杂化轨道理论分子极性.pptx

《杂化轨道理论分子极性.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《杂化轨道理论分子极性.pptx（44页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、原子在形成分子时原子在形成分子时,为了增强成键能力为了增强成键能力,使分子的使分子的稳定性增加稳定性增加,趋向于将不同类型的原子轨道重新趋向于将不同类型的原子轨道重新组合成能量、形状和方向与原来不同的新原子轨组合成能量、形状和方向与原来不同的新原子轨道道;这种重新组合称为杂化这种重新组合称为杂化;杂化后的原子轨道称杂化后的原子轨道称为杂化轨道为杂化轨道.一一.杂化轨道理论简介杂化轨道理论简介注意点注意点(1)只有能量相近的轨道才能相互杂化。(2)形成的杂化轨道数目等于参加杂化的原子轨道数目。(3)杂化轨道成键能力大于原来的原子轨道 -因为杂化轨道的形状变成一头大一头小了,用大的一头与其他原子的

2、轨道重叠,重叠部分显然会增大。第1页/共44页1.sp3 杂化原子形成分子时,同一原子中能量相近的一个ns轨道与三个np轨道进行混合组成四个新的原子轨道称为sp3 杂化轨道.第2页/共44页2s2pC的基态2s2p激发态正四面体形sp3 杂化态CHHHH10928激发当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时,碳原子的2s轨道和3个2p轨道这4个轨道会发生混杂,混杂时保持轨道总数不变,得到4个能量相等、成分相同的sp3杂化轨道,夹角109 28,如下图所示：第3页/共44页spsp2 2杂化杂化:三个夹角为三个夹角为120120的平面三角形杂化轨道的平面三角形杂化轨道。2.sp2 杂化同一个原子的一个

3、ns轨道与两个np轨道进行杂化组合为sp2杂化轨道.x y z x y z z x y z x y z 120第4页/共44页2s2pB的基态2p2s激发态正三角形sp2 杂化态BF3分子形成分子形成BFFF激发120用杂化轨道理论分析用杂化轨道理论分析乙烯分子乙烯分子的成键情况的成键情况sp2杂化的C sp2杂化的C 相互靠拢 分子中2 2个平行形成s-s-骨架 的p轨道形成p p 键 碳的sp2杂化轨道第5页/共44页 同一原子中 ns-np 杂化成新轨道：一个 s 轨道和一个 p 轨道杂化组合成两个新的 sp 杂化轨道。3.sp 杂化夹角为夹角为180180的直线形杂化轨道的直线形杂化轨

4、道x y z x y z z x y z x y z 180第6页/共44页BeCl2分子形成分子形成激发2s2pBe基态2s2p激发态杂化直线形sp杂化态键合直线形化合态Cl Be Cl180 第7页/共44页请用杂化轨道理论分析请用杂化轨道理论分析乙炔乙炔的成键情况的成键情况乙炔乙炔碳的sp杂化轨道第8页/共44页请用杂化轨道理论分析请用杂化轨道理论分析苯分子苯分子的成键情况的成键情况苯苯第9页/共44页杂化轨道理论很好的解释了苯的结构与性质的特殊性杂化轨道理论很好的解释了苯的结构与性质的特殊性大大 键使得苯分子的结构非常稳定键使得苯分子的结构非常稳定,能量很低。能量很低。1.苯分子中苯分

5、子中,既不存在碳碳单键既不存在碳碳单键,也不存在碳碳双键。而是也不存在碳碳双键。而是六条碳碳键完全相同六条碳碳键完全相同,介于碳碳单键和碳碳双键之间。介于碳碳单键和碳碳双键之间。2.苯分子在发生化学反应时，不破坏大苯分子在发生化学反应时，不破坏大 键的取键的取代反应相对容易；而需要破坏大代反应相对容易；而需要破坏大 键的加成反键的加成反应和氧化反应则困难的多。应和氧化反应则困难的多。第10页/共44页第11页/共44页 基基态态N的的最最外外层层电电子子构构型型为为 2s22p3，在在H影影响响下下，N 的的一一个个2s轨轨道道和和三三个个2p 轨轨道道进进行行sp3 不不等性等性杂杂化化，形

6、形成成四四个个sp3 杂杂化化轨轨道道。其其中中三三个个sp3杂杂化化轨轨道道中中各各有有一一个个未未成成对对电电子子，另另一一个个sp3 杂杂化化轨轨道道被被孤孤对对电电子子所所占占据据。N 用用三三个个各各含含一一个个未未成成对对电电子子的的sp3 杂杂化化轨轨道道分分别别与与三三个个H 的的1s 轨轨道道重重叠叠，形形成成三三个个 键键。由由于于孤孤对对电电子子的的电电子子云云密密集集在在N 的的周周围围，对对三三个个 键键的的电电子子云云有有比比较较大大的的排排斥斥作作用用，使使 键键之之间间的的键键角角被被压压缩缩到到 ，因因此此NH3 的空间构型为三角锥形。的空间构型为三角锥形。第

7、12页/共44页第13页/共44页 基基态态O 的的最最外外层层电电子子构构型型为为2s22p4，在在 H 的的影影响响下下，O 采采用用sp3 不不等等性性杂杂化化，形形成成四四个个sp3 杂杂化轨道，其中两个杂化轨道中各有一个未成对电化轨道，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子，另外两个杂化轨道分别被两对孤对电子所占据据。O 用用两两个个各各含含有有一一个个未未成成对对电电子子的的sp3杂杂化化轨轨道分别与两个道分别与两个H 的的 1s 轨道重叠，形成两个轨道重叠，形成两个 键键。由由于于O的的两两对对孤孤对对电电子子对对两两个个 键键的的成成键键

8、电子有更大的排斥作用，使电子有更大的排斥作用，使 键之间的键角被键之间的键角被压缩到压缩到 ，因此因此 H2O 的空间构型为角型。的空间构型为角型。第14页/共44页杂化类型杂化类型 sp sp2sp3杂化轨道排杂化轨道排布布 直线直线形形 三角三角形形 四四 面面 体体杂化轨道中杂化轨道中孤对电子数孤对电子数 分子空间构分子空间构型型 直线直线形形 三角三角形形 正四面正四面体体 三角锥三角锥形形 角角 形形 实实 例例 BeCl2BF3CCl4NH3H2O键键 角角 180 120 0 0 0 1 2几种常见的杂化轨道类型第15页/共44页 共价分子的几何外形取决于分子共价分子的几何外形取

9、决于分子价层电子对价层电子对数目和类型数目和类型。分子的价电子对（包括成键电子对。分子的价电子对（包括成键电子对和孤电子对）由于和孤电子对）由于相互排斥相互排斥作用作用,而趋向尽可能而趋向尽可能远离远离以以减小斥力减小斥力而采取而采取对称对称的空间构型。的空间构型。1 1、价层电子对互斥理论、价层电子对互斥理论二、确定分子空间构型的简易方法：二、确定分子空间构型的简易方法：各种电子对的斥力大小:孤对-孤对电子孤对-成键电子成键-成键电子成键-单电子如何确定价层电子对数？第16页/共44页推断分子或离子的空间构型的具体步骤：以AXm为例(A中心原子,X配位原子)：1.先确定中心原子的价层电子对数

10、n，原则：原则：A A的价电子数的价电子数 =主族序数；主族序数；配体X：H H和卤素每个原子各提供一个价电子和卤素每个原子各提供一个价电子,规定氧与硫不提供价电子规定氧与硫不提供价电子；正离子应减去电荷数正离子应减去电荷数,负离子应加上电荷数。负离子应加上电荷数。例：B:3，C:4，N:5，O:6，X:7，稀有气体:8例如：SO42-:n=(6+0+2)/2=4第17页/共44页2.确定电子对的空间构型：n=2 直线形n=3 平面三角形n=4 四面体价层电子对数价层电子对数 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6电子对排布方电子对排布方式式 直线形直线形平面三角形平面三角形 正四面正四面体体

11、 三角双三角双锥锥 八面体八面体第18页/共44页3.确定中心原子的孤对电子对数，推断分子的空间构型。(1)孤对电子=0:分子的空间构型=电子对的空间构型n=(2+2)=2 直线形n=(3+3)=3 平面三角形n=(4+4)=4 四面体例如：第19页/共44页(2)孤对电子0：分子的空间构型不同于电子对的空间构型。3411 2SnCl2平面三角形 V形NH3四面体 三角锥H2O四面体 V形n孤对电子电子对的空间构型分子的空间构型例各种电子对的斥力大小:孤对-孤对电子孤对-成键电子成键-成键电子成键-单电子第20页/共44页（3）判断共价分子结构的实例利用价层电子对互斥理论判断下列分子和离子的几

12、何利用价层电子对互斥理论判断下列分子和离子的几何构型构型;要求写出价层电子总数、对数、电子对构型和分要求写出价层电子总数、对数、电子对构型和分子构型子构型.AlCl.AlCl3 3 H H2 2S SOS SO3 32-2-NH NH4 4+NO NO2 2 解:电子对对数电子对构型 3 4 4 4 3 三角形 正四面体 正四面体 正四面体 三角形 分子构型 三角形 V字构型 三角锥 正四面体 V字形 孤电子对对数0 2 4 4 1 第21页/共44页练练 习习分子分子COCO2 2BeHBeH2 2BFBF3 3CHCH4 4H2ONH3价电子价电子对数对数价电子价电子对排布对排布有无孤有无

13、孤对电子对电子分子空分子空间结构间结构2 22 23 34 44 44 4直线形直线形直线形直线形平面三平面三角形角形平面三平面三角形角形正四面体正四面体无无有有正四正四面体面体三角三角锥形锥形V形形第22页/共44页分子分子中心原子中心原子的价电子的价电子对数对数电子对的空电子对的空间排布间排布中心原子中心原子的杂化轨的杂化轨道类型道类型中心原中心原子孤对子孤对电子对电子对分子的空间分子的空间构型构型SiCl4CS2BF3PCl3OF2SO2423443正四面体正四面体SP3直线直线SPSP3SP2SP3SP2平面三角形平面三角形正四面体正四面体正四面体正四面体平面三角形平面三角形0正四面体

14、正四面体直线直线02平面三角形平面三角形011三角锥三角锥V形形V形形第23页/共44页1、非极性键和极性键、非极性键和极性键实例实例F F2 2HFHF特特 征征组成组成 原子吸引电子对能力原子吸引电子对能力 共用电子对位置共用电子对位置 成键原子电性成键原子电性 结论结论(键的性质键的性质)同种原子同种原子 相同相同 不偏向任何不偏向任何一个原子一个原子 不显电性不显电性A:A A:A 非极性键非极性键 不同种原子不同种原子 不同不同 偏向吸引电子偏向吸引电子能力强的原子能力强的原子显电性显电性A:B 极性键极性键 三、分子的极性三、分子的极性第24页/共44页类别类别非极性分子非极性分子

15、极性分子极性分子定义定义 共用电子对共用电子对 分子空间构型分子空间构型 实例实例 2 2、极性分子和非极性分子、极性分子和非极性分子 正电荷重心和负电荷正电荷重心和负电荷重心相重合的分子重心相重合的分子不相重合的分子不相重合的分子不偏移或对称分布不偏移或对称分布 偏移或不对称分布偏移或不对称分布 对称对称 不对称不对称 H2,Cl2,CO2,CS2 HCl,H2O,NH3 第25页/共44页3、分子极性的判断方法、分子极性的判断方法1.1.双原子分子双原子分子取决于成键原子之间的共价键是否有极性取决于成键原子之间的共价键是否有极性2.2.多原子分子多原子分子取决于分子的空间构型和共价键的极性

16、取决于分子的空间构型和共价键的极性-分子的极性由分子的极性由共价键的极性共价键的极性及分及分子的子的空间构型空间构型两个方面共同决定。两个方面共同决定。以以极性键极性键结合而形成的结合而形成的异核双原子分子异核双原子分子都是都是极性极性分分子，如子，如HCl以以非极性键非极性键结合而形成的结合而形成的同核双原子分子同核双原子分子是是非极性非极性分子分子，如，如Cl2。第26页/共44页多原子多原子ABm分子极性的判断方法分子极性的判断方法(1)(1)化合价法化合价法一般地一般地,当中心原子化合价的绝对值等于该元素价当中心原子化合价的绝对值等于该元素价电子数时电子数时,该分子为非极性分子该分子为

17、非极性分子;否则为极性分子。否则为极性分子。请判断请判断PCl3、CCl4、CS2、SO2分子的极性。分子的极性。将分子中的共价键看作作用力将分子中的共价键看作作用力,不同的共不同的共价键看作不相等的作用力价键看作不相等的作用力,运用物理上力运用物理上力的合成与分解的合成与分解,看中心原子受力是否平衡看中心原子受力是否平衡,如平衡则为非极性分子如平衡则为非极性分子;否则为极性分子。否则为极性分子。(2)(2)物理模型法物理模型法第27页/共44页C=OC=O键是极性键键是极性键,但从分子总体而言但从分子总体而言COCO2 2是是直线直线型分子型分子,两个两个C=OC=O键是键是对称对称排列的排

18、列的,两键的极性两键的极性互相抵消互相抵消(F(F合合=0),=0),整个分子没有极性整个分子没有极性,电荷电荷分布均匀分布均匀,是非极性分子是非极性分子.180F1F2F合合=0OOC第28页/共44页HOH10430F1F2F合合0O-H键是极性键键是极性键,共用电子对共用电子对 偏偏O原子原子,但由于分子是但由于分子是折线型折线型 构型构型,两两个个O-H键的极性不能抵消键的极性不能抵消 (F合合0),整个分子电荷分布不均匀整个分子电荷分布不均匀,是是极性分子极性分子第29页/共44页HHHNBF3：NH3：12010718 三角锥型三角锥型,不对称不对称,键的极性键的极性不能抵消不能抵

19、消,是极性分子是极性分子F1F2F3F平面三角形平面三角形,对称对称,键键的极性互相抵消的极性互相抵消(F合合=0).是非极性分子是非极性分子第30页/共44页CHHHH10928 正四面体型正四面体型,对称结构对称结构,C-H键的极性互相键的极性互相抵消抵消(F合合=0),是非极性分子是非极性分子第31页/共44页常见分子常见分子 键的极性键的极性 键角键角 分子构型分子构型 分子类型分子类型 常见分子的构型及分子的极性常见分子的构型及分子的极性双原双原子分子分子子H2、Cl2HClH2OCO2三原三原子分子分子子四原四原子分子分子子NH3 有有 107.30 三角锥型三角锥型 极性极性BF

20、3 有有 120 平面三角形平面三角形 非极性非极性CH4 有有 109.50 正四面体型正四面体型 非极性非极性五原五原子子无无 无无 直线型直线型 非极性非极性有有 无无 直线型直线型 极性极性有有 180 直线型直线型 非极性非极性有有 104.50 折线型折线型 极性极性第32页/共44页4、等电子体原理、等电子体原理并且价电子总数并且价电子总数(最外层电子总数最外层电子总数)相同相同(1)(1)定义定义 原子总数原子总数相同相同可以是可以是分子与分子分子与分子之间之间,分子与离子分子与离子之之间间,离子与离子离子与离子之间之间(2)(2)等电子体等电子体结构具有相似性结构具有相似性请

21、写出具有10个电子的微粒：分子：HF、H2O、NH3、CH4、Ne阳离子：Na+、Mg2+、Al3+、NH4+、H3O+阴离子：OH、NH2、N3、O2、F 第33页/共44页相似相溶原理：相似相溶原理：极性分子易溶于极性分子溶剂中（如极性分子易溶于极性分子溶剂中（如HClHCl易溶易溶于水中），非极性分子易溶于非极性分子溶于水中），非极性分子易溶于非极性分子溶剂中（如剂中（如COCO2 2易溶于易溶于CSCS2 2中）中）练习：练习：用萃取法从碘水中分离碘，所用萃取剂用萃取法从碘水中分离碘，所用萃取剂应具有的性质是（应具有的性质是（）不和碘或水起反应不和碘或水起反应 能溶于水能溶于水 不溶于

22、不溶于水水 应是极性溶剂应是极性溶剂 应是非极性溶剂应是非极性溶剂 A、B、C、D、C5、研究分子极性的实际意义、研究分子极性的实际意义第34页/共44页问：问：1.我们已经学习了哪些化学键我们已经学习了哪些化学键?2.2.什么叫配位键什么叫配位键?一个原子提供一对电子，与另一个接受电子的原子形成的共价键。即：成键的两个原子一方提供孤对电子，一方提供空轨道而形成的共价键。3.试举一例含配位键的物质！铵盐水合氢离子四、配合物第35页/共44页在水溶液中,Cu2+与NH3是如何结合成 Cu(NH3)42+的呢？配体有孤电子配体有孤电子对对中心离子中心离子有空轨道有空轨道配位键配位键的存在是配合物与

23、其它物质最本质的区别的存在是配合物与其它物质最本质的区别1、配合物的概念 概念:由提供孤电子对配体与接受孤电子对中心原子/离子以配位键结合形成的化合物称为配合物请思考NH4Cl是否是配合物？第36页/共44页2、配合物的组成内界是配位单元,外界是简单离子-内外界间是完全电离的。Co(NH3)6 Cl3内界内界外界外界K3Cr(CN)6内界内界外界外界内界又由内界又由中心原子中心原子/离子离子和和配位体配位体及及配位数配位数构成构成.(1)内界与外界Co(NH3)63+中心离子配位体配位数Cu(NH3)4 SO4中心离子配位体配位数 外界离子内 界外 界配配配配 合合合合 物物物物第37页/共4

24、4页(2)中心原子、配位体(含配位原子)、配位数中心原子：能够接受孤电子对的离子，多为过渡金属元素的离子。配位体：提供孤电子对的分子或离子；其中提供孤电子对的原子叫配位原子，常见的配位原子有卤素原子X、O、S、N、P、C。配位数 常见金属离子配位数1价金属离子2价金属离子3价金属离子Cu+2,4 Ca2+6 Al3+4,6Ag+2 Mg2+6 Cr3+6Au+2,4 Fe2+6 Fe3+6 Co2+4,6 Co3+6 Cu2+4,6 Au3+4 Zn2+4,6第38页/共44页配合物中心原子配合物中心原子(离子离子)价态的判断价态的判断Ag(NH3)2OHCo(NH3)6Cl3 K4Fe(CN

25、)6 KPt(NH3)Cl3 Co(NH3)5Cl(NO3)2Cr(H2O)5ClCl2H2O 配离子的电荷配离子的电荷=中心原子与配位中心原子与配位体电荷的代数和体电荷的代数和第39页/共44页 在做银镜反应实验时，需要配制银氨溶液。请回答：银氨溶液的配制过程，实验现象，写出相应的化学方程式。配制过程：在5%的硝酸银溶液中逐滴加入2mol/L的氨水，直至生成的沉淀恰好完全溶解。实验现象：先出现沉淀，继续滴加氨水后沉淀溶解生成无色澄清溶液。AgNO3+NH3H2O=AgOH+NH4NO3 AgOH+2NH3H2O=Ag(NH3)2OH+2H2O Ag(NH3)2OHAg(NH3)2+OH第40

26、页/共44页4、配合物的结构、配合物的结构-配合物的中心原子,配位体的种类和数目的不同,可以形成不同空间构型的配合物.P7071几种配合物的空间构型直线形直线形 正四面体正四面体第41页/共44页练习题练习题1 向AgNO3溶液中滴加氨水至沉淀溶解可形成Ag(NH3)2+配离子。Ag+空的 轨道和 轨道可以形成 杂化轨道。NH3分子中N原子有 对孤电子对，N原子上的孤电子对进入Ag+空的 杂化轨道形成配位键。Ag+有 个空的 杂化轨道，可以接受2个NH3分子提供的孤电子对，形成 型的Ag(NH3)2+。5s 5p sp 1sp2sp直线第42页/共44页练习题练习题2 Zn(NH3)4SO4中，Zn2+与NH3以 相结合，形成配合物的内界 ，为配合物的外界。Zn2+接受4个NH3分子中氮原子提供的孤电子对，形成 个配位键，Zn2+提供4个空 杂化轨道接受孤电子对是 ，NH3分子中氮原子提供孤电子对，是配位原子，NH3分子是 ，Zn(NH3)42+中，Zn2+的配位数是 。配位键 Zn(NH3)42+SO424sp3中心原子(离子)配位体4第43页/共44页感谢您的观看。第44页/共44页