共价键与分子的空间构型解析课件.ppt
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1、第第2节节 共价键与分子的空间构型共价键与分子的空间构型109.5一、形形色色的分子一、形形色色的分子O2HClH2OCO2C2H2CH2OCOCl2NH3P4CH4CH3CH2OHCH3COOHC6H6C8H8CH3OHC60C20C40C70碳原子碳原子:甲烷的甲烷的4个个C H单键都应该是单键都应该是键,然而,键,然而,碳原子的碳原子的4个价层原子轨道是个价层原子轨道是3个相互垂直的个相互垂直的2p轨道和轨道和1个球形的个球形的2s轨道,用它们跟轨道,用它们跟4个氢个氢原子的原子的1s原子轨道重叠,不可能得到四面体原子轨道重叠,不可能得到四面体构型的甲烷分子。?构型的甲烷分子。?为了解决
2、这一矛盾,鲍林提出了杂化轨道理论为了解决这一矛盾,鲍林提出了杂化轨道理论基本要点:基本要点:在形成分子时,由于原子的相在形成分子时,由于原子的相互影响,若干不同类型能量相近的原子轨互影响,若干不同类型能量相近的原子轨道混合起来,重新组合成一组新轨道。这道混合起来,重新组合成一组新轨道。这种轨道重新组合的过程叫做原子轨道的杂种轨道重新组合的过程叫做原子轨道的杂化,所形成的新轨道就称为杂化轨道。化,所形成的新轨道就称为杂化轨道。杂化前后轨道数目不变。杂化前后轨道数目不变。杂化后轨道伸展方向,形状发生改变。杂化后轨道伸展方向,形状发生改变。杂化轨道 由由1个个s轨道和轨道和3个个p轨道轨道混杂混杂并
3、重新组合成并重新组合成4个能量与形状完全相同的轨道。个能量与形状完全相同的轨道。由于每个轨道中都含有由于每个轨道中都含有1/41/4的的s s轨道成分和轨道成分和3/43/4的的p p轨道成分,因此我们把这种轨道称之为轨道成分,因此我们把这种轨道称之为 spsp3 3杂化轨道。杂化轨道。9 91414 为为了了四四个个杂杂化化轨轨道道在在空空间间尽尽可可能能远远离离,使使轨轨道道间间的的排排斥斥最最小小,4 4个个杂杂化化轨轨道道的的伸伸展展方方向向分分别别指指向向正正四四面面体体的的四四个个顶顶点点。四个四个H原子分别以原子分别以4个个s轨道与轨道与C原子上的四原子上的四个个sp3杂化轨道相
4、互重叠后,就形成了四个性杂化轨道相互重叠后,就形成了四个性质、能量和键角都完全相同的质、能量和键角都完全相同的S-SP3键,形成键,形成一个正四面体构型的分子。一个正四面体构型的分子。109.5杂化类型杂化类型spsp1 1spsp2 2spsp3 3参与杂化参与杂化的原子轨的原子轨道道1 1个个s+1s+1个个p p1 1个个s+2s+2个个p p1 1个个s+3s+3个个p p杂化轨道杂化轨道数数2 2个个spsp杂化轨杂化轨道道3 3个个spsp2 2杂化轨杂化轨道道4 4个个spsp3 3杂化轨杂化轨道道杂化轨道杂化轨道间夹角间夹角180180o o120120o o109.5109.
5、5o o空间构型空间构型直直 线线正三角形正三角形正四面体正四面体实实 例例BeClBeCl2 2,C C2 2H H2 2BFBF3 3,BCl,BCl3 3CHCH4 4,CClCCl4 4sp型的三种杂化型的三种杂化spsp2 2杂杂化化轨轨道道 乙烯中的在轨道杂化时,乙烯中的在轨道杂化时,有一个有一个轨道未参与杂化,轨道未参与杂化,只是的只是的s与两与两个个p轨道发生杂化,形成三个相同的轨道发生杂化,形成三个相同的sp2杂化轨道,三个杂化轨道,三个sp2杂化轨道分别指杂化轨道分别指向平面三角形的三个顶点。向平面三角形的三个顶点。未杂化未杂化p轨轨道垂直于道垂直于sp2杂化轨道所在平面。
6、杂化轨道所在平面。杂化杂化轨道间夹角为轨道间夹角为120。乙烯分子中键的形成spsp杂杂化化轨轨道道 两个碳原子的两个碳原子的sp杂化轨道沿各自对称轴形成杂化轨道沿各自对称轴形成sp-sp 键,另两个键,另两个sp杂化轨道分别与两个氢原子的杂化轨道分别与两个氢原子的1s轨道重叠形成两个轨道重叠形成两个sp-s 键,两个键,两个py轨道轨道和两个和两个pz轨道分别从侧面相互重叠,形成两个相互垂直的轨道分别从侧面相互重叠,形成两个相互垂直的P-P 键,形键,形成乙炔分子。成乙炔分子。基态基态基态基态N N的最外层电子构型为的最外层电子构型为的最外层电子构型为的最外层电子构型为 2s2s2 22p2
7、p3 3,在,在,在,在HH影响影响影响影响下,下,下,下,N N 的一个的一个的一个的一个2s2s轨道和三个轨道和三个轨道和三个轨道和三个2p 2p 轨道进行轨道进行轨道进行轨道进行spsp3 3 不等性不等性不等性不等性杂化,形成四个杂化,形成四个杂化,形成四个杂化,形成四个spsp3 3 杂化轨道。其中三个杂化轨道。其中三个杂化轨道。其中三个杂化轨道。其中三个spsp3 3杂化轨杂化轨杂化轨杂化轨道中各有一个未成对电子,另一个道中各有一个未成对电子,另一个道中各有一个未成对电子,另一个道中各有一个未成对电子,另一个spsp3 3 杂化轨道被杂化轨道被杂化轨道被杂化轨道被孤对电子所占据。孤
8、对电子所占据。孤对电子所占据。孤对电子所占据。N N 用三个各含一个未成对电子用三个各含一个未成对电子用三个各含一个未成对电子用三个各含一个未成对电子的的的的spsp3 3 杂化轨道分别与三个杂化轨道分别与三个杂化轨道分别与三个杂化轨道分别与三个H H 的的的的1s 1s 轨道重叠,形成轨道重叠,形成轨道重叠,形成轨道重叠,形成三个三个三个三个 键。由于孤对电子的电子云密集在键。由于孤对电子的电子云密集在键。由于孤对电子的电子云密集在键。由于孤对电子的电子云密集在N N 的的的的周围,对三个周围,对三个周围,对三个周围,对三个 键的电子云有比较大的排斥作键的电子云有比较大的排斥作键的电子云有比
9、较大的排斥作键的电子云有比较大的排斥作用,使用,使用,使用,使 键之间的键角被压缩到键之间的键角被压缩到键之间的键角被压缩到键之间的键角被压缩到 ,因此,因此,因此,因此NHNH3 3 的空间构型为三角锥形。的空间构型为三角锥形。的空间构型为三角锥形。的空间构型为三角锥形。NH3 的空间构型 基态O 的最外层电子构型为2s22p4,在 H 的影响下,O 采用sp3 不等性杂化,形成四个sp3 杂化轨道,其中两个杂化轨道中各有一个未成对电子,另外两个杂化轨道分别被两对孤对电子所占据。O 用两个各含有一个未成对电子的sp3杂化轨道分别与两个H 的 1s 轨道重叠,形成两个 键。由于O的两对孤对电子
10、对两个 键的成键电子有更大的排斥作用,使 键之间的键角被压缩到 ,因此 H2O 的空间构型为角型。的空间构型杂化轨道理论解释苯分子的结构:杂化轨道理论解释苯分子的结构:C为为SP2杂化杂化所有原子(所有原子(12个)处于同一平面个)处于同一平面分子中分子中6个碳原子未杂化的个碳原子未杂化的2P轨道轨道上的未成对电子重叠结果形成了上的未成对电子重叠结果形成了一个闭合的、环状的大一个闭合的、环状的大键键形成的形成的电子云像两个连续的面包圈,一个位于平面上面,一电子云像两个连续的面包圈,一个位于平面上面,一个位于平面下面,经能量计算,这是一个很稳定的体系。个位于平面下面,经能量计算,这是一个很稳定的
11、体系。C-C(sp2-sp2);C-H(sp2-s)大 键 C6H6C6H6的大键(离域键)杂化类型杂化类型杂化类型杂化类型 sp sp spsp2 2spsp3 3杂化轨道空杂化轨道空杂化轨道空杂化轨道空间取向间取向间取向间取向 直线直线直线直线形形形形 三角三角三角三角形形形形 四四四四 面面面面 体体体体杂化轨道中杂化轨道中杂化轨道中杂化轨道中孤对电子数孤对电子数孤对电子数孤对电子数 分子空间构分子空间构分子空间构分子空间构型型型型 直线直线直线直线形形形形 三角三角三角三角形形形形 正四面正四面正四面正四面体体体体 三角锥三角锥三角锥三角锥形形形形 折线折线折线折线 形形形形 实实实实
12、 例例例例 BeClBeCl2 2BFBF3 3CClCCl4 4NHNH3 3HH2 2OO键键键键 角角角角 180 180 120 120 0 0 0 1 2几种常见的杂化轨道类型 共价分子的几何外形取决于分子共价分子的几何外形取决于分子价价层电子对数目和类型层电子对数目和类型。分子的价电子对。分子的价电子对(包括成键电子对和孤电子对)由于(包括成键电子对和孤电子对)由于相相互排斥互排斥作用作用,而趋向尽可能而趋向尽可能远离远离以以减小斥减小斥力力而采取而采取对称对称的空间构型。的空间构型。价层电子对互斥理论(价层电子对互斥理论(VSEPRVSEPR法)法)3、确定分子空间构型的简易方法
13、:、确定分子空间构型的简易方法:利用价层电子对互斥理论预测分子或离子的空间构利用价层电子对互斥理论预测分子或离子的空间构利用价层电子对互斥理论预测分子或离子的空间构利用价层电子对互斥理论预测分子或离子的空间构型的步骤如下:型的步骤如下:型的步骤如下:型的步骤如下:(1 1 1 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:)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:价层电子对数(中心原子的价电子数价层电子对数(中心原子的价电子数价层电子对数(中心原子的价电子数价层电子对数(中心原子的价电子数 配位原子提供的电子数配位原子提供的电子数配位原子提供的电子数配位原子提
14、供的电子数 离子电荷数离子电荷数离子电荷数离子电荷数 )/2)/2)/2)/2n n式中:中心原子的价电子数式中:中心原子的价电子数式中:中心原子的价电子数式中:中心原子的价电子数=主族序数主族序数主族序数主族序数n n 例如:例如:例如:例如:B B:3 3,C C:4 4,N N:5 5,OO:6 6,X X:7 7,稀有气,稀有气,稀有气,稀有气体:体:体:体:8 8n n 配位原子提供的价电子数:配位原子提供的价电子数:配位原子提供的价电子数:配位原子提供的价电子数:n n HH与卤素:与卤素:与卤素:与卤素:1 1,OO与与与与S S为为为为0 0。n n当中心原子的价电子数为奇数时
15、要加当中心原子的价电子数为奇数时要加当中心原子的价电子数为奇数时要加当中心原子的价电子数为奇数时要加1 1n n 例如:例如:例如:例如:SOSO4 42-2-价电子对数价电子对数价电子对数价电子对数=(6+0+2)/2=4=(6+0+2)/2=4(2 2).根据分子的价电子对数确定分根据分子的价电子对数确定分子的空间构型子的空间构型 价层电价层电子对数子对数 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6电子对电子对排布方排布方式式 直直线线形形平面平面三角三角形形 四四面面体体 三三角角双双锥锥 八八面面体体(3)、价层电子对互斥理论的应用实例、价层电子对互斥理论的应用实例 在在CHCH4 4 中
16、,中,C C 有有4 4个电子,个电子,4 4个个H H 提供提供4 4个电个电子,子,C C 的价层电子总数为的价层电子总数为8 8个,价层电子对为个,价层电子对为4 4对对 。C C 的价层电子对的排布为正四面体,由于的价层电子对的排布为正四面体,由于价层电子对全部是成键电子对,因此价层电子对全部是成键电子对,因此 CHCH4 4 的空的空间构型为正四面体。间构型为正四面体。CH4 的空间构型 的空间构型的空间构型 在在 中,中,ClCl 有有7 7个价电子,不提供电个价电子,不提供电子,再加上得到的子,再加上得到的1 1个电子,价层电子总数为个电子,价层电子总数为个,价层电子对为个,价层
17、电子对为4 4对。对。ClCl的价层电子对的排布的价层电子对的排布为四面体,四面体的为四面体,四面体的 3 3 个顶角被个顶角被3 3个个O O占据,余占据,余下的一个顶角被孤对电子占据,因此下的一个顶角被孤对电子占据,因此 为三为三角锥形。角锥形。PCl5 的空间构型的空间构型 在在 PClPCl5 5 中,中,P P 有有5 5个价电子,个价电子,5 5 个个ClCl分别提分别提供供1 1个电子,中心原子共有个电子,中心原子共有5 5对价层电子对,价对价层电子对,价层电子对的空间排布方式为三角双锥,由于中层电子对的空间排布方式为三角双锥,由于中心原子的价层电子对全部是成键电子对,因此心原子
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- 共价键 分子 空间 构型 解析 课件
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