杂化轨道理论分子极性学习教案.pptx
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1、会计学1杂化轨道理论杂化轨道理论(lln)分子极性分子极性第一页,共44页。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(nngl),(nngl),使分子的稳定性增加使分子的稳定性增加,趋向于将不同类型的原子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轨道重新组合成能量、形状和方向与原来不同的新原子轨道新原子轨道;这种重新组合称为杂化这种重新组合称为杂化;杂化后的原杂化后的原子轨道称为杂化轨道子轨道称为杂化轨道.一一.杂化轨道杂化轨道(gudo)理论简理论简介介注意注意(zh y)点点(1)只有能量相近的轨道才能相互杂化。只有能量相近的轨道才能相互杂化
2、。(2)形成的杂化轨道数目等于参加杂化的原子轨道数目。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杂化轨道成键能力大于原来的原子轨道 -因为杂化轨道的因为杂化轨道的形状变成一头大一头小了形状变成一头大一头小了,用大的一头与其他原子的轨道重用大的一头与其他原子的轨道重叠叠,重叠部分显然会增大。重叠部分显然会增大。第1页/共44页第二页,共44页。1.sp3 杂化杂化原原子子形形成成分分子子(fnz)时时,同同一一原原子子中中能能量量相相近近的的一一个个ns轨轨道道与与三三个个np轨轨道道进进行行混混合合组组成成四四个个新新的的原原子子轨轨道道称称为为sp
3、3 杂杂化化轨道轨道.第2页/共44页第三页,共44页。2s2pC的基的基态态2s2p激发态激发态正四面体形正四面体形sp3 杂化杂化态态CHHHH10928激发激发(jf)当当碳碳原原子子与与4个个氢氢原原子子形形成成甲甲烷烷分分子子时时,碳碳原原子子的的2s轨轨道道和和3个个2p轨轨道道这这4个个轨轨道道会会发发生生混混杂杂,混混杂杂时时保保持持轨轨道道总总数数不不变变,得得到到4个个能能量量相相等等、成成分分相相同同的的sp3杂杂化化轨轨道道,夹夹角角(ji jio)109 28,如下图所示:如下图所示:第3页/共44页第四页,共44页。sp2sp2杂杂化化:三三个个夹夹角角(ji(ji
4、 jio)jio)为为120120的的平平面面三三角角形形杂杂化化轨道。轨道。2.sp2 杂化杂化同同 一一 个个 原原 子子 的的 一一 个个 ns轨轨 道道 与与 两两 个个 np轨轨 道道 进进 行行(jnxng)杂化组合为杂化组合为sp2杂化轨道杂化轨道.x y z x y z z x y z x y z 120第4页/共44页第五页,共44页。2s2pB的基的基态态2p2s激发态激发态正三角形正三角形sp2 杂化杂化态态BF3分子分子(fnz)形形成成BFFF激发激发(jf)120用杂化轨道理论分析用杂化轨道理论分析(fnx)乙烯分子的成键情况乙烯分子的成键情况sp2杂化的杂化的C
5、sp2杂化的杂化的C 相互靠拢相互靠拢 分子中分子中2 2个平行个平行形成形成s-s-骨架骨架 的的p轨道形成轨道形成p p 键键 碳的碳的sp2杂化轨道杂化轨道第5页/共44页第六页,共44页。同同一一原原子子中中 ns-np 杂杂化化成成(hu chn)新新轨轨道道:一一个个 s 轨轨道道和和一一个个 p 轨轨道道杂杂化化组组合合成成两两个个新新的的 sp 杂杂化化轨道。轨道。3.sp 杂化杂化夹夹角角(ji(ji jio)jio)为为180180的的直直线线形形杂杂化轨道化轨道x y z x y z z x y z x y z 180第6页/共44页第七页,共44页。BeCl2分子分子(
6、fnz)形成形成激发激发2s2pBe基态基态2s2p激发态激发态杂化杂化直线形直线形sp杂化态杂化态键合键合直线形直线形化合态化合态Cl Be Cl180 第7页/共44页第八页,共44页。请用杂化轨道理论分析乙炔请用杂化轨道理论分析乙炔(y qu)的成键情况的成键情况乙炔乙炔(y qu)碳碳 的的 sp杂杂 化化 轨轨 道道(gudo)第8页/共44页第九页,共44页。请用杂化轨道理论分析苯分子请用杂化轨道理论分析苯分子(fnz)的成键情况的成键情况苯苯第9页/共44页第十页,共44页。杂化轨道杂化轨道(gudo)理论很好的解释了苯的结构与性质的特理论很好的解释了苯的结构与性质的特殊性殊性大
7、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,也不存在碳碳双键也不存在碳碳双键(shun jin)。而是六条碳碳键完全相同。而是六条碳碳键完全相同,介于碳碳单键和碳碳双键介于碳碳单键和碳碳双键(shun jin)之间。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页第十一页,共44页。第11页/共44页第十二页,共44页。基态
8、基态N N的最外层电子构型为的最外层电子构型为 2s22p3 2s22p3,在,在H H影响影响下,下,N N 的一个的一个2s2s轨道和三个轨道和三个2p 2p 轨道进行轨道进行sp3 sp3 不等性不等性杂化,形成四个杂化,形成四个sp3 sp3 杂化轨道。其中三个杂化轨道。其中三个sp3sp3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sp3 sp3 杂化轨道被杂化轨道被孤对电子所占据。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的的sp3 sp3 杂化轨道分别与三个杂化轨道分别与三个H H 的的1s 1s 轨道重叠,形成轨道重叠,
9、形成三三个个 键键。由由于于(yuy)(yuy)孤孤对对电电子子的的电电子子云云密密集集在在N N 的的周围,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用,使用,使 键之间的键角被压缩到键之间的键角被压缩到 ,因此,因此NH3 NH3 的空间构型为三角锥形。的空间构型为三角锥形。第12页/共44页第十三页,共44页。第13页/共44页第十四页,共44页。基态基态O O 的最外层电子构型为的最外层电子构型为2s22p42s22p4,在,在 H H 的的影响下,影响下,O O 采用采用sp3 sp3 不等性杂化,形成四个不等性杂化,形成四个sp3 sp3 杂杂化化轨轨
10、道道(gudo)(gudo),其其中中两两个个杂杂化化轨轨道道(gudo)(gudo)中中各各有有一一个未成对电个未成对电子子,另另外外两两个个杂杂化化轨轨道道(gudo)(gudo)分分别别被被两两对对孤孤对对电电子子所所占占据。据。O O 用两个各含有一个未成对电子的用两个各含有一个未成对电子的sp3sp3杂化轨杂化轨道分别与两个道分别与两个H H 的的 1s 1s 轨道轨道(gudo)(gudo)重叠,形成两个重叠,形成两个 键。由于键。由于O O的两对孤对电子对两个的两对孤对电子对两个 键的成键键的成键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
11、压缩到 ,因此,因此 H2O H2O 的空间构型为角型。的空间构型为角型。第14页/共44页第十五页,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几种几种(j zhn)常见常见的杂化轨道类型的杂化轨道类型第15页/共44页第十六页,共44页。共价分子的几何外形取决于分子价层电子对数共价分子
12、的几何外形取决于分子价层电子对数目和类型。分子的价电子对(包括成键电子对和孤目和类型。分子的价电子对(包括成键电子对和孤电子对)由于相互排斥作用电子对)由于相互排斥作用(zuyng),(zuyng),而趋向尽可而趋向尽可能远离以减小斥力而采取对称的空间构型。能远离以减小斥力而采取对称的空间构型。1 1、价层电子对互斥理论、价层电子对互斥理论(lln)(lln)二、确定二、确定(qudng)分子空间构型的简易分子空间构型的简易方法:方法:各种电子对的斥力大小各种电子对的斥力大小:孤对孤对-孤对电子孤对电子孤对孤对-成键电子成键电子成键成键-成键电子成键电子成键成键-单电子单电子如何确定价层电子对
13、数?如何确定价层电子对数?第16页/共44页第十七页,共44页。推断分子或离子推断分子或离子(lz)的空间构型的具体步骤:的空间构型的具体步骤:以以AXm为例为例(A中心原子中心原子,X配位原子配位原子):1.先确定中心原子的价层电子先确定中心原子的价层电子(dinz)对数对数n,原则原则(yunz)(yunz):AA的价电子数的价电子数=主族序主族序数;数;配体配体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:例:B:3,C:4,N:5,O
14、:6,X:7,稀有气体,稀有气体:8例如:例如:SO42-:n=(6+0+2)/2=4第17页/共44页第十八页,共44页。2.确定确定(qudng)电子对的空间构型:电子对的空间构型:n=2 直线直线(zhxin)形形n=3 平面平面(pngmin)三角形三角形n=4 四面体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 三角双三角双锥锥 八面体八面体第18页/共44页第十九页,共44页。3.确定确定(qudng)中心原子的孤对电子对数,推中心原子的孤对电子对数,推断分子的空间构型。断分子
15、的空间构型。(1)孤对电子孤对电子=0:分子分子(fnz)的空间构型的空间构型=电子对的空间构电子对的空间构型型n=(2+2)=2 直线形直线形n=(3+3)=3 平面三角形平面三角形n=(4+4)=4 四面体四面体例如例如(lr):第19页/共44页第二十页,共44页。(2)孤对电子孤对电子0:分子:分子(fnz)的空间构型不同于的空间构型不同于电子对的空间构型。电子对的空间构型。3411 2SnCl2平面平面(pngmin)三角形三角形 V形形NH3四面体四面体 三角三角(snjio)锥锥H2O四面体四面体 V形形n孤对孤对电子电子电子对的电子对的空间构型空间构型分子的分子的空间构型空间构
16、型例例各种电子对的斥力大小各种电子对的斥力大小:孤对孤对-孤对电子孤对电子孤对孤对-成键电子成键电子成键成键-成键电子成键电子成键成键-单电子单电子第20页/共44页第二十一页,共44页。(3)判断)判断(pndun)共价分子结构共价分子结构的实例的实例利用价层电子对互斥理论判断下列分子和离子利用价层电子对互斥理论判断下列分子和离子(lz)(lz)的几何构型的几何构型;要求写出价层电子总数、对数、电子对构要求写出价层电子总数、对数、电子对构型和分子构型型和分子构型.AlCl3 H2S SO32-NH4+.AlCl3 H2S SO32-NH4+NO2 NO2 解解:电子对对数电子对对数(du s
17、h)电子对构型电子对构型 3 4 4 4 3 三角形三角形 正四面体正四面体 正四面体正四面体 正四面体正四面体 三角形三角形 分子构型分子构型 三角形三角形 V字构型字构型 三角锥三角锥 正四面体正四面体 V字形字形 孤电子对对数孤电子对对数0 2 4 4 1 第21页/共44页第二十二页,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直线直线(zhxin)形形直线直线(zhxin)形形平面平面(pngmin)三
18、角三角形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页第二十三页,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正四面正四面体体(zhn s min t)SP3直线直线(zhxin)SPSP3SP2SP3SP2平面平面(pngmin)三三角形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正四面体正四面体直线直线02平面三角形
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