江苏省级高中化学竞赛辅导第1讲：原子结构与分子结构(郭琦)ppt课件.ppt

我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物原子结构与分子结构原子结构与分子结构 江苏教育学院化学系江苏教育学院化学系 郭郭 琦琦我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 必备知识波函数和原子轨道 薛定谔方程薛定谔方程波函数和原子轨道波函数和原子轨道 一定的波函数表示电子的一种运动状一定的波函数表示电子的一种运动状态，状态态，状态轨道。轨道。 波函数叫做原子轨道，即波函数与原波函数叫做原子轨道，即波函数与原子轨道是同义词。子轨道是同义词。 0V)(Ehm8zyx22222222我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物波函数的意义 原子核外电子的一种运动状态原子核外电子的一种运动状态 每一个波函数都有对应的能量每一个波函数都有对应的能量 E E 波函数波函数没有明确的直观的物理意义没有明确的直观的物理意义, ,但波函数绝对值的平方但波函数绝对值的平方|2 2却有明却有明确的物理意义确的物理意义 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物从薛定谔方程中求出的具体函数形式，即为方程的从薛定谔方程中求出的具体函数形式，即为方程的解。它是一个包含解。它是一个包含n l m n l m 三个常数项的三变量（三个常数项的三变量（x x 、y y、 z z）的函数。通常用）的函数。通常用 表示。应当指出，表示。应当指出，并不是每一个薛定谔方程的解都是合理的，都能表并不是每一个薛定谔方程的解都是合理的，都能表示电子运动的一个稳定状态。所以，为了得到一个示电子运动的一个稳定状态。所以，为了得到一个合理的解，就要求合理的解，就要求n l m n l m 不是任意的常数而是要符合不是任意的常数而是要符合一定的取值。在量子力学中把这类特定常数一定的取值。在量子力学中把这类特定常数n l mn l m称称为量子数。通过一组特定的为量子数。通过一组特定的n l mn l m就可得出一个相应就可得出一个相应的的 n n ，l l、m m （x x、 y y 、z z），每一个），每一个 即表示原子中核外电子的一种运动状态。即表示原子中核外电子的一种运动状态。zyxmln,zyxmln,我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 波函数和原子轨道波函数和原子轨道 波函数在量子力学中起了核心作用，展示出原波函数在量子力学中起了核心作用，展示出原子和分子中电子的运动状态，是探讨化学键理论子和分子中电子的运动状态，是探讨化学键理论的重要基础。的重要基础。 按照实物粒子波的本性和测不准原理的几率概按照实物粒子波的本性和测不准原理的几率概念，物理学家玻恩念，物理学家玻恩M.Born M.Born 假定粒子的波函数已不假定粒子的波函数已不再是振幅的函数，取代它的是粒子出现的几率，再是振幅的函数，取代它的是粒子出现的几率，当这个波函数的绝对值越大，粒子出现的几率也当这个波函数的绝对值越大，粒子出现的几率也就越大。就越大。 一定的波函数表示电子的一种运动状态，一定的波函数表示电子的一种运动状态， 状态状态轨道。轨道。波函数叫做原子轨道，波函数叫做原子轨道，即波函数与原子轨道是同义词即波函数与原子轨道是同义词。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 概率密度和电子云 概率和概率密度概率和概率密度 概率概率 |(xyz)|(xyz)|2 2 d d概率密度概率密度 =|(xyz)|(xyz)|2 2 电子云电子云 | | |2 2的空间图像就是电子云分布图像。的空间图像就是电子云分布图像。即电子云是从统计的概念出发，对核外电即电子云是从统计的概念出发，对核外电子出现的概率密度做形象化的描述。当电子出现的概率密度做形象化的描述。当电子云中黑点密的地方表示电子在此处出现子云中黑点密的地方表示电子在此处出现的概率密度大，黑点稀的地方表示概率小。的概率密度大，黑点稀的地方表示概率小。| ),(|2ddzyx我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 波函数的空间图象 Z=cosZ=cos数学表达式数学表达式 =sincos =sincos y=sinsin y=sinsin 2 2=2 2+y+y2 2+Z+Z2 2 tan=y/ tan=y/ 变数分离变数分离: :(,y,Z)=(,)=R()(,y,Z)=(,)=R()Y(,) Y(,) 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物径向波函数图径向波函数图 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物径向密度函数图 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物径向分布函数图 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物Z / cos cos2 0 1.00 1.00 15 0.97 0.93 30 0.87 0.75 45 0.71 0.50 60 0.50 0.25 90 0.00 0.00120 0.50 0.25135 0.71 0.50150 0.87 0.75165 0.97 0.93180 1.00 1.00波函数的角度分布图波函数的角度分布图我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物角度部分的图形角度部分的图形 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物电子云等密度面图 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物电子云界面图 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物电子云图 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物原子轨道的形状 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 四个量子数 量子 数 物 理 意 义取 值 范 围主量子数n描述电子离核远近及能量高低n=1,2,3, 正整数角量子数l描述原子轨道的形状及能量的高低l=0,1,2,小于n的正整数磁量子数m描述原子轨道在空间的伸展方向自旋量子数ms描述电子的自旋方向ms =+1/2,-1/22m=0,+1,-1, +2, l我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物原子的电子层结构原子的电子层结构与元素的分区与元素的分区 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物元素周期系的发展前景我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 原子半径 A.共价半径同种元素的两个原子共价单键连接时，核间距的一半。 一般 单键半径 双键半径 叁键半径B.金属半径紧密堆积的金属晶体中以金属键结合的同种原子核间距离的一半。 同一原子的金属半径要大于共价半径1015% 。C.范德华半径非键和原子之间只靠分子间的作用力互相接近时，两原子的核间距的一半。 一般范德华半径最大（非键合），共价半径最小（轨道重叠），金属半径位中间（紧密堆积） 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物原子半径在周期中的变化 在短周期中，从左往右随着核电荷数的在短周期中，从左往右随着核电荷数的增加，原子核对外层电子的吸引作用也增加，原子核对外层电子的吸引作用也相应地增强，使原子半径逐渐缩小。相应地增强，使原子半径逐渐缩小。 在长周期中，自左向右原子半径缩小程在长周期中，自左向右原子半径缩小程度不大。度不大。周期系中各相邻元素原子半径减少的平均周期系中各相邻元素原子半径减少的平均幅度为：幅度为： 非过渡金属过渡元素内过渡元素非过渡金属过渡元素内过渡元素我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 （1） 原子半径在周期表中的变化原子半径在周期表中的变化 只有当只有当 d5，d10，f7，f14 半充满和全充满时，层中电子的对半充满和全充满时，层中电子的对称性较高，这时称性较高，这时 原子半径原子半径 r 增大增大 核电荷数核电荷数 Z 增大，对电子吸引力增大，使得原子半径增大，对电子吸引力增大，使得原子半径 r 有减小的趋势。有减小的趋势。 核外电子数增加，电子之间排斥力增大，使得原子半径核外电子数增加，电子之间排斥力增大，使得原子半径 r 有增大的趋势。有增大的趋势。 (a) 同周期中同周期中 从左向右，在原子序数增加的过程中，有两个因素在影响原从左向右，在原子序数增加的过程中，有两个因素在影响原子半径的变化子半径的变化这是一对矛盾，这是一对矛盾， 以哪方面为主？以哪方面为主？我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 短周期的主族元素，以第短周期的主族元素，以第 3 周期为例周期为例MgNaAlSiPSClAr r/pm 154 136 118 117 110 104 99 154长周期的过渡元素长周期的过渡元素以第以第 4 周期的第一过渡系列为例周期的第一过渡系列为例ScTiVCrMnFeCoNiCuZn Sc Ni，8 个个元素，元素，r 减少减少了了 29 pm。相邻元素之间，。相邻元素之间，平均减少幅度平均减少幅度 4 pm 许。许。 Na Cl，7 个个元素，元素，r 减少减少了了 55 pm。相邻元素之间，。相邻元素之间，平均减少幅度平均减少幅度 10 pm 许。许。 Ar 为范德华半径，为范德华半径， 所以比较大所以比较大。 r/pm 144 132 122 118 117 117 116 115 117 125 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物主族元素，电子填加到外层轨道，对核的正电荷中和主族元素，电子填加到外层轨道，对核的正电荷中和少，有效核电荷少，有效核电荷 Z* 增加得多。所以增加得多。所以 r 减小的幅度大。减小的幅度大。 过渡元素，电子填加到次外过渡元素，电子填加到次外层轨道层轨道，对核的正电荷中对核的正电荷中和多和多，Z* 增加得少，所以增加得少，所以 r 减小的幅度小。减小的幅度小。 短周期主族元素原子半径平均减少幅度短周期主族元素原子半径平均减少幅度 10 pm ，长周期的过，长周期的过渡元素平均减少幅度渡元素平均减少幅度 4 pm 。造成这种不同的原因是什么？。造成这种不同的原因是什么？ Cu，Zn 为为 d10 结构，电子斥力大，结构，电子斥力大， 所以所以 r 不但没减小，不但没减小，反而有所增加。反而有所增加。ScTiVCrMnFeCoNiCuZn r/pm 144 132 122 118 117 117 116 115 117 125 试设想超长周期的内过渡元素，会是怎样的情况。试设想超长周期的内过渡元素，会是怎样的情况。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 （b）镧系收缩）镧系收缩LaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu 15 种元素，种元素，r 共减小共减小 11 pm。电子填到内层。电子填到内层 (n2) f 轨道，轨道，屏蔽系数更大，屏蔽系数更大，Z* 增加的幅度更小。所以增加的幅度更小。所以 r 减小的幅度很小。减小的幅度很小。 r/pm 161 160 158 158 158 170 158 r/pm 169 165 164 164 163 162 185 162 Eu 4f7 6s2，f 轨道轨道半充满半充满，Yb 4f14 6s2，f 轨道全充满，电轨道全充满，电子斥力的影响占主导地位，原子半径变大。子斥力的影响占主导地位，原子半径变大。 将将 15 镧系种元素，原子半径共减小镧系种元素，原子半径共减小 11 pm 这一事实，称为这一事实，称为镧系收缩。镧系收缩。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 K Ca Sc Ti V Crr/pm 203 174 144 132 122 118 Rb Sr Y Zr Nb Mor/pm 216 191 162 145 134 130 Cs Ba La Hf Ta Wr/pm 235 198 169 144 134 130 镧系收缩造成的影响镧系收缩造成的影响 对于镧系元素自身的影响，使对于镧系元素自身的影响，使 15 种镧系元素的半径相似，种镧系元素的半径相似，性质相近，分离困难。性质相近，分离困难。 对于镧后元素的影响，使得第二、第三过渡系的同族元素半对于镧后元素的影响，使得第二、第三过渡系的同族元素半径相近，性质相近，分离困难。径相近，性质相近，分离困难。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 (c)同族中同族中 同族中，从上到下，有两种因素影响原子半径的变化趋势同族中，从上到下，有两种因素影响原子半径的变化趋势 核电荷核电荷 Z 增加许多，对电子吸引力增大，增加许多，对电子吸引力增大， 使使 r 减小；减小； 核外电子增多，增加一个电子层，使核外电子增多，增加一个电子层，使 r 增大。增大。 主族元素主族元素 Li 123 pm Na 154 pm K 203 pm Rb 216 pm Cs 235 pm 在这一对矛盾中，在这一对矛盾中， 起主导作用。同族中，从上到下，原起主导作用。同族中，从上到下，原子半径增大。子半径增大。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物副族元素副族元素 Ti V Cr r/pm 132 122 118 Zr Nb Mo 145 134 130 Hf Ta W 144 134 130 第二过渡系列比第一第二过渡系列比第一过渡系列原子半径过渡系列原子半径 r 增增大大 1213 pm。 第三过渡系列和第二第三过渡系列和第二过渡系列原子半径过渡系列原子半径 r 相近相近或相等或相等。这是镧系收缩的。这是镧系收缩的影响结果。影响结果。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物原子半径在族中变化原子半径在族中变化 在同一主族中，从上到下，随在同一主族中，从上到下，随着核电荷数增加，元素原子的电着核电荷数增加，元素原子的电子层数增多，原子半径增大。子层数增多，原子半径增大。 副族元素的元素半径变化不副族元素的元素半径变化不明显，特别是第五、六周期的元明显，特别是第五、六周期的元素的原子半径非常相近。这主要素的原子半径非常相近。这主要是由于镧系收缩所造成的结果。是由于镧系收缩所造成的结果。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 3 电离能与价态之间的关系电离能与价态之间的关系 首先要明确，失去电子形成正离子后，首先要明确，失去电子形成正离子后， 有效核电荷数有效核电荷数 Z* 增增加，半径加，半径 r 减小，故核对电子引力大，再失去电子更加不易。所减小，故核对电子引力大，再失去电子更加不易。所以对于一种元素而言有以对于一种元素而言有 I1 I2 I3 I4 结论结论 电离能逐级加大。电离能逐级加大。 分析下列数据，探讨电离能与价态之间的关系。分析下列数据，探讨电离能与价态之间的关系。 I1 I2 I3 I4 I5 I6 Li 520 7289 11815 Be 900 1757 14849 21007 B 801 2427 3660 25026 C 1086 2353 4621 6223 37830 47277 N 1402 2856 4578 7475 9445 53266 电离能电离能 kJmol-1我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 共价键理论共价键理论 一一 、路易斯理论、路易斯理论 1916 年，美国科学家年，美国科学家 Lewis 提出共价键理论。认为分子中提出共价键理论。认为分子中的原子都有形成稀有气体电子结构的趋势，求得本身的稳定。的原子都有形成稀有气体电子结构的趋势，求得本身的稳定。 而而达到这种结构，可以不通过电子转移形成离子和离子键来完成，达到这种结构，可以不通过电子转移形成离子和离子键来完成，而是通过共用电子对来实现。而是通过共用电子对来实现。 H O H H2OH N HHNH3 例如例如 H + H = H H 通过共用一对电子，每个通过共用一对电子，每个 H 均均成为成为 He 的电子构型，形成一个共价键。的电子构型，形成一个共价键。 Lewis 的贡献，在于提出了一种不同于离子键的新的键型，的贡献，在于提出了一种不同于离子键的新的键型，解释解释了了 X 比较小的元素之间原子的成键事实。比较小的元素之间原子的成键事实。 又如又如ClClHH我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物路易斯结构式路易斯认为，稀有气体最外层电子构型稀有气体最外层电子构型(8e)(8e)是一种是一种稳定构型稳定构型。他把用“共用电子对共用电子对”维系维系的化学作用力化学作用力称为“共价键共价键”。后人就把这种观念称为路易斯共价路易斯共价键理论键理论。分子有用于形成共价键的键合电子键合电子( (成键电子成键电子) )和未用于形成共价键的非键合电子非键合电子，又称“孤对电子孤对电子”，用小黑点来表示孤对电子。例如，水、氨、乙酸、氮分子的路易斯结构式可以表示为：OHH. . .HNHH. .HCHHCOOH. . .NN.我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物路易斯结构式人们把这类(用短棍表示共价键，同时用小黑点表小黑点表示非键合的示非键合的“孤对电子孤对电子”) )添加了孤对电子的结构式添加了孤对电子的结构式叫做路易斯结构式路易斯结构式,也叫电子结构式电子结构式。如：SO2Cl2、HNO3、H2SO4、CO32和SO42的路易斯结构式:OSOC lC l32e24e28eOCOO24e2-OSOOO2-32eO NOOHOSOOHH价电子总数等于分子中所有原子的价电子数之和，但中心原子周围的电子总数(共用电子+孤对电子)并不总等于8，有多电子中心多电子中心或缺电子中心缺电子中心如：缺电子中心多电子中心CClClClCl电子中心32e24e40ePClClClClCl8BClClCl我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物路易斯结构式第二周期元素最外层是L层，它的2s和2p两个能级总共只有4个轨道，最多只能容纳8个电子，因此，对于第二周期元素来说，多电子中心的路易斯结构式明显不合理。为避免这种不合理性，可以在不改变原子顺序的前提下，把某些键合电子改为孤对电子，但这样做，键合电子数就与经典化合价不同了，例如，N2O，分子价电子总数为16，可以画出如下两种路易斯结构式：NNO短横数与氮的化合价不符但中心原子 8 电子短横数与氮的化合价相符但中心原子10 电子NNO我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物路易斯结构式对于可以写出几个相对合理的路易斯结构式的分子，泡林提出了“共振论共振论”，认为分子的真实结构是这些合理路易斯结构式的“共振杂化体”，每个结构式则称为一种“共振体”，“共振”的符号“”例如：苯分子C-C键长没有区别，苯分子中的C-C键既不是双键，也不是单键，而是单键与双键的“共振共振混合体混合体”。有关这方面的知识将在有机化学课程中进行讨论。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物Lewis共振式：SO2我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 HNNN HNNN, 互称为互称为HN3的共振结构式。的共振结构式。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 2共价键的方向性和饱和性共价键的方向性和饱和性 共价键的数目由原子中单电子数决定，包括原有的和激发而生共价键的数目由原子中单电子数决定，包括原有的和激发而生成的。例如氧有两个单电子，成的。例如氧有两个单电子，H 有一个单电子，所以结合成水分有一个单电子，所以结合成水分子时，只能形成子时，只能形成 2 个共价键。个共价键。C 最多能与最多能与 4 个个 H 形成共价键。形成共价键。 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，原子间成的共价键，当然要具有方向性。程度重叠，原子间成的共价键，当然要具有方向性。 原子中单电子数决定了共价键的数目。即为共价键的饱和性。原子中单电子数决定了共价键的数目。即为共价键的饱和性。+1sz+3pzz以以 HCl 为例。为例。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 Cl 的的 3pz 和和 H 的的 1s 轨道重叠，只有沿着轨道重叠，只有沿着 z 轴重叠，才能轴重叠，才能保证最大程度的重叠，而且不改变原有的对称性。保证最大程度的重叠，而且不改变原有的对称性。 Cl 2 分子中成键的原子轨道，也要保持对称性和最大程度的分子中成键的原子轨道，也要保持对称性和最大程度的重叠。重叠。pzz pz+z +我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 如下图所示的重叠，将破坏原子轨道的对称性。如下图所示的重叠，将破坏原子轨道的对称性。X+X+sp+pzz+pz我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物共价键和轨道重叠：我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 3共价键的键型共价键的键型 成键的两个原子核间的连线称为键轴。成键的两个原子核间的连线称为键轴。 按成键轨道与键轴之按成键轨道与键轴之间的关系，共价键的键型主要分为两种。间的关系，共价键的键型主要分为两种。 键键 将成键轨道沿着键轴旋转任意角度，图形及符号均将成键轨道沿着键轴旋转任意角度，图形及符号均保持不变。保持不变。 即即 键键的键轴是成键轨道的任意多重轴。的键轴是成键轨道的任意多重轴。 一种形象化描述：一种形象化描述： 键是成键轨道的键是成键轨道的“头碰头头碰头” 重叠。重叠。 如如 HCl 分子中的分子中的 3p 和和 1s 的成键，和的成键，和 Cl 2 中的中的 3p 和和 3p 的成键的成键 。+我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 键键 成键轨道绕键轴旋转成键轨道绕键轴旋转 180时，图形复原，但符号时，图形复原，但符号变为相反。变为相反。 例如两个例如两个 px 沿沿 z 轴方向重叠的情况。轴方向重叠的情况。xx+px z+绕键轴旋转绕键轴旋转180 YOZ 平面是成键轨道的通过键轴的节面。则平面是成键轨道的通过键轴的节面。则 键的对称性键的对称性可以描述为：可以描述为：对通过键轴的节面呈反对称，即图形相同，但符号对通过键轴的节面呈反对称，即图形相同，但符号相反。相反。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 形象化的描述，形象化的描述， 键是成键轨道键是成键轨道的的 “肩并肩肩并肩” 重叠重叠 。 N2 分子中两个原子各有三个单电子分子中两个原子各有三个单电子 ， px py pz 沿沿 z 轴成键时，轴成键时， pz 与与 pz “ 头碰头头碰头” 形成一个形成一个 键键 。此时，。此时， px 和和 px ， py 和和 py 以以 “ 肩并肩肩并肩 ” 形式重叠，形成两个形式重叠，形成两个 键。键。 所以所以 N2 分子的分子的 3 键中，有键中，有 1 个个 键，键， 2 个个 键键 。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 共价键的特点共价键的特点 (1) 饱和性：一个原子有几个未成对电子，就可饱和性：一个原子有几个未成对电子，就可以和几个自旋相反的电子配对，形成共价键。以和几个自旋相反的电子配对，形成共价键。 (2) 方向性：方向性：sp、pp、pd原子轨道的重叠原子轨道的重叠都有方向性。都有方向性。 (3) 共价键的类型共价键的类型 a键：沿着键轴的方向，发生键：沿着键轴的方向，发生“头碰头头碰头”原原子轨道的重叠而形成的共价键，称为子轨道的重叠而形成的共价键，称为键。键。 b键：原子轨道以键：原子轨道以“肩碰肩肩碰肩”的方式发生重的方式发生重叠而形成的共价键，称为叠而形成的共价键，称为键。键。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物4共价键的本质 共价键的形成,从本质上讲,是由于原子轨道的重叠,产生了加强性干涉效应,使两核间电荷密度增大,密集在两核间的电子云,同时受到两个核的吸引,把两核联系在一起,使体系能量降低,形成了共价键.我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 综上所述，形成共价键的条件： (i) 要有单电子； (ii) 原子轨道能量相近； (iii) 电子云最大重叠； (iv) 必须相对于键轴具有相同对称性原子轨道（即波函数角度分布图中的 +、+ 重叠， 、 重叠，称为对称性一致的重叠）。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论 1940 年年 Sidgwick 提出价层电子对互斥理论，用以判断分子的几何构型。提出价层电子对互斥理论，用以判断分子的几何构型。 分子分子 ABn 中，中， A 为中心，为中心， B 为配体，为配体，n 为配体的个数。配体为配体的个数。配体 B 均与均与 A 有键联关系。本节讨论的有键联关系。本节讨论的 ABn 型分子中，型分子中，A 为主族元素的原子。为主族元素的原子。 1 理论要点理论要点 1中心价层电子的总数和对数中心价层电子的总数和对数 a ) 中心原子价层电子总数等于中心中心原子价层电子总数等于中心 A 的价电子数的价电子数 ( s + p ) 加上配体加上配体 B 在成键过程中提供的电子数在成键过程中提供的电子数 。 如如 CCl 4 4 + 1 4 = 8 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 c ) 处理离子时，要加减与离子价数相当的电子，如处理离子时，要加减与离子价数相当的电子，如 PO4 3 5 + 0 4 + 3 = 8 ， NH4 5 + 1 4 1 = 8 。 2 电子对数和电子对空间构型的关系电子对数和电子对空间构型的关系 电子对相互排斥，在空间达到平衡取向。电子对相互排斥，在空间达到平衡取向。 2 对电子对电子 直线形直线形 A b) 氧族元素的原子做中心时，价电子数为氧族元素的原子做中心时，价电子数为 6 。价电子价电子数为数为 7，如如 H2O 或或 IF3 。做配体时，提供电子数为做配体时，提供电子数为 0 。如在。如在 CO2 中。中。 做配体做配体 d ) 总数除以总数除以 2 ，得电子对的对数，得电子对的对数 。总数为奇数时，商进位。总数为奇数时，商进位 。例如总数为例如总数为 9，则对数为，则对数为 5 。即：。即：只有一种角度，只有一种角度，180。 2离子所带电荷数配位原子提供电子数中心原子价电子数价层电子对数我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 3 对电子对电子 正三角形正三角形 只有一种角度，只有一种角度，120。 只有一种角度，只有一种角度，10928。 有三种角度，有三种角度，90 ， 120，180。 5 对电子对电子 三角双锥三角双锥A 4 对电子对电子 正四面体正四面体A我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 3分子构型与电子对空间构型的关系分子构型与电子对空间构型的关系 若配体的个数若配体的个数 n 和电子对数和电子对数 m 相一致，则分子构型和电子对相一致，则分子构型和电子对空间构型一致空间构型一致 。这时，各电子对均为成键电子对。这时，各电子对均为成键电子对 。 配体数不可能大于电子对数。为什么？配体数不可能大于电子对数。为什么？ 当配体数当配体数 n 小于电子对数小于电子对数 m 时，一部分电子对属于成键电时，一部分电子对属于成键电对，其数目等于对，其数目等于 n ，另一部分电子对成为孤电子对，其数目等于，另一部分电子对成为孤电子对，其数目等于m n 。确定出孤对电子的位置，分子构型才能确定。确定出孤对电子的位置，分子构型才能确定。 6 对电子对电子 正八面体正八面体 有两种角度，有两种角度，90 ，180。 90 是常见的最小的夹角。是常见的最小的夹角。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 电子对数电子对数 配体数配体数 孤电子对数孤电子对数 电子对构型电子对构型 分子构型分子构型 ( m ) ( n ) ( m n ) 3 2 1 三角形三角形 “ V ” 字形字形 ABBA 4 3 1 正四面体正四面体 三角锥三角锥 ABBBA 4 2 2 正四面体正四面体 “ V ” 字形字形 AABB我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 孤对电子的位置若有两种或两种以上的选择可供考虑时，则孤对电子的位置若有两种或两种以上的选择可供考虑时，则要选择斥力易于平衡的位置。而斥力大小和两种因素有关：要选择斥力易于平衡的位置。而斥力大小和两种因素有关： 考虑分子构型时，只考虑原子考虑分子构型时，只考虑原子 A，B 的位置，不考虑电子、的位置，不考虑电子、电子对等。以上三种情况中，孤对电子的位置只有一种选择。电子对等。以上三种情况中，孤对电子的位置只有一种选择。 a ) 键角键角 角度小时，电对距离近，斥力大角度小时，电对距离近，斥力大 ； 结论结论 要尽量避免具有较大斥力的电子对分布在互成要尽量避免具有较大斥力的电子对分布在互成 90的方向上。的方向上。孤对电子孤对电子 成键电对成键电对 斥力斥力居中居中 成键电对成键电对 成键电对成键电对 斥力最小斥力最小 因为有配体原子因为有配体原子核会分散电对的负电。核会分散电对的负电。电子对的种类电子对的种类 角度相同时，角度相同时，孤对电子孤对电子 孤对电子孤对电子 斥力最大斥力最大 因为负电集中。因为负电集中。b )我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 孤对孤对 孤对孤对 0 0 孤对孤对 孤对孤对 0 0 1 5 对电子，对电子，4 个配体，个配体，1 对孤对电子，有对孤对电子，有 2 种情况供选择种情