分子结构说明.pptx

上一章上一章讨论了原子的了原子的结构和性构和性质：结构构的的周周期期性性原原子子半半径径、得得失失e能能力力、电负性性、金金属属性与非金属性等的周期性性与非金属性等的周期性变化化然而，然而，化学更关心的是化学更关心的是分子的分子的结构和性构和性质分分子子是是由由原原子子组合合而而成成的的。是是保保持持物物质基基本本化化学学性性质的的最最小小微微粒粒，并并且且又又是是参参与与化化学学反反应的的基基本本单元元，分分子子的的性性质除除取取决决于于分分子子的的化化学学组成成外外，还取取决决于于分分子子的的结构。构。分分子子的的结构构通通常常包包括括两两方方面面内内容容：一一是是分分子子中中直直接接相相邻的的原原子子间的的强相相互互作作用用即即化化学学键，化化学学键的的成成键能能量量约为几几十十到到几几百百千千焦焦每每摩摩；二二是是分分子子中中的的原原子子在在空空间的排列，即的排列，即空空间构型构型。此此外外，在在相相邻的的分分子子间还存存在在一一种种较弱弱的的相相互互作作用用，其作用能其作用能约比化学比化学键小一、二个数量小一、二个数量级。物物质的性的性质决定于分子的性决定于分子的性质及分子及分子间的作用力，的作用力，而分子的性而分子的性质又是由分子的内部又是由分子的内部结构决定的，因此构决定的，因此研究分子中的化学研究分子中的化学键及分子及分子间的作用力的作用力对于了解物于了解物质的性的性质和和变化化规律具有重要意律具有重要意义。化学化学键按成按成键时电子运子运动状状态的不同，可分的不同，可分为离子离子键、共价、共价键（包括配位（包括配位键）和金属）和金属键三种基本三种基本类型。型。在在这三种三种类型化学型化学键中，以共价中，以共价键相相结合的化合物合的化合物占已知化合物的占已知化合物的90%以上，本章将在原子以上，本章将在原子结构的基构的基础上着重上着重讨论形成化学形成化学键的有关理的有关理论和和对分子构型分子构型的初步的初步认识，同同时对分子分子间的作用力作适当介的作用力作适当介绍。当原子相互结合后当原子相互结合后,性质将大不相同性质将大不相同,如如Cl:性性质质NaClCCl4HClCl2熔熔点点808-22.9-114.2-101.5常温状态常温状态slgg导导电电性性s不不不不不不不不水溶液水溶液导导不不导导不不(导导)熔融熔融导导不不不不不不为什么为什么Cl原子可以同一些原子化合原子可以同一些原子化合,而表现不同的性质而表现不同的性质?而与有些原子不能化合而与有些原子不能化合?一、经典共价键理论（一、经典共价键理论（路易斯路易斯理论理论）1基本思想基本思想：总结总结原子结构与元素性质的关系时原子结构与元素性质的关系时,发现当原发现当原子的子的ns、np原子轨道充满电子，即原子轨道充满电子，即原子的最外电子层成为原子的最外电子层成为8电子电子构构型，则该原子则不易与其它原子相化合型，则该原子则不易与其它原子相化合,也就是说也就是说:该电子该电子构型是稳定的构型是稳定的!当原子最外层不是当原子最外层不是8电子构型时电子构型时,原子之间原子之间可在化合后可在化合后所所形成的分子中，使每个形成的分子中，使每个原子都成为原子都成为8电子电子构型（构型（H原子为原子为2电子构型）后电子构型）后达到稳定达到稳定。当两个原子当两个原子均需得电子均需得电子才能达到才能达到8电子构型时，可各拿电子构型时，可各拿一个电子一个电子形成共用电子对形成共用电子对而达到而达到8电子电子构型。构型。2.概念概念：相邻的原子之间通过共用电子对（电子云重叠）：相邻的原子之间通过共用电子对（电子云重叠）而形成的强烈的相互作用，叫做共价键。而形成的强烈的相互作用，叫做共价键。3.分子分子结构的表示方法构的表示方法:电子式子式:用用“”或或“”表示出原子表示出原子最外最外层电子子数目以及它数目以及它们成成对情况的式子。可用来表示原子、情况的式子。可用来表示原子、分子和物分子和物质的形成的形成过程。例如：程。例如：结构式结构式:用用“”表示一对共用电子，用来表示分表示一对共用电子，用来表示分子中各原子连接方式的式子。子中各原子连接方式的式子。例如：例如：HH、ClCl、OCO路易斯结构式路易斯结构式：在结构式中把各原子最外层非共：在结构式中把各原子最外层非共用电子用用电子用“”表示出来的式子。表示出来的式子。例如：例如：4.经典价典价键理理论的的困困难两个两个电子配子配对后，后，为什么不相互排斥？什么不相互排斥？在有些共价化合物中，中心原子周在有些共价化合物中，中心原子周围的价的价电子子总数超数超过8,为什么仍然什么仍然稳定存在？定存在？经典共价典共价键理理论不能解不能解释为什么共价什么共价键有方向性和有方向性和饱和性和性?二、近代价二、近代价键理理论1.共价共价键形成的根本形成的根本动力是：原子中力是：原子中电子能子能级(体系能体系能量量)在形成分子后，会在形成分子后，会进一步一步降低降低：ABB原子A原子B分子AE1927年，年，Heitler和和London用量子力学方法用量子力学方法处理理H2，提提出了原子出了原子结合成分子的方法合成分子的方法.后来，后来，这一方法被推广一方法被推广应用于其他各种分子，从而形成了价用于其他各种分子，从而形成了价键理理论：2.方法：方法：对于于氢原子原子A和和B，分分别用用电子自旋平行子自旋平行的原的原子波函数以及子波函数以及电子自旋反平行子自旋反平行的波函数的波函数结合合,研究两核研究两核靠近靠近过程中程中,体系的能量和体系的能量和电子云的子云的变化情况，得到：化情况，得到：RERe A BRABB RABA|2原子间电子云不重原子间电子云不重叠叠推斥态推斥态，使原子，使原子远离，分子能量远离，分子能量 不成键不成键原子间电子云重叠原子间电子云重叠吸引态吸引态，使原子靠，使原子靠近，分子能量近，分子能量成成键键3.价键理论要点价键理论要点自旋相反的单电子配对成键自旋相反的单电子配对成键/有单电子的原子靠近时，有单电子的原子靠近时，电子以自旋相反的方式配对成键电子以自旋相反的方式配对成键。有多少单电子有多少单电子,能形能形成多少个键成多少个键化学键的化学键的饱和性饱和性,形成的共价键越多，则形成的共价键越多，则体系能量越低，形成的分子越稳定。因此，各原子中的体系能量越低，形成的分子越稳定。因此，各原子中的未成对电子尽可能多地形成共价键。未成对电子尽可能多地形成共价键。原子形成分子时，按原子形成分子时，按电子云重叠最大电子云重叠最大的方向成键的方向成键化化学键的学键的方向性方向性原子轨道同号重叠原子轨道同号重叠;价价轨道能量接近轨道能量接近原则原则(都容易满都容易满足足)4.共价键的两种类型：共价键的两种类型：键键和和 键键键键：沿沿着着键键轴轴的的方方向向，发发生生“头头碰碰头头”原原子子轨轨道道的的重叠而形成的共价键，称为重叠而形成的共价键，称为键。键。键键：原原子子轨轨道道以以“肩肩碰碰肩肩”的的方方式式发发生生重重叠叠而而形形成成的共价键，称为的共价键，称为键。键。成键分析：对于含有单的成键分析：对于含有单的s电子或单的电子或单的p电子的原子，电子的原子，它们可以通过它们可以通过s-s、s-p、p-p等轨道重叠形成共价键。等轨道重叠形成共价键。为了达到原子轨道最大程度重叠，其中为了达到原子轨道最大程度重叠，其中s-s、s-p和和p-p轨道轨道沿着键轴沿着键轴即成键两原子核间的连线即成键两原子核间的连线，如，如图所示，图所示，形成的共价键，这种共价键为形成的共价键，这种共价键为键键当当px-px轨道沿着键轴轨道沿着键轴即成键两原子核间的连线，形即成键两原子核间的连线，形成的共价键成的共价键(键键),则则py-py、pz-pz只能以只能以“肩并肩肩并肩”方式进行重叠时，如图所示，也可形成共价键，方式进行重叠时，如图所示，也可形成共价键，这种这种共价键为共价键为键键等等，则不允许：异号非最大重叠+yxy-+-yxy-+yxy+-yx+-二者都满足:最大重叠、同号重叠。而键(头对头)电子云在核连线(轴线)上密度最大 键(肩并肩)电子云在与核连线垂直的平面上密度最大yx+-如：如：N2分子：分子：N1s22s22p3(2px12py12pz1)N1N2N1N2N1N2yxyzxzyzxyxy键(p-p)键(xy平面)键(xz平面)所以，所以，NN中有中有1个个 键键和和2个相互个相互 的的 键，键，结合牢结合牢固固注意：由于注意：由于pxpypz在空间互为在空间互为90夹角，一个夹角，一个 键形成后，键形成后，另二个只能形成另二个只能形成 键，而键，而不可能再形成不可能再形成 键；键；此外此外,对于对于N2分子分子,因是双重因是双重 键键,核间电子云密度大核间电子云密度大,键长短键长短,性性质很稳定质很稳定固氮固氮(空气中空气中)技术至今是一个大课题。技术至今是一个大课题。多多数数情情况况下下，由由于于键键的的轨轨道道重重叠叠程程度度比比键键的的轨轨道道重重叠叠程程度度大大，因因而而键键比比键键牢牢固固。键键较较易易断断开开，化化学学活活泼泼性性强强，一一般般它它是是与与键键共共存存于于具具有有双双键键或或叁叁键键的的分子中。分子中。键键是是构构成成分分子子的的骨骨架架，可可单单独独存存在在于于两两原原子子间间，以以共共价价键键结结合合的的两两原原子子间间只只可可能能有有1个个键键。共共价价单单键键一一般般是是键键，双双键键中中有有1个个键键和和1个个键键，叁叁键键中中有有1个个键键和和2个个键键。因因在在主主量量子子数数相相同同的的原原子子轨轨道道中中，p轨轨道道沿沿键键轴轴方方向向的的重重叠叠程程度度较较s轨轨道道的的大大，所所以以一一般般地地说说，p-p重重叠叠形形成成的的键键（可可记记为为p-p）比比s-s重重叠叠形形成成的的键（可记为键（可记为s-s）牢固。）牢固。正常共价正常共价键和和配位共价配位共价键根据成根据成键原子原子提供提供电子子形成共用形成共用电子子对方式的不同，方式的不同，共价共价键可分可分为正常共价正常共价键和配位共价和配位共价键.正常共价正常共价键:如果共价如果共价键是是由成由成键两原子各两原子各提供提供1个个电子子配配对成成键的，称的，称为正常共价正常共价键，如，如H2、O2、HCl等分子等分子中的共价中的共价键。配位共价配位共价键:如果共价如果共价键的形成是的形成是由成由成键两原子中的一两原子中的一个个原子原子单独提供独提供电子子对进入另入另一个原子的空一个原子的空轨道道共用而共用而成成键，这种共价种共价键称称为配位共价配位共价键简称称配位配位键。通常通常为区区别于正常共价于正常共价键，配位，配位键用用“”表示，箭表示，箭头从提供从提供电子子对的原子指向接受的原子指向接受电子子对的原子的原子CO：C:1s22s22px12py12pz0O:1s22s22px12py12pz2C:e接受体O:e给予体CO又如：又如：NH4+中，中，NH3中中N上的上的孤对孤对e提供给提供给H+离子离子这种化学键还普遍存在于这种化学键还普遍存在于配位化合物配位化合物中中配位化合物的名称即由于配位化合物的名称即由于配位键配位键而来而来实实 例例 分分 析析：分分 析析 CO分分 子子 中中 化化 学学 键键 成成 分分 在在CO分分子子中中，O原原子子除除了了以以2个个单单的的2p电电子子与与C原原子子的的2个个单单的的2p电电子子形形成成1个个键键和和1个个键键外外，还还单单独独提提供供一一孤孤对对电电子子进进入入C原原子子的的1个个2p空空轨轨道道共共用用，形形成成1个配位键，个配位键，配位配位键必必须同同时具具备两个条件两个条件：一：一个成个成键原子的价原子的价电子子层有有孤孤对电子子；另一个成；另一个成键原子的价原子的价电子子层有有空空轨道道。配位。配位键的形成方式的形成方式虽和正常共价和正常共价键不同，不同，但形成以后，两者是但形成以后，两者是没有区没有区别的。的。化学化学键重叠有大有小，重叠有大有小，强弱如何衡量？弱如何衡量？键的方向性的方向性又有何意又有何意义？5.键参数参数键能能我我们知道，原子知道，原子变成分子，体系能量要降低成分子，体系能量要降低.打开或打开或破坏化学破坏化学键自然需要能量自然需要能量键能能键能能定定义：在一定条件以及：在一定条件以及298.15K下下拆开拆开1mol的的AB分子，分子，变成成A(g)+B(g)所需要的能所需要的能量量570F-H736C=O431H-Cl343F-N326C-Cl244Cl-Cl158F-F360C-O142O-O946NN305C-N159N-N368S-H414C-H837CC464O-H264S-S611C=C134N-Cl150II347C-C389N-H192Br-Br436H-H键能键能/kJmol-1键键键能键能/kJmol-1键键键能键能/kJmol-1键键一些典型化学键的键能一些典型化学键的键能键能的大小是键强弱的标志。一般键能的大小是键强弱的标志。一般:三键键能三键键能双键双键单键单键,且且双双2单键单键,三三3单键单键键长键长分分子子中中，相相邻邻两两个个原原子子间间的的平平衡衡核核间间距距,即即两两个个原原子子共共价价半径之和半径之和.一一般般,双双键键、三三键键比比单单键键短短;键键能能大大的的键键比比键键能能小小的的键键长长短短键角键角多原子分子多原子分子中，相连的三个原子间两个化学键的夹角中，相连的三个原子间两个化学键的夹角按按VB理理论论,电电子子云云最最大大重重叠叠只只能能在在一一定定方方向向上上才才能能形形成成,因此，存在键角因此，存在键角如如:SO2CO2C6H6H2ONH3CH4119.3o180o120o104.5o107.3o109.47o键长和和键角角(包括二面角包括二面角)决定分子的空决定分子的空间几何构型是在几何构型是在分子水平研究分子性分子水平研究分子性质的重要数据的重要数据目前目前实验和量子化学和量子化学计算都可以确定分子的几何构型算都可以确定分子的几何构型键的极性的极性:共用共用电子子对的偏移程度的偏移程度我我们可以用两个原子可以用两个原子电负性的差性的差值来表示的来表示的键的极性的极性成成键原子的原子的电负性差性差值越大，越大，键的极性越大的极性越大键的极性是有方向的的极性是有方向的，如，如NH或或NF，是从，是从正正电荷荷指指向向负电荷荷6.存在的存在的问题:根据根据VB理理论，以上分子的，以上分子的键角数据都不可解角数据都不可解释！因因为键角角顶点中心原子的未成点中心原子的未成对(单)价价电子在不同的子在不同的p轨道上，道上，键角都角都应该接近接近90o另外，另外，C的的单电子只有子只有2个，与个，与H结合，合，应只能形成只能形成CH2而不是而不是CH4要解释这些问题要解释这些问题,使使VB理论得到发展理论得到发展,有科学家提出有科学家提出杂杂化轨道理论化轨道理论：三、三、杂化轨道理论与分子的空间构型杂化轨道理论与分子的空间构型原子在相互结合成键过程中原子在相互结合成键过程中,原来原来(能量接近能量接近)的原子轨的原子轨道要道要重新混合重新混合,形成新的原子轨道形成新的原子轨道,称为称为杂化轨道杂化轨道原子原子轨道重新混合的现象，称为原子轨道的轨道重新混合的现象，称为原子轨道的杂化杂化如如s与与p亚亚层层的的能能量量就就接接近近,因因此此可可杂杂化化s+px电电子子云云杂化.exe1、理、理论要点：要点：成成键原子中几个原子中几个能量相近能量相近的的轨道道杂化成新的化成新的杂化化轨道道参加参加杂化的原子化的原子轨道数道数=杂化后的化后的杂化化轨道数。道数。总能能量不量不变；杂化化时轨道上的成道上的成对电子被激子被激发到空到空轨道上成道上成为单电子，需要的能量可以由成子，需要的能量可以由成键时释放的能量放的能量补偿。杂化化轨道也是道也是原子原子轨道道，因此，按，因此，按VBVB理理论，它，它们可以与可以与其他原子的其他原子的单电子配子配对成成键且且杂化化轨道道全部都用于形成全部都用于形成 键杂化化轨道的空道的空间伸展方向要按一定伸展方向要按一定规律律发生生变化化杂化的原因是：静化的原因是：静电排斥作用，使得排斥作用，使得带同种同种电荷的原子荷的原子 或化学或化学键尽可能尽可能远离，离，体系能量体系能量进一步一步降低降低也使各化学也使各化学键在空在空间的伸展方向尽可能均匀和的伸展方向尽可能均匀和对称称,如如:COCO2 2 SO SO2 2 H H2 2O NHO NH3 3 等等等等VBTVBT预期期:而实际为：而实际为：在杂化过程中，有些原子已成对的价电子甚至可以在吸在杂化过程中，有些原子已成对的价电子甚至可以在吸收很小能量的代价下，激发成为单电子从而可形成更多收很小能量的代价下，激发成为单电子从而可形成更多的化学键的化学键,使体系的总能量大幅度降低使体系的总能量大幅度降低如如:BH3(BF3),B:1s22s22p1激发激发1s22s12p2从只能形成从只能形成单键单键的情况的情况形成形成三个键三个键HgCl2，Hg:6s26s16p1从不能成键从不能成键形成形成两个键两个键CH4和所有有机化合物中的和所有有机化合物中的C:2s22p22s12p3(四个键四个键)因此因此,在杂化过程中在杂化过程中,用于形成化学键的原子轨道用于形成化学键的原子轨道(即即杂化轨道杂化轨道)方向方向要发生变化要发生变化;中心原子一般中心原子一般有电子激发有电子激发(不不等性杂化无电子激发等性杂化无电子激发)2、杂化轨道的种类、杂化轨道的种类按参加杂化的轨道分类按参加杂化的轨道分类sp型：型：sp杂化、杂化、sp2杂化和杂化和sp3杂化杂化spd型：型：sp3d杂化、杂化、sp3d2杂化杂化按杂化轨道能量是否一致分类按杂化轨道能量是否一致分类:无孤对无孤对e参与的杂化各轨道能量相等参与的杂化各轨道能量相等,称为称为等性杂化等性杂化有孤对有孤对e参与的杂化各轨道能量不等参与的杂化各轨道能量不等,称为称为不等性杂化不等性杂化杂化的类型有：杂化的类型有：等性等性sp、等性等性sp2、等性等性sp3及及不等性不等性sp3等等等性等性杂化，化，如如C的的sp3杂化：化：4个个sp杂化轨道能量一致杂化轨道能量一致。形成形成3个能量相等的个能量相等的sp杂化轨道，属于等性杂化。杂化轨道，属于等性杂化。判断是否是等性杂化，要看各条杂化轨道的能量是否判断是否是等性杂化，要看各条杂化轨道的能量是否相等，不看未参加杂化的轨道的能量。相等，不看未参加杂化的轨道的能量。3.杂化轨道的形状：杂化轨道的形状：各种杂化轨道在空间的几何分布各种杂化轨道在空间的几何分布杂化方式杂化方式杂化轨道几何构型杂化轨道几何构型相邻各杂化轨道间夹角相邻各杂化轨道间夹角sp直线型直线型180 sp2平面三角形平面三角形120 sp3正四面体正四面体109 28 sp3d三角双锥三角双锥90（轴与平面）（轴与平面）120（平面内）（平面内）180（轴向）（轴向）sp3d2正八面体正八面体90（轴与平面、平面内）（轴与平面、平面内）180（轴向）（轴向）4.4.下面下面举例例说明各种明各种杂化化轨道的道的成成键特征特征(分子空分子空间构型构型)spsp 杂化化 BeCl BeCl2 2分子，直分子，直线形，用形，用杂化化轨道理道理论分析其成分析其成键情情 况，况，说明直明直线形的原因。形的原因。BeBe：1 1s s2 22 2s s2 22 2p p0 02条sp杂化轨道是直线形分布，分别与2个Cl的3p轨道成键，故分子为直线形。sp杂化，杂化，sp-1s，sp-sp均为均为键。键。C中未杂化的中未杂化的py与另一与另一C中未杂化的中未杂化的py沿纸面方向形成沿纸面方向形成键；而键；而pz与与pz沿与纸面垂沿与纸面垂直的方向形成直的方向形成键。键。sp2杂化化BCl3平面三角形构型，平面三角形构型，B的的3个个sp2杂化化轨道呈三角道呈三角形分布，分形分布，分别与与3个个Cl的的3p成成键，分子构型，分子构型为三角形。属于三角形。属于sp2杂化。化。乙烯C发生sp2杂化，sp2杂化轨道与sp2杂化轨道形成1个CC键，sp2杂化轨道与H的1s轨道形成4个CH键；未杂化的p轨道之间形成键，故分子中有碳碳双键存在。sp3杂化化甲甲烷C发生生sp3杂化，化，4个个轨道呈正四面体道呈正四面体分布，分布，4个个sp3杂化化轨道分道分别与与4个个H的的1s轨道形成道形成键，因没有未，因没有未杂化的化的电子（子（轨道），道），故故CH4分子中无双分子中无双键。s-p-d杂化化PCl5三角双三角双锥，P：1s22s22p63s23p33d 05个个sp3d杂化轨道呈三角双锥形分布，分别与杂化轨道呈三角双锥形分布，分别与5个个Cl的的3p成成键。空间图形为：键。空间图形为：不等性杂化不等性杂化H2OO发生发生sp3不等性杂化：不等性杂化：两个含单电子的两个含单电子的sp3杂化轨道与杂化轨道与2个个H的的1s轨道形成轨道形成键，键，含孤电子对的两个含孤电子对的两个sp3杂化轨道不成键，故水呈杂化轨道不成键，故水呈V形结形结构。水分子中的构。水分子中的OH键的夹角本应为键的夹角本应为10928，但由于，但由于孤电子对的斥力，键角变小，为孤电子对的斥力，键角变小，为10445。NH3N发生生sp3不等性不等性杂化：化：单电子占据的单电子占据的sp3杂化轨道分别与杂化轨道分别与H的的1s成成键，孤对键，孤对电子占据的电子占据的sp3单独占据四面体的一个顶角。由于孤对单独占据四面体的一个顶角。由于孤对电子的影响，电子的影响，HNH键的键角小于键的键角小于10928，为，为10718。杂化类型与杂化轨道空间伸展方向分子VB预期实验构型中心原子电子排布杂化轨道形状/方向空间构型杂化类型夹角/数目其它分子CO290o180oC:2s22p2e激发2s12p3直线sp杂化180o两条CS2C2H2HgF2BeCl2等HgCl2无180oHg:6s2e激发6s16p1直线无BF3BFBF3120oB:2s22p1e激2s12p2平面正三角形sp2杂化120o3条BH3、BCl3AlCl3,C2H4、C6H6等CH4CH290oCH4109.5oC:2s22p2e激发2s12p3正四面体等性sp3杂化109.47o4条SiH4,CCl4SiF4等NH390oNH3107.3oN:2s22p3三角锥型不等性sp3杂化109.5o4条,键3NF3,PH3PCl3等H2O90o104.5oO:2s22p4角形不等性sp3杂化109.5o4条,键2H2S,OF2Cl2O等H2O的键角104.5o,NH3的107.3o是由于孤对e压缩X-H键1对e从109.47o至107.3o，2对e至104.5o许多类似分子的构型可以推而广之，即中心原子处于同一族时，杂化类型相同见表中其它分子此外如:HCNH2O2C6H6SF6(正八面体)sp,2 不等性sp3sp2d2sp3中心原子杂化类型5.判断分子中原子是否杂化和采用何种杂化的原则是:有机分子中有机分子中C原子都杂化原子都杂化，因为，因为C总是总是4价而不是价而不是2价价化学化学键数目超过中心原子的单电子数键数目超过中心原子的单电子数，也都杂化如，也都杂化如HgCl2、BCl3实测几何构型与几何构型与VB理理论预期不符合期不符合时如如H2O、NH3；记住住这2个特例个特例,推断其它推断其它,举一反一反三三杂化化轨道都形成道都形成 键因因为：VB要求最大重叠，而除要求最大重叠，而除s外，外，p只能只能头对头1个个和肩并肩。肩并肩要求和肩并肩。肩并肩要求轨道平行，而道平行，而1条条杂化化轨道一道一旦形成旦形成 键，其余并不具，其余并不具备相互平行的条件相互平行的条件又因又因为两个原子之两个原子之间只能有一个只能有一个 键，所以，所以中心原子与中心原子与多少个其它原子相多少个其它原子相连接，必定有多少个接，必定有多少个 键，这便是便是杂化化轨道的数目道的数目我我们已已经十分清楚：十分清楚：对于等性于等性杂化，化，sp、sp2、sp3分分别有有2、3、4条条杂化化轨道；反之，有道；反之，有2、3、4条条杂化化轨道，道，必然必然对应sp、sp2、sp3杂化化解：解：由于分子中由于分子中C1和和C2分分别连接接4个和个和3个个其它原子其它原子因此因此杂化化轨道数分道数分别是是4和和3,从而从而C1采取采取sp3和和C2采取采取sp2杂化化由此可以确定由此可以确定C1周周围的的键角接近角接近109o28;C2周周围的的键角角接近接近120o分子形状如分子形状如图所示所示:HH|H C1 C2 O|H120o109.5o例：例：判断判断CH3CHO的结构式、各键角的近似值的结构式、各键角的近似值,画出分画出分子形状示意图子形状示意图杂化化轨道理道理论的引入解决了共价的引入解决了共价键的的饱和性和方向性。和性和方向性。实际上只有上只有已知分子几何构型已知分子几何构型，才能确定中心原子的，才能确定中心原子的杂化化类型。型。例如：例如：BF3和和NF3，前者，前者为平面三角形，后者平面三角形，后者为三角三角锥型，我型，我们就可以推断就可以推断BF3中的中的B原子采取原子采取sp2杂化，化，NF3中中的原子采取的原子采取sp3杂化。化。在不同的分子或原子在不同的分子或原子团中，中，同一种同一种中心原子在中心原子在不同共价不同共价分子分子中可以中可以采取不同的采取不同的杂化化类型型。例如：例如：P原子原子PCl3(sp3)、PCl5(sp3d)、PCl4+(sp3)、PCl6-（sp3d2）；）；C原子原子C2H6（sp3）、）、C2H4（sp2）、）、C2H2（sp）。）。那么如何来推那么如何来推测共价分子的几何构型呢？共价分子的几何构型呢？四、价四、价层电子子对互斥理互斥理论（VSEPR)1940年年Sidgwick提出价提出价层电子子对互斥理互斥理论，用以判断，用以判断分子的几何构型分子的几何构型.。在分子。在分子ABn中，中，A称称为中心原子中心原子，B称称为配体配体，n叫做叫做配体数配体数，B均与均与A以以共价共价键相相结合。合。这里里讨论的的ABn型分子中型分子中,A为主族元素的原子或离子主族元素的原子或离子。1基本要点：基本要点：ABn型分子或离子的空型分子或离子的空间构型（即几何构型）构型（即几何构型）总是是采取使采取使A的的价价层电子子对间尽可能尽可能远离离以使相互斥力最以使相互斥力最小的那种几何构型；小的那种几何构型；分子构型与价分子构型与价层电子子对数有关数有关价价层电子子对=键电子子对+孤孤对电子子分子中若有重分子中若有重键（双、（双、叁键）均）均视为一个一个电子子对；电子子对之之间的斥力大小的斥力大小顺序：序：孤孤对电子子对与孤与孤对电子子对间斥力孤斥力孤对与与键对间键对与与键对间；键对电子子对之之间斥力大小斥力大小顺序序叁键与与叁键叁数与双数与双键双双键与双与双键双双键与与单键单与与单键。2判断共价分子空判断共价分子空间构型的一般构型的一般规则经验总结计算中心原子算中心原子A的价的价层电子子总数和数和对数数VP=(A的价的价电子数子数+B提供的价提供的价电子数子数离子离子电荷数荷数)2式中：式中：A的价的价电子数子数=主族序数，主族序数，例如：硼例如：硼B3,C4,N5,O6,X7,稀有气体稀有气体8B提供的价提供的价电子数：子数：H与与卤素：素：1，O与与S为0，例如：例如：SO42-VP=(6+0+2)/2=4注意注意:中心原子价中心原子价层电子子总数等于中心数等于中心A的价的价电子数加上子数加上配体在成配体在成键过程中提供的程中提供的电子数子数,如如CCl4中中电子数：子数：4+14=8氧族元素做中心原子氧族元素做中心原子时:价价电子数子数为6,如如H2O,H2S，做配体做配体时：提供：提供电子数子数为0，如在，如在CO2中。中。处理离子体系理离子体系时,要加减离子价要加减离子价，如：，如：PO43-中中5+04+3=8，NH4+中中5+141=8总数除以数除以2，得，得电子子对数：数：总数数为奇数奇数时，对数数进1，例如：，例如：总数数为9，对数数为5例：例：IF5价价层电子子对数数为7+（51）2=6对PO43-价价层电子子对数数为5+（04）+32=4对NO2价价层电子子对数数为5+02=2.53对计算中心原子算中心原子A的价的价层孤孤对电子子对数数Lp=(A的价的价层电子数子数B的的单电子数子数离子离子电荷数荷数)2例如例如:IF5Lp=7(51)2=1NH4+Lp=（51）（）（41）2=0PO43Lp=（5+3）（）（42）2=0SO42Lp=（6+2）（）（42）2=0NO2Lp=5（22）2=0.51SO32Lp=（6+2）（）（32）2=1确定确定电子对电子对空间构型：空间构型：电子对相互排斥，在空间达到平衡的取向方式电子对相互排斥，在空间达到平衡的取向方式分子分子的几何构型的初步确定的几何构型的初步确定分子的几何构型与分子的几何构型与电子子对构型的关系构型的关系若若配体数和配体数和电子子对数一致数一致，则各各电子子对均均为成成键电对，那么那么分子构型和分子构型和电子子对构型一致构型一致。配体数不可能大于配体数不可能大于电子子对数数.当配体数少于当配体数少于电子子对数数时，一部分一部分电子子对成成为成成键电子子对，另，另一部分一部分电子成子成为孤孤对电子子，确定出孤，确定出孤对电子的位置，分子构型才能确定子的位置，分子构型才能确定。价层电子价层电子对数对数VP23456电子对的电子对的空间构型空间构型直线形直线形平面三角形平面三角形四面体四面体三角双锥三角双锥八面体八面体实例实例BeH2BF3CH4PCl5SF6VP23456分子空分子空间构型间构型直线型直线型三角形三角形四面体四面体三角双三角双锥锥八面体八面体孤孤对对电电子子LP=0，分分子子的的空空间间构构型型与与电电子子对对空空间间构构型型相同。例如：相同。例如：LP0，分子空间构型不同于电子对构型VP LP电子对构型分子空间构型例20BeCl230BF31SnCl2VP LP电子对构型分子空间构型例40CCl41NH32H2OVP LP电子对构型分子空间构型例51SF42ClF33XeF2VP LP电子对构型分子空间构型例60SF61BrF52XeF4孤对电子的位置孤对电子的位置：原则上应处于斥力最小的位置：原则上应处于斥力最小的位置上。例如，在三角双锥构型中，孤对电子应处于水上。例如，在三角双锥构型中，孤对电子应处于水平方向三角形的某顶点。平方向三角形的某顶点。例：例：SFSF4 4分子中分子中S S的一对孤对的一对孤对 电子处于水平方向三电子处于水平方向三角形的顶点，使分子构型成为变形四面体（又称为角形的顶点，使分子构型成为变形四面体（又称为跷跷板形）。跷跷板形）。SF4LP-VP成成90角的个数角的个数23相对斥力相对斥力小小大大构型稳定性构型稳定性稳定稳定不稳定不稳定思考：思考：I3-是哪种空是哪种空间构型？构型？3影响影响键角的因素角的因素孤孤对电子的影响子的影响孤孤对电子的子的负电集中集中，可以，可以排斥排斥其余其余成成键电对，使，使键角角变小小，NH3的的4对电子构型子构型为四面体，分子构型四面体，分子构型为三三角角锥。键角角HNH为107，这是由于孤是由于孤对电子子对NH成成键电对的排斥，使的排斥，使10928变小小,成成为107。中心原子中心原子电负性的影响性的影响化合物化合物键角键角键角变化键角变化原因原因NH3HNH=107依依次次减减小小配体一致，中心原子电负性配体一致，中心原子电负性大，使共用电子对偏向中心，大，使共用电子对偏向中心，相互间斥力使键角变大。故相互间斥力使键角变大。故NH3中中HNH大些，而大些，而SbH3中中HSbH小些。小些。PH3HPH=93AsH3HAsH=92SbH3HSbH=91配体配体电负性的影响性的影响中心原子相同，配体中心原子相同，配体电负性大性大时，电子子对距离中心距离中心原子原子远，键角可以小些，故有：角可以小些，故有：孤孤对电子位置的确定。子位置的确定。孤孤对电子的位置若有两种或两种以上的位置可供考子的位置若有两种或两种以上的位置可供考虑时，应选择斥力易于平衡位置，要避免的是斥力大斥力易于平衡位置，要避免的是斥力大的情况。而斥力大小和两种因素有关：的情况。而斥力大小和两种因素有关：角度小，角度小，电对距离近，斥力大；距离近，斥力大；角度相同角度相同时，孤孤对孤孤对的斥力最大。因的斥力最大。因为负电集中，集中，孤孤对成成键斥力次之，而斥力次之，而成成键电对成成键电对之之间斥力最小，因斥力最小，因为有配体原子核所有配体原子核所带正正电来分散来分散电子子对的的负电性。性。乙种乙种稳定，称定，称“T”字型字型90角的分布角的分布甲甲乙乙丙丙孤对孤对孤对孤对001孤对成键孤对成键643成键成键成键成键022例例1.利用价利用价层电子子对互斥理互斥理论判断下列分子和离子的几判断下列分子和离子的几何构型：何构型：AlCl3H2SSO32-NH4+NO2IF3解解题思路思路:根据价根据价层电子子对互斥理互斥理论,计算中心原子算中心原子单电子个数子个数,价价层电子子对数数,孤孤对电子子对数数,进而判断分子的而判断分子的构型构型(注意注意:必必须考考虑离子的价离子的价态!)例例2.利用价利用价层电子子对互斥理互斥理论判断下列分子和离子的几判断下列分子和离子的几何构型何构型:PCl4+、PCl5、PCl6答案：正四面体三角双锥正八面体多重键的处理多重键的处理某配体（非某配体（非VIA族）与中心之间有双键和三键时，价层族）与中心之间有双键和三键时，价层电子对数减电子对数减1或或2。如乙烯如乙烯H2C=CH2以左碳为中心以左碳为中心电子总数电子总数4x28，4对，对，减减1，3对对,为三配体，为三配体，呈平面三角形：呈平面三角形：氧、硫作氧、硫作为配体配体时,不提供共用不提供共用电子子,是因是因为端基氧或硫端基氧或硫,形成的双形成的双键,要求减去一要求减去一对价价电子子,非端基氧或硫非端基氧或硫,要将要将O或或S的价的价电子子计入其中入其中,如在如在H2CO3中中,C为中心中心,价价电子子为：4(C)+21(O)=6,价价电对=3,电子子对构型和分子构构型和分子构型一致型一致,为三角形。三角形。4.轨道杂化理论轨道杂化理论和价层电子对互斥理论和价层电子对互斥理论的关系的关系在电子配对法的基础上发展起来的轨道杂化理论，能很在电子配对法的基础上发展起来的轨道杂化理论，能很好地好地解释共价键的方向及分子的构型解释共价键的方向及分子的构型。但是，轨道杂化。但是，轨道杂化理论只能根据已知的构型说明成键特性解释分子构型理论只能根据已知的构型说明成键特性解释分子构型,而而无法预测无法预测某种分子具体呈什么形状，或是某原子成键某种分子具体呈什么形状，或是某原子成键时应采用什么样的杂化方式。价层电子对互斥理论则时应采用什么样的杂化方式。价层电子对互斥理论则能能根据分子式而推出分子的构型根据分子式而推出分子的构型。价层电子对互斥理论可。价层电子对互斥理论可以说是轨道杂化理论的一种以说是轨道杂化理论的一种逆运算逆运算。有了这两种理论的。有了这两种理论的互补，化学才可以很好的解释并推算分子构型。互补，化学才可以很好的解释并推算分子构型。所有分子的杂化类型和几何构型总结如下表：所有分子的杂化类型和几何构型总结如下表：价层电价层电子对数子对数杂杂化化类类型型分分子子类类型型分子几何构型分子几何构型实实例例2spAB2直线型直线型CO2CS23sp2AB3平面三角形平面三角形BF3NPCl2AB2EV型型SO2ONCl价层电价层电子对数子对数杂杂化化类类型型分分子子类类型型分子几何构型分子几何构型实实例例4sp3AB4正四面体正四面体XeO4CCl4AB3E三角锥型三角锥型NCl3AsH3AB2E2V型型H2OOF25sp3dAB5三角双锥三角双锥PCl5AsCl5A