第九章 分子结构-精品文档资料整理.ppt
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1、第九章第九章 分子结构分子结构9.2 价键理论价键理论9.6 键参数键参数9.5 分子轨道理论分子轨道理论9.4 价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论9.1 Lewis理论理论9.3 杂化轨道理论杂化轨道理论离子键理论离子键理论化学键:化学键:分子或晶体中相邻原子分子或晶体中相邻原子(或离子或离子)之间之间强烈的强烈的 主要的主要的 相互作用。相互作用。化化学学键键理理论论金属键理论金属键理论共价键理论共价键理论路易斯路易斯Lewis 经典价键经典价键理论理论现代价键理论现代价键理论轨道杂化理论轨道杂化理论价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论分子轨道理论分子轨道理论9.1 Lewis理论理论电
2、子配对理论电子配对理论共用电子对成键。共用电子对成键。违背八隅体规则的例子:违背八隅体规则的例子:BF3,PCl5,SF6等。等。Lewis结构式结构式 八隅体规则八隅体规则HHCl:Cl:Cl:Cl:CO=C=ON N:9.2.1 共价键的形成和本质共价键的形成和本质9.2 价键理论价键理论9.2.3 共价键的键型共价键的键型9.2.2 价键理论的基本要点价键理论的基本要点 与共价键的特点与共价键的特点 Heitler和和London用量子力学处理用量子力学处理H2分子分子 的形成过程,得到的形成过程,得到 ER关系曲线。关系曲线。9.2.1 共价键的形成和本质共价键的形成和本质排斥态:排斥
3、态:2个个H原子电子自旋方向相原子电子自旋方向相 同靠近时同靠近时 总能量总能量V2个个H单独时能量的总和单独时能量的总和 基态:基态:2个个H原子电子自旋方向相反原子电子自旋方向相反 核间距核间距R0=74Pm时,时,体糸能量体糸能量V最低(理论为最低(理论为87)总能量总能量V2个个H单独时能量的总和单独时能量的总和核间电子云电子概率密度密集核间电子云电子概率密度密集,核间距核间距r,总能量总能量V不能形成稳定的化学键不能形成稳定的化学键核间电子云电子概率密度稀疏核间电子云电子概率密度稀疏可以形成稳定的化学键可以形成稳定的化学键(1)电子配对原理电子配对原理(a)自旋方向相反的成单子偶合成
4、对,两核间电子自旋方向相反的成单子偶合成对,两核间电子云密度较大,可形成稳定共价键云密度较大,可形成稳定共价键(b)各原子价层轨道中未成对电子尽可能相互配对,各原子价层轨道中未成对电子尽可能相互配对,以形以形 成最多数目的化学键,使体糸的稳定性增大。成最多数目的化学键,使体糸的稳定性增大。即一个原子能提供几个自旋方向相反的电子即一个原子能提供几个自旋方向相反的电子,配对配对后后 就再也不能和其它电子配对了就再也不能和其它电子配对了(O有有2个个,N有有3个个单电子单电子)这就是这就是共价键的饱和性共价键的饱和性。(2)轨道最大重叠原理轨道最大重叠原理 成键电子的原子轨道重叠越多,形成的共价键越
5、成键电子的原子轨道重叠越多,形成的共价键越牢固牢固,体糸能量越低,因此共价键的形成在尽可,体糸能量越低,因此共价键的形成在尽可能的范围能的范围 内一定采取原子轨道最大重量的方向内一定采取原子轨道最大重量的方向这就是这就是共价键的方向性共价键的方向性。2 现代价键理论现代价键理论(VB法法)基本要点基本要点 H Cl H O H N N(3)(3)共价键最小排斥原理共价键最小排斥原理(能量最低原理能量最低原理)每个原子周围共价键(即电子对)应尽可能相互每个原子周围共价键(即电子对)应尽可能相互 远离(排斥最小,体糸能量最低,分子越稳定)远离(排斥最小,体糸能量最低,分子越稳定)共价键形成条件:共
6、价键形成条件:两原子中要有成两原子中要有成 单电子,且自单电子,且自 旋方向相反。旋方向相反。原子轨道须最大重叠原子轨道须最大重叠共价键的定义:共价键的定义:由自旋方向相反的成单子配对成的化由自旋方向相反的成单子配对成的化 学键,叫共价键学键,叫共价键共价键的本质:共价键的本质:原子轨道重叠,核间电子概率密度大原子轨道重叠,核间电子概率密度大 吸吸 引原子核而成健。两核对电子云重引原子核而成健。两核对电子云重 叠部分的吸引叠部分的吸引(电性电性)(是成键的原因)是成键的原因)1.1.基本要点:基本要点:未成对价电子自旋方式相反;未成对价电子自旋方式相反;对称性一致,原子轨道最大程度重叠。对称性
7、一致,原子轨道最大程度重叠。2.特点:特点:方向性方向性 饱和性饱和性9.2.2 价键理论的基本要点价键理论的基本要点 与共价键的特点与共价键的特点1.1.键:键:原子轨道沿原子轨道沿核间联线方向进行同核间联线方向进行同号重叠号重叠(头碰头头碰头)。9.2.3 共价键的键型共价键的键型2.键键:两原子轨道垂直核间联线并相互:两原子轨道垂直核间联线并相互平行进行同号重叠平行进行同号重叠(肩并肩肩并肩)。键键原子轨道重叠部分沿着键轴呈圆柱对称;原子轨道重叠部分沿着键轴呈圆柱对称;成键时原子轨道发生最大重叠。成键时原子轨道发生最大重叠。N N2 2 中的共价三键示意图中的共价三键示意图中的共价三键示
8、意图中的共价三键示意图原子轨道平行且原子轨道平行且“肩并肩肩并肩”重叠;重叠;重叠部分对通过一个键轴的平面重叠部分对通过一个键轴的平面具有镜面反对称性;具有镜面反对称性;轨道重叠程轨道重叠程度比度比 键键 小,键能也小,因此小,键能也小,因此稳定性低,活动性较高,是化学稳定性低,活动性较高,是化学反应的积极参加者。反应的积极参加者。+pz-pz 键键3.键:键:过渡元素两原子的过渡元素两原子的d轨道以轨道以“面对面面对面”相互平行进行同号重叠相互平行进行同号重叠总结总结:S轨道只参与形成轨道只参与形成键一种键一种,p轨道可以形轨道可以形成成键键 和和键两种键,键两种键,d轨道可以形成轨道可以形
9、成键键、键键和和键三种键,键三种键,f 轨道能否成键尚未有定论轨道能否成键尚未有定论.3.配位键配位键形成条件:形成条件:成键原子一方有孤对电子,另成键原子一方有孤对电子,另一方有空轨道。另外在一方有空轨道。另外在 一定条件下,不仅一定条件下,不仅分子内原子间可形成配分子内原子间可形成配 位键,而且分子间位键,而且分子间也可以形成配位键。也可以形成配位键。OC例:例:NH3+BF3 =H3N BF34、离域、离域键键 由三个或三个以上原子所形成的由三个或三个以上原子所形成的 键键称为称为离域离域键键,也称为,也称为大大键键。形成离城形成离城键的条件是:键的条件是:(1)这些原子都在同一个平面上
10、,每一)这些原子都在同一个平面上,每一 个原子有一个个原子有一个 p 轨道互相平行;轨道互相平行;(2)形成)形成键的电子数小于键的电子数小于 p 轨道数的轨道数的 2 倍。倍。离城离城键可分为正常离域键可分为正常离域键、多电子离域键、多电子离域键键和缺电子离域和缺电子离域键三种类型。键三种类型。(1)正常离域)正常离域键:形成键:形成键的电子数与成键原键的电子数与成键原子数相等的离域子数相等的离域键称为键称为正常离域正常离域键键。例如:。例如:(2)多电子离域)多电子离域键:形成键:形成键的电子数大于成键的电子数大于成键原子数的离域键原子数的离域键称为键称为多电子离城多电子离城键键。例如:。
11、例如:离域离域键的类型键的类型 (3)缺电子离域)缺电子离域键:形成键:形成键的电子数小于键的电子数小于成键原子数的离城成键原子数的离城键称为键称为缺电子离域缺电子离域键键。例如:。例如:9.3.1 杂化轨道的概念杂化轨道的概念9.3.2 杂化轨道的类型杂化轨道的类型9.3 杂化轨道理论杂化轨道理论 在形成分子的过程中,若干不同在形成分子的过程中,若干不同类型能量相近的原子轨道重新组合成类型能量相近的原子轨道重新组合成一组新轨道。这种轨道重新组合的过一组新轨道。这种轨道重新组合的过程称为杂化,所形成的新轨道叫做杂程称为杂化,所形成的新轨道叫做杂化轨道。化轨道。9.3.1 杂化轨道的概念杂化轨道
12、的概念轨道杂化理论轨道杂化理论(HO)(为什么要杂化为什么要杂化?)9.3.1 轨道杂化理论的基本要点轨道杂化理论的基本要点:1.中心原子中心原子激发成键时激发成键时能级相近能级相近的价电子轨道混合的价电子轨道混合杂杂化化(线性组合线性组合),形成新的价电子轨道叫,形成新的价电子轨道叫杂化轨道杂化轨道。2.杂化前后杂化前后轨道数目不变轨道数目不变。5.杂化后轨道杂化后轨道伸展方向伸展方向(遵循排斥最小原理遵循排斥最小原理,键角键角处于激发态的几种不同类型处于激发态的几种不同类型能量相能量相近近的原子轨道进一步线性组合成一的原子轨道进一步线性组合成一组新的轨道,这种轨道重新组合的组新的轨道,这种
13、轨道重新组合的过程叫做过程叫做杂化杂化。6.杂化轨道与其他原子轨道重叠时也要最大。杂化轨道与其他原子轨道重叠时也要最大。杂化轨道有一定的形状和方向。杂化轨道有一定的形状和方向。最大最大),形状形状(一头大一头小一头大一头小)发生发生改变改变。3.杂化有等性杂化和不等性杂化。杂化有等性杂化和不等性杂化。为了最大重叠,方向性更强,为了最大重叠,方向性更强,成键后释放能量至最低,更成键后释放能量至最低,更稳定。虽然杂化时,需要能稳定。虽然杂化时,需要能量,但成键效应的能量足予量,但成键效应的能量足予补偿。补偿。4.杂化轨道杂化轨道成键能力增强成键能力增强。p sp3 sp2 LP-BP BP-BP;
14、叁键叁键 双键双键 单键。单键。分子或离子几何构型的推断步骤:分子或离子几何构型的推断步骤:1.确定中心原子的价层电子对数确定中心原子的价层电子对数A的价电子数的价电子数=A所在的族数所在的族数 A,硼族硼族,碳族碳族,氮族氮族,氧族氧族,卤素卤素,稀有气稀有气体体 2,3,4,5,6,7,8X的价电子数:的价电子数:H和卤素记为和卤素记为1,氧和硫记为,氧和硫记为0。9.4.2 分子几何构型的预测分子几何构型的预测VPN=A的价电子数的价电子数+X提供的价电子数提供的价电子数 离子电荷数离子电荷数()负负 正正例:例:CH4分子中,分子中,VPN=(4+14)/2=4 H2OVPN=(6+1
15、2)/2=4 SO3VPN=(6+0)/2=3VPN=(6+0+2)/2=42.确定价层电子对的排布方式确定价层电子对的排布方式3.确定中心原子的孤对电子对数确定中心原子的孤对电子对数n,推断推断分子的几何构型。分子的几何构型。n=(A的的价电子数价电子数A用于与用于与X成键的电子数之和成键的电子数之和)例:例:SF4分子分子 n=(614)=1价层电子对尽可能远离,以使斥力最小。价层电子对尽可能远离,以使斥力最小。n=0:分子的几何构型与电子对的几何构型分子的几何构型与电子对的几何构型 相同。相同。n=VPN m n0:分子的几何构型不同于电子对的分子的几何构型不同于电子对的 几何构型。几何
16、构型。31SnCl2平面三角形平面三角形 V形形VPN n电子对的电子对的几何构型几何构型 分子的分子的几何构型几何构型例例41NH3四面体四面体 三角锥三角锥6 21 2H2O四面体四面体 V形形IF5八面体八面体 四方锥四方锥XeF4八面体八面体 平面正方形平面正方形VPN n电子对的电子对的几何构型几何构型 分子的分子的几何构型几何构型例例 4 三角双锥构型中,孤对电子处于水平三角双锥构型中,孤对电子处于水平方向的三角形中,方向的三角形中,例:例:SF4 VPN=5 n=1LPBP(90o)2 3515253VPN n电子对的电子对的几何构型几何构型 分子的分子的几何构型几何构型例例三角
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