轨道夹角为,120,，三个杂化轨道的空间构型为平面三角形，形成分子的构型为平面三角形结构。,例子：,BF,3,NO,3,-,CO,3,2-,SO,3,sp,2,杂化,杂化轨道理论,3,、,sp,3,杂化,C,：,2s,2,2p,2,sp,3,以,CH,4,为例,杂化轨道理论,sp,3,杂化,CH,4,中共价键形成,基态,C,原子的结构,杂化轨道,杂化轨道理论,CH,4,的空间构型为正四面体,杂化轨道理论,中心原子的一个,ns,轨道和,3,个,np,轨道进行杂化形成,4,个,sp,3,杂化轨道。,其特点是：每个,sp,3,杂化轨道中的,s,成分占,1/4,，,p,轨道的成分占,3/4,，采用这种杂化形成 的杂化轨道其夹角为,10928,，四个杂化轨道的构型为正四面体结构，但形成分子的构型既可能为,正四面体结构,，也可能为,三角锥结构,，还可能为,V,型结构。,例子：,CH,4,、,NH,4,+,、,SO,4,2-,、,PO,4,3,四面体结构,NH,3,、,NF,3,、,PCl,3,、,SO,3,2-,三角锥结构,H,2,O,、,H,2,S,、,OF,2,V,型结构,sp,3,杂化,杂化轨道理论,以,PCl,5,为例,P:,3s,2,3d,0,激发,杂化,4,、,sp,3,d,杂化,3p,3,sp,3,d,杂化轨道理论,sp,3,d,杂化,杂化轨道理论,中心原子的一个,ns,轨道、,3,个,np,和,1,个,nd,轨道进行杂化形成,5,个,sp,3,d,杂化轨道。,其特点是：每个,sp,3,d,杂化轨道中的,s,成分占,1/5,，,p,轨道的成分占,3/5,，,d,轨道的成分占,1/5,。采用这种杂化形成的杂化轨道其夹角为,90,、,120,和,180,，五个杂化轨道的构型为三角双锥结构，但形成分子的构型既可能为,三角双锥结构,，也可能为,T,型结构,，还可能为,直线结构等。,例子：,PCl,5,、,SF,4,、,TeCl,4,、,XeF,2,sp,3,d,杂化,杂化轨道理论,以,SF,6,为例,S,：,3s,2,3d,0,激发,杂化,5,、,sp,3,d,2,杂化,3p,4,杂化轨道理论,sp,3,d,2,杂化,杂化轨道理论,F,F,s,F,F,F,F,SF,6,为,正八面体结构,杂化轨道理论,中心原子的一个,ns,轨道、,3,个,np,和,2,个,nd,轨道进行杂化形成,6,个,sp,3,d,2,杂化轨道。,其特点是：每个,sp,3,d,2,杂化轨道中的,s,成分占,1/6,，,p,轨道的成分占,1/2,，,d,轨道的成分占,1/3,。采用这种杂化形成 的杂化轨道其夹角为,90,和,180,，六个杂化轨道的构型为正八面体结构，但形成分子的构型既可能为,正八面体结构,，也可能为,四角锥结构,，还可能为,平面正方形结构。,例子：,sp,3,d,2,杂化,SF,6,、,SiF,6,2-,八面体结构,BrF,5,、,IF,5,四角锥结构,XeF,4,、,ICl,4,平面正方形结构,杂化轨道理论,三、等性杂化,与不等性杂化,（,1,）等性杂化,所形成的杂化轨道成分相同，能量相同。,特点：参与杂化的原子轨道均是含有成单电子的轨道。,如：,CCl,4,CH,4,NH,4,+,等性,sp,3,杂化,SO,3,NO,3,-,BF,3,等性,sp,2,杂化,（,2,）不等性杂化,杂化轨道的成分不完全相同,NH,3,H,2,O OF,2,不等性,sp,3,杂化,NO,2,SO,2,不等性,sp,2,杂化,特点：参与杂化的原子轨道有的含有成对电子即孤对电子。,杂化轨道理论,不等性,sp,3,杂化,不等性,杂化轨道理论,不等性,sp,3,杂化,H,2,O,杂化轨道理论,（,3,）等性杂化与不等性杂化对分子性质的影响,.,结构的影响,CH,4,NH,3,H,2,O,OF,2,SO,4,2-,SO,3,2-,ClO,4,-,正四面体,三角锥,V,型,V,型,正四面体,三角锥,正四面体,键角的影响,CH,4,NH,3,H,2,O,键角,109,28,107,18,104,30,原因：,中心原子的孤电子对越多，彼此间的排斥作用大，,对成键电子对排斥作用大,，,因此键角变小,.,杂化轨道理论,例,6-1,试用杂化轨道理论解释下面问题：,NH,3,、,H,2,O,的键角为什么比,CH,4,小？,在,BCl,3,和,NCl,3,分子中，中心原子的氧化数和配体,数都相同，为什么两者的空间分子结构却不同？,杂化轨道理论,小结：杂化轨道的类型与分子的空间构型,杂化轨道类型,参加杂化的轨道,s+p,s+3p,s+2p,s+3p,杂化轨道数,2,4,4,3,杂化轨道构型,分子空间构型,直线形 三角形 四面体 三角锥,V,型,实例,中心原子,Be,(A),B,(A),C,Si,(A),N,P,(A),O,S,(A),Hg,(B),杂化轨道理论,