第九章分子结构 (2)精选文档.ppt

第九章分子结构本讲稿第一页，共五十三页共价键共价键氢键氢键分子分子间力间力它们决定了物质的物理性质它们决定了物质的物理性质静电力静电力(离子键离子键)分子原子离子本讲稿第二页，共五十三页 分子或晶体中相邻原子（或离子）分子或晶体中相邻原子（或离子）间强烈的吸引作用。间强烈的吸引作用。化 学 键离子键；离子键；共价键；共价键；金属键。金属键。本讲稿第三页，共五十三页 早期共价键理论是路易斯的共用电子早期共价键理论是路易斯的共用电子对理论。即对理论。即:原子间靠共用电子对结合起原子间靠共用电子对结合起来的化学键是共价键来的化学键是共价键。如：。如：各原子都满足了稀有气体的稳定结构，各原子都满足了稀有气体的稳定结构，形成了分子。形成了分子。共 价 键本讲稿第四页，共五十三页但是像但是像PCl5和和SF6 ：是没有是没有稀有气体的稳定结构的。稀有气体的稳定结构的。本讲稿第五页，共五十三页9.1 价键理论价键理论共价键的本质与特点共价键的本质与特点共价键的键型共价键的键型杂化轨道杂化轨道本讲稿第六页，共五十三页1.共价键的本质与特点共价键的本质与特点 1.1 量子力学处理量子力学处理H2分子的结果分子的结果 Heitler和和London在用量子力学处理在用量子力学处理H2分分子形成过程中，得到子形成过程中，得到H2分子能量分子能量E和核间距和核间距R的关系曲线的关系曲线。如图所示。如图所示:本讲稿第七页，共五十三页排斥态基态0ORE74pm H2分子形成过程能量随核黄素间距变化示意图本讲稿第八页，共五十三页 1.2 1.2 价键理论基本要点与共价键的特点价键理论基本要点与共价键的特点 价键理论价键理论(VB法法):形成共价键时键合原子双方各提供自旋方式相反的未成形成共价键时键合原子双方各提供自旋方式相反的未成对价电子用以成对。对价电子用以成对。A、B两原子各提供两原子各提供2个或个或3个未成对电子，且自旋个未成对电子，且自旋方向相反，则方向相反，则A、B两个原子可形成双键或三键。两个原子可形成双键或三键。A A、B B两原子的电子配对成键后，不能再与第三个原子的两原子的电子配对成键后，不能再与第三个原子的两原子的电子配对成键后，不能再与第三个原子的两原子的电子配对成键后，不能再与第三个原子的电子配对成键。电子配对成键。电子配对成键。电子配对成键。成键双方的原子轨道尽可能最大程度地重叠。成键双方的原子轨道尽可能最大程度地重叠。成键双方的原子轨道尽可能最大程度地重叠。成键双方的原子轨道尽可能最大程度地重叠。本讲稿第九页，共五十三页共价键特点：共价键特点：饱和性：一个原子能有几个未成对的电子，便可与其饱和性：一个原子能有几个未成对的电子，便可与其饱和性：一个原子能有几个未成对的电子，便可与其饱和性：一个原子能有几个未成对的电子，便可与其他原子的几个自旋相反的未成对电子配对成键。他原子的几个自旋相反的未成对电子配对成键。他原子的几个自旋相反的未成对电子配对成键。他原子的几个自旋相反的未成对电子配对成键。方向性：两个原子间形成共价键时往往只能沿着一定的方向性：两个原子间形成共价键时往往只能沿着一定的方向性：两个原子间形成共价键时往往只能沿着一定的方向性：两个原子间形成共价键时往往只能沿着一定的方向结合。方向结合。方向结合。方向结合。返回返回本讲稿第十页，共五十三页2.共价键的键型共价键的键型键：头碰头键：头碰头(s-s,s-p,p-p);ss轨道成键：轨道成键：本讲稿第十一页，共五十三页sp轨道成键：轨道成键：pp轨道成键：轨道成键：本讲稿第十二页，共五十三页键：肩并肩(p-p,p-d)本讲稿第十三页，共五十三页p-dp-d键键键，重叠程度大，较稳定；键，重叠程度大，较稳定；键，重叠程度小，较活泼。键，重叠程度小，较活泼。多重键中，必有一多重键中，必有一键，其余为键，其余为键。键。本讲稿第十四页，共五十三页配位键：共用的一对电子由一个原子单独提配位键：共用的一对电子由一个原子单独提供的共价键。如：供的共价键。如：CO，NH4+，Ag(NH3)2+等。等。返回本讲稿第十五页，共五十三页3.杂化轨道杂化轨道杂化轨道:同一原子中，能量相近的原子同一原子中，能量相近的原子轨道混合起来，形成轨道混合起来，形成成键能力更强成键能力更强的的新轨新轨道道。杂化：杂化：上述过程叫杂化。上述过程叫杂化。本讲稿第十六页，共五十三页杂化轨道数：杂化轨道数：等于参加杂化的原子轨等于参加杂化的原子轨 道数目之和。道数目之和。如：如：sp sp杂化杂化s+p s+p 杂化轨道数杂化轨道数=2=2杂化轨道的组成：杂化轨道的组成：参加杂化的原子轨道参加杂化的原子轨道 平均化。平均化。如：如：spsp：SpSp2 2：本讲稿第十七页，共五十三页杂化轨道的特征杂化轨道的特征角度分布图有大、小角度分布图有大、小 头，有利于成键（提头，有利于成键（提 高重叠程度）。高重叠程度）。-本讲稿第十八页，共五十三页 sp3杂化杂化 sp2杂化杂化 sp杂化杂化 不等性杂化不等性杂化杂化类型：杂化类型：本讲稿第十九页，共五十三页CH4:(sp3杂化杂化)C:2p本讲稿第二十页，共五十三页BF3:(sp2)杂化杂化B:2p本讲稿第二十一页，共五十三页BeCl2:(sp杂化杂化)Be:本讲稿第二十二页，共五十三页NH3:(不等性杂化不等性杂化)本讲稿第二十三页，共五十三页4、离域、离域 键（大键（大 键）和共轭分子键）和共轭分子（1）定域）定域(localized)和离域和离域(delocalized)，C6H6，CH3CHCH2本讲稿第二十四页，共五十三页 电子的离域电子的离域O3 NO3-本讲稿第二十五页，共五十三页9.2 价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论(VSEPR法法)价层电子对互斥理论的基本要点：价层电子对互斥理论的基本要点：分子或离子的空间构型取决于中心原子周围分子或离子的空间构型取决于中心原子周围的价层电子对数。的价层电子对数。价层电子对数是指价层电子对数是指键电子对与孤对电子。键电子对与孤对电子。价层电子对间尽可能远离以使斥力最小。从价层电子对间尽可能远离以使斥力最小。从价层电子对间的斥力大小来看：价层电子对间的斥力大小来看：孤对孤对孤对孤对孤对孤对成键成键成键成键成键成键本讲稿第二十六页，共五十三页推断分子或离子的空间构型的具体步骤：推断分子或离子的空间构型的具体步骤：推断分子或离子的空间构型的具体步骤：推断分子或离子的空间构型的具体步骤：确定中心原子的价层电子对数，判断电子对的空间确定中心原子的价层电子对数，判断电子对的空间构型。构型。在计算配位原子提供的价电子数时，在计算配位原子提供的价电子数时，H与卤素的每个原与卤素的每个原子各提供一个价电子，氧或硫原子则可认为不提供共用电子各提供一个价电子，氧或硫原子则可认为不提供共用电子，即当氧、硫原子为配位原子时，配位原子提供的价电子，即当氧、硫原子为配位原子时，配位原子提供的价电子数为子数为0。例如：。例如：本讲稿第二十七页，共五十三页价层电子价层电子数数2 23 34 45 56 6电子对空电子对空间构型间构型直线型直线型平面三角平面三角形形四面体四面体三角双锥三角双锥八面体八面体 根据斥力最小原则，价层电子与电子对空构根据斥力最小原则，价层电子与电子对空构型关系如下：型关系如下：本讲稿第二十八页，共五十三页 确定中心原子的孤对电子数，推断分子的空确定中心原子的孤对电子数，推断分子的空间构型。间构型。若中心原子的价层电子对全是若中心原子的价层电子对全是 键，电子对的空间构键，电子对的空间构键，电子对的空间构键，电子对的空间构型就是该分子的空间构型。如型就是该分子的空间构型。如型就是该分子的空间构型。如型就是该分子的空间构型。如BeHBeH2 2，BF3 3，CHCH4 4，PCl5 5，SFSF6 6分别为直线形、三角形、四面体、三角双锥分别为直线形、三角形、四面体、三角双锥分别为直线形、三角形、四面体、三角双锥分别为直线形、三角形、四面体、三角双锥和八面体。和八面体。和八面体。和八面体。若中心原子价层电子对中有孤对电子，分子空间构型若中心原子价层电子对中有孤对电子，分子空间构型若中心原子价层电子对中有孤对电子，分子空间构型若中心原子价层电子对中有孤对电子，分子空间构型将不同于电子对的空间构型。如，将不同于电子对的空间构型。如，将不同于电子对的空间构型。如，将不同于电子对的空间构型。如，NHNH3分子价层电子分子价层电子对数为对数为4，电子对空间构型为四面体，但分子的空，电子对空间构型为四面体，但分子的空间构型为三角锥，因为四面体的一个顶点被孤对电间构型为三角锥，因为四面体的一个顶点被孤对电子占据。子占据。本讲稿第二十九页，共五十三页练习题练习题:解释解释NO2+,O3,SnCl3-,OF2,ICl3,I3-,XeF5+,ICl4-等离子或分子的空间构型等离子或分子的空间构型,并指出其中心原子的轨道杂化方式。并指出其中心原子的轨道杂化方式。返回本讲稿第三十页，共五十三页9.3 分子轨道理论（分子轨道理论（MO法）异核双法）异核双原子分子原子分子分子轨道分子轨道同核双原子分子同核双原子分子原子轨道和分子轨道的对称性原子轨道和分子轨道的对称性异核双原子分子异核双原子分子本讲稿第三十一页，共五十三页分子轨道分子轨道例：例：例：例：A A原子提供原子提供原子提供原子提供 原子轨道，原子轨道，原子轨道，原子轨道，B B原子提供原子提供原子提供原子提供 原子轨道。分原子轨道。分原子轨道。分原子轨道。分子轨道理论认为它们结合时形成了分子轨道，可采取子轨道理论认为它们结合时形成了分子轨道，可采取子轨道理论认为它们结合时形成了分子轨道，可采取子轨道理论认为它们结合时形成了分子轨道，可采取原子轨道线性组合的方法求得分子轨道的波函数：原子轨道线性组合的方法求得分子轨道的波函数：原子轨道线性组合的方法求得分子轨道的波函数：原子轨道线性组合的方法求得分子轨道的波函数：本讲稿第三十二页，共五十三页分子轨道形成三原则：分子轨道形成三原则：能量相近能量相近对称性匹配对称性匹配最大重叠最大重叠本讲稿第三十三页，共五十三页本讲稿第三十四页，共五十三页本讲稿第三十五页，共五十三页本讲稿第三十六页，共五十三页返回本讲稿第三十七页，共五十三页同核双原子分子：同核双原子分子：本讲稿第三十八页，共五十三页第二周期同核双原子分子第二周期同核双原子分子:B2 （B,C,N)本讲稿第三十九页，共五十三页第二周期同核双原子分子：第二周期同核双原子分子：O2 (O,F)本讲稿第四十页，共五十三页或或O2的电子构型：的电子构型：或或N2的电子构型：的电子构型：返回本讲稿第四十一页，共五十三页异核双原子分子异核双原子分子本讲稿第四十二页，共五十三页关于原子轨道和分子轨道的对称性关于原子轨道和分子轨道的对称性 对称：绕对称：绕 轴旋转轴旋转 ，形状符号都不，形状符号都不变。例如：原子轨道变。例如：原子轨道 ，化学键：化学键：键。键。本讲稿第四十三页，共五十三页 对称：绕对称：绕 轴旋转轴旋转 ，形状不变，形状不变,符符号变。例如：原子轨道号变。例如：原子轨道 ,。化学键：。化学键：键。键。返回本讲稿第四十四页，共五十三页9.4 键参数键参数键级键级键能键能键长键长键角键角键矩与部分电荷键矩与部分电荷本讲稿第四十五页，共五十三页键级键级例如：例如：H2，O2，HF和和CO的键级分别为的键级分别为 1，2，1，3。键级愈大，分子愈稳定。键级愈大，分子愈稳定。返回返回本讲稿第四十六页，共五十三页键能键能 指在标准状态下气态分子拆开成气态原指在标准状态下气态分子拆开成气态原子时，子时，每断裂每断裂1mol1mol化学键化学键所需能量的平均值。所需能量的平均值。本讲稿第四十七页，共五十三页多原子多原子分子分子：E=例如例如：H2O D(H-OH)=499kJ.mol-1 D(O-H)=429kJ.mol-1E(O-H)=464=464kJ.mol-1-1 双原子分子双原子分子:E=D例如：例如：E(H-Cl)=D(H-Cl)=431kJmol-1 E(Cl-Cl)=D(Cl-Cl)=244kJ mol-1 返回返回本讲稿第四十八页，共五十三页键长键长 分子中两原子核间的平衡距离称为键长。分子中两原子核间的平衡距离称为键长。例如，例如，H2分子中两个分子中两个H原子的核间距为原子的核间距为74pm，所以，所以HH键长是键长是74pm。返回本讲稿第四十九页，共五十三页键角键角:多原子分子中，相邻两化学键之多原子分子中，相邻两化学键之 间的夹角。间的夹角。如：如：H2O分子中分子中2个个 OH 键之间的夹键之间的夹 角为角为104.5度。度。键角主要是通过光谱等实验技术测定。键角主要是通过光谱等实验技术测定。返回本讲稿第五十页，共五十三页键矩键矩定义式：定义式：式中式中q为电量，为电量，l 为键长。为键长。本讲稿第五十一页，共五十三页小结小结分子结构分子结构VB法法VSEPR法法MO法法键参数键参数返回杂化轨道理论杂化轨道理论 本讲稿第五十二页，共五十三页习 题Page 2801此题中（1）的pH3改为PH3，2，3，10，14本讲稿第五十三页，共五十三页