第6讲-配位场理论1-分子轨道理论-颜色成因教学课件.ppt

第6讲配位场理论1-分子轨道理论5/26/2023宝石颜色成因理论物质微观结构原子结构分子结构原子电子轨道原子轨道理论分子电子轨道分子振动转动分子振转理论晶体场理论配位场理论能带理论色心能带(色心)理论分子轨道理论导言n电荷转移：电子从一个分子轨道跃迁到另一个分子轨道。n电荷转移的类型：n金属-金属原子堇青石，蓝色、绿色电气石，海蓝宝石，蓝宝石n非金属-金属原子间金黄色绿柱石、金黄色蓝宝石、导言n配位场理论配位场理论 配位场理论是晶体场理论的发展，其实质是配配位场理论是晶体场理论的发展，其实质是配位化合物的分子轨道理论。在处理中心金属原位化合物的分子轨道理论。在处理中心金属原子在其周围配位体所产生的电场作用下，金属子在其周围配位体所产生的电场作用下，金属的原子轨道能级发生变化时，以分子轨道理论的原子轨道能级发生变化时，以分子轨道理论方法为主，根据配位场的对称性进行简化，并方法为主，根据配位场的对称性进行简化，并吸收晶体场理论的成果，阐明配位化合物的结吸收晶体场理论的成果，阐明配位化合物的结构和性质，它与纯粹的分子轨道理论有一定的构和性质，它与纯粹的分子轨道理论有一定的差别，故称配位场理论。差别，故称配位场理论。复习 原子轨道理论1S2S2P3d4d化学键理论离子键理论共价键理论现代共价键理论路易斯理论(量子力学1926)现代共价键理论分子轨道分子轨道理论理论价键理论(VB)杂化杂化互斥分子轨道理论在化学键理论中的位置其与现代共价键理论的重要区别在于，分子轨道理论认为原子轨道组合成分子轨道，电子在分子轨道中填充、运动。而现代共价键理论则讨论原子轨道，认为电子在原子轨道中运动。1 1 分子轨道的基本要点分子轨道的基本要点(2)(2)(3)原子轨道组合成有效的分子轨道必须原子轨道组合成有效的分子轨道必须遵守的条件遵守的条件 对称性一致原则对称性一致原则 能量相近原则能量相近原则 最大重叠原则最大重叠原则1 1 分子轨道的基本要点分子轨道的基本要点(3)(3)对称性一致原则对称性一致原则只有对称性匹配的原子轨道才能组合成分子轨道，即对核间连线呈相同的对称性的轨道可组合问：左边这五个图中，哪几种符合对称性一致原则?1 1 分子轨道的基本要点分子轨道的基本要点(5)(5)最大重叠原则最大重叠原则对称性匹配的两个原子轨道进行线性组合时，其重叠程度愈大，则组合成的分子轨道的能量愈低，所形成的化学键愈牢固，这称为轨道最大重叠原则。1 1 分子轨道的基本要点分子轨道的基本要点(6)(6)在上述三条原则中，对称性匹配原则是首要的，它决定原子轨道有无组合成分子轨道的可能性。能量近似原则和轨道最大重叠原则是在符合对称性匹配原则的前提下，决定分子轨道组合效率的问题。电子在分子轨道中的排布也遵守Pauli不相容原理、能量最低原理和Hund规则。2 2 分子轨道类型分子轨道类型分子轨道有轨道、轨道、轨道。分子轨道具有轴对称性：头碰头重叠；分子轨道具有面对称性，并有一个通过键轴的节面：肩并肩重叠；分子轨道具有面对称性，并有二个通过键轴的节面。2 2 分子轨道举例分子轨道举例(1)H(1)H2 2反键分子轨道成键分子轨道 原子轨道 原子轨道 1s 1s*1s1s2 2 分子轨道举例分子轨道举例(3)H(3)H2 2反键分子轨道*1s2 2 分子轨道举例分子轨道举例(4)H(4)H2 2节面2 2 分子轨道举例分子轨道举例(5)N(5)N2 22 2 分子轨道举例分子轨道举例(7)N(7)N2 2*2px2px或或*2py2py2 2 分子轨道举例分子轨道举例(8)N(8)N2 22pz2pz3 3 杂化轨道杂化轨道(1)(1)杂化杂化:同一原子中，能量相近的原子轨道混合起来，同一原子中，能量相近的原子轨道混合起来，形成成键能力更强的新原子轨道的过程。形成成键能力更强的新原子轨道的过程。杂化轨道：杂化后形成的轨道。杂化轨道：杂化后形成的轨道。3 3 杂化轨道杂化轨道(2)(2)杂化轨道数：等于参加杂化的原子轨道数目之和。杂化轨道数：等于参加杂化的原子轨道数目之和。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：参加杂化的原子轨道平均化。杂化轨道的组成：参加杂化的原子轨道平均化。如：如：spspsp2sp23 3 杂化轨道杂化轨道(3)(3)1 1、SPSP杂化杂化 SP SP杂化是一个原子的杂化是一个原子的1 1个个S S轨道和轨道和1 1个个P P轨道之间轨道之间进行杂化，形成进行杂化，形成2 2个等价的个等价的SPSP杂化轨道。杂化轨道。2 2个个SPSP杂化轨道互成杂化轨道互成1801800 0，spsp杂化形成直线形杂化形成直线形分子。分子。3 3 杂化轨道杂化轨道(4)(4)3 3 杂化轨道杂化轨道(5)(5)2 2、SPSP2 2杂化杂化 SP SP2 2杂化是一个原子的杂化是一个原子的1 1个个S S轨道和轨道和2 2个个P P轨道轨道之间进行杂化，形成之间进行杂化，形成3 3个等价的个等价的SPSP2 2杂化轨道。杂化轨道。3 3个个SPSP2 2杂化轨道互成杂化轨道互成1201200 0，spsp2 2杂化形成平面正三角形分子。杂化形成平面正三角形分子。3 3 杂化轨道杂化轨道(6)(6)3 3、SP SP3 3杂化杂化 SP SP3 3杂化是一个原子的杂化是一个原子的1 1个个S S轨道和轨道和3 3个个P P轨道轨道之间进行杂化，形成之间进行杂化，形成4 4个等价的个等价的SPSP3 3杂化轨道。杂化轨道。4 4个个SPSP3 3杂化轨道互成杂化轨道互成109.5109.50 0，spsp3 3杂化形成正四面体结构分子。杂化形成正四面体结构分子。3 3 杂化轨道杂化轨道(7)(7)3 3 杂化轨道杂化轨道(8)(8)4 4 分子的极性分子的极性若分子中正电荷中心和负电荷中心重合，则称为非极性分子非极性分子，若二者不重合，则称为极性分子极性分子。分子的偶极矩分子的偶极矩q:一个偶极子的电量d:偶极长度（即分子正、负电荷中心的距离）极性分子可以看成是由两个点电荷构成的一个电偶极子q-qd分子的变形性大小指的是正电荷中心与负荷电中心发生位移(由重合变不重合，由偶极长度小变偶极长度大)。分子的极化率用于定量地表示分子的变形性大小。分子的变形性影响分子变形性大小的因素：外因：外加电场愈强，分子变形愈厉害；内因：分子愈大，分子变形愈厉害。分子的极化率(1040Cm2 V1)