杂化轨道理论分子极性综述课件.ppt

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1、1、共价键的形成条件、共价键的形成条件?2、共价键的成键特征是什么？、共价键的成键特征是什么？按照共价键的成键过程中按照共价键的成键过程中,一个原子有几个未成对电一个原子有几个未成对电子子,通常只能和几个通常只能和几个自旋相反自旋相反的电子形成共价键的电子形成共价键,所以所以在共价分子中在共价分子中,每个原子形成共价键的数目是每个原子形成共价键的数目是一定一定,这这就是共价键的就是共价键的“饱和性饱和性”.如如HF而不是而不是H2F。2s 2p2s 2p2s 2p2s 2px x x x 2p 2p 2p 2py y y y 2p 2p 2p 2pz z z z CC原子的电子排布式是原子的电

2、子排布式是1s22s22p2,从轨道表示式从轨道表示式 看出只有两个未成对电子看出只有两个未成对电子,只能只能形成两个共价键形成两个共价键,但甲烷但甲烷CH4分子中形成四个共价分子中形成四个共价键键,且键角是且键角是109.50,怎么解释怎么解释?为解决这一矛盾为解决这一矛盾,鲍林提出了杂化轨道理论鲍林提出了杂化轨道理论.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

3、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。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。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 -因为杂因为杂化轨道的形状变成一头大一头小了化轨道的形状变成一头大一头小了,用大的一头与其他用大的一头与其他原子的轨道重叠原子的轨道重叠,重叠部分显然会增大。重叠部分显然会增大。1.sp3杂化杂化原原子子形形成成分分子子时时,

4、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轨道进行混合组成四个新的原子轨道称为轨道进行混合组成四个新的原子轨道称为sp3杂化轨道杂化轨道.2s2pC的基态的基态2s2p激激发态发态正四面体形正四面体形sp3杂化态杂化态CHHHH10928激发激发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杂杂化化轨道轨道,夹角夹角109 28,如下图所示：如下图

5、所示：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轨轨道道进进行行杂杂化化组组合合为为sp2杂化轨道杂化轨道.x y z x y z z x y z x y z 1202s2pB的的基态基态2p2s激激发态发态正三角形正三角形sp2杂化态杂化态BF3分子形成分子形成BFFF激发激发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杂化的杂化的Csp2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

6、架 的的p轨道形成轨道形成p p 键键碳的碳的sp2杂化轨道杂化轨道同同一一原原子子中中ns-np杂杂化化成成新新轨轨道道：一一个个s轨轨道道和一个和一个 p 轨道杂化组合成两个新的轨道杂化组合成两个新的sp杂化轨道。杂化轨道。3.sp杂化杂化夹角为夹角为180180的直线形杂化轨道的直线形杂化轨道x y z x y z z x y z x y z 180BeCl2分子形成分子形成激发激发2s2pBe基态基态2s2p激激发态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化合态合态ClBeCl180 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

7、碳的sp杂化轨道杂化轨道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。而也不存在碳碳双键。而是六条碳碳键完全相同是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

8、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。基态基态N的最外层电子构型为的最外层电子构型为 2s22p3，在，在H影响影响下，下，N 的一个的一个2s轨道和三个轨道和三个2p 轨道进行轨道进行sp3 不等性不等性杂化，形成四个杂化，形成四个sp3 杂化轨道。其中三个杂化轨道。其中三个sp3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 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 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 杂化轨道分别与三个杂化轨道分别与三个H 的的1s 轨道重叠，形成轨道重叠，形成三个三个 键

9、。键。由于孤对电子的电子云密集在由于孤对电子的电子云密集在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 的空间构型为三角锥形。的空间构型为三角锥形。基态基态O 的最外层电子构型为的最外层电子构型为2s22p4，在在 H 的的影响下，影响下，O 采用采用sp3 不等性杂化，形成四个不等性杂化，形成四个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。

10、据。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sp3杂化轨杂化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。由于由于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压缩到 ，因此因此 H2O 的空间构型为角型。的空间构型为角型。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

11、体 三角锥三角锥形形 角角 形形 实实 例例 BeCl2BF3CCl4NH3H2O键键 角角 180 120 000 12几种常见的杂化轨道类型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

12、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孤对对-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数？如何确定价层电子对数？推断分子或离子的空间构型的具体步骤：推断分子或离子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对数先确定中心原子的价层电子对数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

13、,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:6，X:7，稀有气体，稀有气体:8例如：例如：SO42-:n=(6+0+2)/2=42.确定电子对的空间构型：确定电子对的空间构型：n=2直线形直线形n=3平面三角形平面三角形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3.确定中心原子的孤对电子对数，推断分确定中心原子的孤对电子对数，推断分子的空间构型。子的空间构型。(1)孤对电子孤对电子=0:分子的空间构型分子的空间

14、构型=电子对的空间构型电子对的空间构型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：(2)孤对电子孤对电子0：分子的空间构型不同于分子的空间构型不同于电子对的空间构型。电子对的空间构型。34112SnCl2平面三角形平面三角形V形形NH3四面体四面体三角锥三角锥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孤对对-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（3）判断共价分子结构的实

15、例）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解解:电子对对数电子对对数电子对构型电子对构型34443三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02441练练 习习分子分子COCO2

16、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SPSP3SP

17、2SP3SP2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

18、 三、分子的极性三、分子的极性类别类别非极性分子非极性分子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,CS2HCl,H2O,NH33、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

19、分子的空间构型和共价键的极性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及分子的分子的空间构型空间构型两个方面共同决两个方面共同决定。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。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

20、子该分子为非极性分子;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列的,两

21、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=0OOCHOH10430F1F2F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HHHNBF3：NH3：12010718 三角锥型三角锥型,不对称不对称,键的极键的极性不能抵消性不能抵消,是极性分子是极性分子F1F2F3F平面三角形平

22、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键的极性互键的极性互相抵消相抵消(F合合=0),是非极性分子是非极性分子常见分子常见分子 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双原原子分子分子子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BF3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

23、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)相相同同(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间之间,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写出具有请写出具有10个电子的微粒：个电子的微粒：分子：分子：HF、H2O、NH3、CH4、Ne阳离子：阳离子：Na+、Mg2+、Al3+、NH4+、H3

24、O+阴离子：阴离子：OH、NH2、N3、O2、F 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

25、的实际意义问：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。道而形成的共价键。3.试举一例含配位键的物质！试举一例含配位键的物质！铵盐铵盐水合氢离子水合氢离子四、配合物四、配合物在水溶液中在水溶液中,Cu2+与与NH3是如何结合成是如何结合成 Cu(NH3)42+的呢？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

26、轨道有空轨道配位键配位键的存在是配合物与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、配合物的概念 概念概念:由提供孤电子对由提供孤电子对配体配体与接受孤电子对与接受孤电子对中心原中心原子子/离子离子以配位键结合形成的化合物称为配合物以配位键结合形成的化合物称为配合物请思考请思考NH4Cl是是否是配合物？否是配合物？2、配合物的组成、配合物的组成内界是配位单元内界是配位单元,外界是简单离子外界是简单离子-内外界间是完全电离的内外界间是完全电离的。Co(NH3)6Cl3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

27、体配位体及及配位数配位数构成构成.(1)内界与外界内界与外界Co(NH3)63+中心中心离子离子配配位位体体配配位位数数Cu(NH3)4SO4中心离子中心离子配位体配位体配位数配位数外界离子外界离子内内界界外外界界配配配配 合合合合 物物物物(2)中心原子、配位体中心原子、配位体(含配位原子含配位原子)、配位、配位数数中心原子：中心原子：能够接受孤电子对的离子，能够接受孤电子对的离子，多为过渡多为过渡金属元素的离子。金属元素的离子。配位体：配位体：提供孤电子对的分子或离子；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，常见的配位其中提供孤电子对的原子叫配位原子，常见的配位原子有原

28、子有卤素原子卤素原子X、O、S、N、P、C。配位数配位数 常常见见金金属属离离子子配配位位数数1价金属离子价金属离子2价金属离子价金属离子3价金属离子价金属离子Cu+2,4Ca2+6Al3+4,6Ag+2Mg2+6Cr3+6Au+2,4Fe2+6Fe3+6Co2+4,6Co3+6Cu2+4,6Au3+4Zn2+4,6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)6Cl3K4Fe(CN)6KPt(NH3)Cl3Co(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

29、的代数和在做银镜反应实验时，需要配制银氨溶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。现象，写出相应的化学方程式。配制过程：配制过程：在在5%的硝酸银溶液中逐滴加入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。的氨水，直至生成的沉淀恰好完全溶解。实验现象：实验现象：先出现沉淀，继续滴加氨水后沉淀溶先出现沉淀，继续滴加氨水后沉淀溶解生成无色澄清溶液。解生成无色澄清溶液。AgNO3+NH3H2O=AgOH+NH4NO3 AgOH+2NH3H2O=Ag(NH3)2OH+2H2OAg(NH

30、3)2OHAg(NH3)2+OH4、配合物的结构、配合物的结构-配合物的中心原子配合物的中心原子,配位体的种类和数目配位体的种类和数目的不同的不同,可以形成不同空间构型的配合物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几种配合物的空间构型直线形直线形 正四面体正四面体练习题练习题1向向AgNO3溶液中滴加氨水至沉淀溶解可溶液中滴加氨水至沉淀溶解可形成形成Ag(NH3)2+配离子。配离子。Ag+空的空的轨轨道和道和轨道可以形成轨道可以形成杂化轨道。杂化轨道。NH3分子中分子中N原子有原子有对孤电子对，对孤电子对，N原原子上的孤电子对进入子上的孤电子对进入Ag+空的空的杂化轨道杂

31、化轨道形成配位键。形成配位键。Ag+有有个空的个空的杂化杂化轨道，可以接受轨道，可以接受2个个NH3分子提供的孤电子分子提供的孤电子对，形成对，形成型的型的Ag(NH3)2+。5s5psp1sp2sp直线直线练习题练习题2Zn(NH3)4SO4中，中，Zn2+与与NH3以以相相结合，形成配合物的内界结合，形成配合物的内界，为配合物的外界。为配合物的外界。Zn2+接受接受4个个NH3分子中氮原子提供的孤电子对，形成分子中氮原子提供的孤电子对，形成个个配位键，配位键，Zn2+提供提供4个空个空杂化轨道接杂化轨道接受孤电子对是受孤电子对是，NH3分子中分子中氮原子提供孤电子对，是配位原子，氮原子提供孤电子对，是配位原子，NH3分分子是子是，Zn(NH3)42+中，中，Zn2+的配的配位数是位数是。配位键配位键Zn(NH3)42+SO424sp3中心原子中心原子(离子离子)配位体配位体4