第十章--分子结构

会计学1第十章--分子结构2化学键：分子内相邻两原子间或晶体中相邻离子间强烈的相互作用力称为~。化学键离子键：正、负离子间通过静电引力形成。金属键：通过共用能流动的自由电子形成。共价键：通过共用电子对形成。人类发现和合成的化合物90%以上都是以共价键相结合的。第1页/共67页3第一节价键理论1916年（美）提出共价键理论：⑴共价键由成键原子组成共用电子对形成的；⑵每个原子都达到稀有气体原子的稳定构型。贡献：初步揭示了共价键与离子键的区别；不足：无法解释电子为什么不相互排斥反而相互配对；一些共价分子的中心原子最外层电子数虽少于8或多于8（如BF3、PCl5），但仍相当稳定；共价键的方向性等问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。一、经典价键理论第2页/共67页4二、现代价键理论的提出1927年德国化学家Heitler和London应用量子力学处理氢分子结构：共价键的形成是两个成键原子的原子轨道相互重叠的结果。其后由美国化学家Pauling和Slater将量子力学对氢分子研究结果推广到其他分子，进一步形成了现代价键理论（VB法）。第3页/共67页5氢原子形成氢分子成键图图2两个氢原子接近时能量变化曲线基态：两个氢原子的单电子自旋方向相反时，两个1s轨道才能有效重叠，形成共价键。图1氢分子的两种可能状态↑↓↑↑排斥态：电子自旋方向相同的两个氢原子相互接近时，核间电子云密度减小，两原子不能成键。第4页/共67页6三.现代价键理论的基本要点1.带有自旋方向相反的单电子的两原子轨道重叠后，核间电子云密度增大，可形成稳定的共价键。_______共价键形成的先决条件2.形成共价键的数目取决于原子中未成对电子的数目。_______共价键的饱和性3.原子轨道重叠时，波函数同号相加（加强），异号相减（减弱）。4.成键电子的原子轨道重叠愈多，两核间电子云密度愈大，所形成的共价键就愈牢固。_______原子轨道最大重叠原理→_______共价键的方向性第5页/共67页7对共价键的方向性的解释：⑴成键原子轨道必须匹配；⑵必须按一定空间取向成键。图3s和px轨道（角度分布）的重叠方式示意图第6页/共67页8四、共价键的类型（一）σ键和п键成键方式不同；轨道重叠部分对称因素不同。1.σ键⑴定义两个原子轨道沿键轴（核间连线）方向以“头碰头”方式进行重叠，所形成的共价键称为~。⑵特点①轨道重叠部分沿键轴呈圆柱形对称；②可绕键轴自由旋转；③比较稳定；④成键方式多样；⑤共价单键都是σ键。第7页/共67页92.п键⑴定义两个原子轨道沿键轴（x轴）方向以“肩并肩”方式进行重叠，所形成的共价键称为~。⑵特点①轨道重叠部分沿键轴呈圆柱形反对称；②不可绕键轴旋转；③不如σ键稳定；④成键方式单一；⑤只能与σ键共存。第8页/共67页10px-pxH2：HF：F2：N2：第9页/共67页11N原子的外层价电子构型为：2s22px12py12pz1图4N2分子形成示意图3.示例第10页/共67页12（二）正常共价键和配位共价键提供电子方式:1.正常共价键：成键原子双方各提供一个电子配对成键。(AA制）2.配位共价键：成键原子一方提供空轨道，另一方提供孤对电子（含轨道）形成共价键。（一方请客）3.注意二者形成过程不同，但效果相同。如NH3+H+→NH4+（N—H）第11页/共67页13价键理论的优点：（1）揭示了共价键的本质；（2）初步解释了共价键的饱和性和方向性。不足之处：不能解释某些实验现象：如按照VB理论，Be原子不含单电子，不能形成共价键（饱和性），而事实上BeX2是存在的；又如按照VB理论，H2O键角应为90o，而实际键角为104.75o，其解释显然与事实不符。Pauling和Slater提出了杂化轨道理论第12页/共67页14第二节杂化轨道理论一、杂化轨道理论的基本要点二、杂化轨道类型与分子的空间构型第13页/共67页15一、要点1.中心原子的不同类型的轨道相混合，组成一组能量相等的新的轨道，称为杂化轨道（hybridorbital：sp、sp2、sp3、dsp2、d2sp3、sp3d2、sp3d）。2.中心原子有几个原子轨道参加杂化就能形成几个杂化轨道。—线性组合原理(如CH4)第14页/共67页163.杂化后①形状发生变化:一端变肥大→最大重叠，→成键能力增强；②伸展方向改变，→使轨道在空间取最大夹角，→电子对之间斥力最小，→形成的键更稳定。—能量最低原理成键能力:s<p<sp<sp2<sp3<d<dsp2<d2sp3=sp3d2<sp3d等性杂化：中心原子的各杂化轨道都含有单电子或都是空轨道；不等性杂化：有孤对电子参与的杂化。（一）杂化轨道理论的要点：第15页/共67页17等性杂化和不等性杂化的比较等性杂化轨道不等性杂化轨道成分相同；都含有单电子或均具有空轨道；与分子构型相同。成分不同；含有不参加成键的孤对电子；与分子构型不相同。第16页/共67页18二、杂化轨道的类型与分子的空间构型1.sp杂化⑴轨道构成：1个ns+1个np→2个sp⑵杂化轨道夹角：180o⑶分子构型：直线形第17页/共67页19第18页/共67页20sp杂化：CO2CO2：C的价层电子构型：2s22p2：(↑↓)(↑)(↑)()2s2p杂化后：(↑)(↑)(↑)(↑)sppypzO的价层电子构型：2s22p4：(↑↓)(↑↓)(↑)(↑)2s2p第19页/共67页21sp杂化：CO2CO2：C的价层电子构型：2s22p2：(↑↓)(↑)(↑)()2s2p杂化后：(↑)(↑)(↑)(↑)sppypzO价电子构型：2s22p4：(↑↓)(↑↓)(↑)(↑)2s2pΠ34第20页/共67页22sp杂化：C2H2C的价层电子构型：(↑↓)(↑)(↑)()2s2p杂化后：(↑)(↑)(↑)(↑)sppypz第21页/共67页232.sp2杂化⑴轨道构成：1个ns+2个np→3个sp2⑵杂化轨道夹角：120o⑶分子构型：平面三角形第22页/共67页24第23页/共67页25sp2杂化：C6H6C的价层电子构型：(↑↓)(↑)(↑)()2s2p杂化后：(↑)(↑)(↑)(↑)sp2p第24页/共67页263.sp3杂化⑴轨道构成：1个ns+3个np→4个sp3⑵杂化轨道夹角：109.5o⑶分子构型：四面体形第25页/共67页27第26页/共67页28第27页/共67页29第28页/共67页30第29页/共67页31 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 10-1sp型的三种杂化与分子构型关系杂化类型spsp2sp3（等性）sp3（不等性）参与杂化的原子轨道１个ｓ１个ｐ１个ｓ２个ｐ１个ｓ３个ｐ１个ｓ３个ｐ杂化轨道数2个sp3个sp24个sp34个sp3(含1或2对孤对电子)杂化轨道夹角θ180°120°109.5°90°＜θ＜109.5°分子构型直线平面三角正四面体三角锥、V形实例BeCl2、C2H2BF3CH4、CCl4NH3、H2O第30页/共67页32第三节价层电子对互斥理论Valence-shellElectron-pairRepulsionTheory一、作用二、要点三、判断分子空间构型的步骤四、应用实例一、作用（预测分子的空间构型）若知分子的中心原子的杂化类型→则可知分子的空间构型；但事先无法预知杂化类型。Sidgwick：ALn第31页/共67页33二、基本要点：1.分子的空间构型取决于中心原子的价层电子对的数目和构成。VP=BP+LP(价层)(成键)(孤对)2.中心原子的价层电子对尽可能远离，以使斥力最小。LP-LP>LP-BP>BP-BP3.VP和LP的数目和构成决定分子的空间构型。第32页/共67页34三、判断分子空间构型的步骤1.确定中心原子价层电子对数⑴作为中心原子：提供价电子(X：7；O：6；N：5；C：4；B：3；Be：2）⑵作为配体：X和H原子提供一个电子，氧族元素不提供电子；⑶复杂离子：价层电子数应加负离子电荷数或减正离子电荷数；⑷单电子按一对电子处理。2.判断分子的空间构型根据中心原子价层电子对数及孤电子对数，确定电子对的排布方式和分子的空间构型。第33页/共67页35四、应用实例例1试判断SO42-离子的空间构型。解中心原子S有6个价电子，O不提供电子，SO42-离子的负电荷数为-2，故S原子的价层电子对:（6+2）/2=4，其排布方式为四面体型。因价层中无孤对电子，故SO42-为正四面体型。例2试判断H2S分子的空间构型。解中心原子S有6个价电子，两个H原子各提供一个电子，故S原子的价层电子对:（6+2）/2=4，其排布方式为四面体型。因价层中含两对孤对电子，故H2S为V型分子。第34页/共67页36现代价键理论：优点：比较直观，较好地解释了共价键的形成和分子的空间构型。不足：不能解释诸如O2的磁性及苯分子的键长等问题。为了弥补价键理论的不足，Mulliken和Hund提出了分子轨道理论。第35页/共67页37第四节分子轨道理论（MolecularOrbitalTheory）一、要点1.原子在形成分子后，其电子属于整个分子，其运动状态可用分子轨道波函数ψ来描述。原子轨道分子轨道符号s,p,d,fσ,σ*,π,π*系统单核系统多核系统状态未成键成键第36页/共67页382.分子轨道是由原子轨道线性组合而成。(一半为成键轨道，一半为反键轨道。)例如，两个H原子轨道Ψa和Ψb线性组合Ψ+=Ψa（1s）+Ψb（1s）→σ成键分子轨道能量降低；Ψ-=Ψa（1s）-Ψb（1s）→σ*反键分子轨道能量升高。一、分子轨道的理论要点第37页/共67页393.轨道形成三原则原子轨道组合成分子轨道时，要遵循对称性匹配、能量相近和轨道最大重叠三原则。(组成分子轨道的必要条件)（1）对称性匹配原则：只有对称性匹配的原子轨道才能组合成分子轨道。第38页/共67页401)对称性匹配的判断法则：若两个原子轨道对绕键轴旋转180°和含键轴平面的反映与原来相比同时具有相同的结果（四相同或四相反),才为对称性匹配。图15原子轨道对称性示意图第39页/共67页412)两个轨道是否对称性匹配的判断结果：①同类型轨道对称性都匹配：s-s、px-px、py-py、pz-pz；②不同类型轨道对称性匹配的为：s-px第40页/共67页42⑵能量相近原则两原子轨道的能量必须接近，才能有效地组成分子轨道。⑶轨道最大重叠原理参与组合的原子轨道重叠程度愈大，则成键分子轨道的能量就愈低，所形成的化学键就愈牢固。4.电子填充三 规则 编码规则下载淘宝规则下载天猫规则下载麻将竞赛规则pdf麻将竞赛规则pdf 遵循Pauli不相容原理、能量最低原理和Hund规则。5.以键级表示键的牢固程度。键级=1/2（成键电子数-反键电子数）键级愈高，键愈牢固。第41页/共67页43二、分子轨道理论应用示例（一）部分同核双原子分子的分子轨道能级图1.O2，F2分子轨道能级图2.Li2，Be2，B2，C2，N2分子轨道能级图第42页/共67页44第43页/共67页45（一）部分同核双原子分子的分子轨道能级图1.O2，F2分子轨道能级顺序：σ1s<σ1s*<σ2s<σ2s*<σ2px<π2py=π2pz<π2py*=π2pz*<σ2px*2.Li2，Be,2B2,C2,N2分子轨道能级顺序：σ1s<σ1s*<σ2s<σ2s*<π2py=π2pz<σ2px<π2py*=π2pz*<σ2px*第44页/共67页46（二）应用示例（1）O原子的电子组态：1s22s22p4[（σ1s）2（σ2px）2（π2py*）1（π2pz*）1]1.O2分子的结构（2）O2分子的分子轨道式为O2（σ1s*）2（σ2s）2（σ2s*）2或O2[KK（σ2s）2（σ2s*）2（σ2px）2（π2py*）1（π2pz*）1]KK表示对成键无贡献的内层电子。（π2py）2（π2pz）2（π2py）2（π2pz）2第45页/共67页47（3）O2分子的成键情况为：（σ2s）2两个成键电子的成键作用和（σ2s*）2两个反键电子的反键作用互相抵消；（σ2px）2形成了一个σ键；（π2py）2和（π2py*）1形成了一个三电子π键；（π2pz）2和（π2pz*）1形成了一个三电子π键；故O2分子由一个σ键和两个三电子π键构成。第46页/共67页48（4）O2分子的结构为：:O———O:······:O———O:······或（5）O2分子的键级为：键级=———=28-42（6）O2分子的磁性由于O2分子中含有两个自旋平行的成单电子，故O2分子是顺磁性物质。第47页/共67页49（1）N原子的电子组态：1s22s22p3[（σ1s）2（σ2px）2]2.N2分子的结构（2）N2分子的分子轨道式为N2（σ1s*）2（σ2s）2（σ2s*）2或N2[KK（σ2s）2（σ2s*）2（σ2px）2]（π2py）2（π2pz）2（π2py）2（π2pz）2第48页/共67页50（3）N2分子的成键情况为：（σ2s）2成键作用和（σ2s*）2的反键作用互相抵消；（σ2px）2形成了一个σ键；（π2py）2形成了一个π键；故N2分子由一个σ键和两个π键构成。（π2pz）2也形成了一个π键；第49页/共67页51（4）N2分子的结构为：:N≡N:（5）N2分子的键级为：键级=———=38-22（6）N2分子的磁性由于N2分子中不含有成单电子，故N2分子不是顺磁性物质（反磁性物质）。（比O2分子稳定）第50页/共67页521.第二周期元素的异核双原子分子(或离子)采用第二周期同核双原子分子轨道能级顺序。若原子序数之和≤14，就采用N2分子的能级顺序(如CO)；若>14，则采用O2分子的能级顺序（NO）。CO分子结构（为N2分子的等电子体）：CO的分子轨道式为：(σ1s)2(σ*1s)2(σ2s)2(σ*2s)2(π2py)2(π2pz)2(σ2px)2。 结构相似→性质也非常相似。（三）异核双原子分子的分子轨道第51页/共67页532.异核双原子分子的分子轨道能级根据能量相近原则两个异核原子可以利用最外层原子轨道组成不对称分子轨道。如HF的形成：HF分子轨道表示式：成键轨道：3σ反键轨道：4σ空轨道非键轨道：1σ、2σ和1π轨道基本上保持原来原子轨道的性质，其能量未变，称为〜。第52页/共67页54图17HF分子轨道能级图第53页/共67页55第五节分子间作用力intermolecularforce一、分子的极性与极化（一）分子的极性依据分子的正、负电荷重心是否重合，将分子划分为极性分子和非极性分子。1.极性分子和非极性分子的定义极性分子：正、负电荷重心不重合的分子。非极性分子：正、负电荷重心重合的分子。2.分子具有极性的条件（1）含有极性键；（2）分子不对称。（CO2H2O）第54页/共67页562.分子极性的表示分子的极性用电偶极矩表示：μ=q·d式中q—正（负）电荷重心电量，库仑d—正（负）电荷重心距离，米μ的单位：C·m（库仑·米）电偶极矩愈大，则分子极性愈强。第55页/共67页57（二）分子的极化1.定义在外电场的作用下，分子的正、负电荷重心会产生相对位移，从而产生偶极或增大偶极，这一过程称为~。2.发生范围分子的极化可产生于任何分子之中。第56页/共67页58二、vanderWaals力1.取向力（orientationforce）（2）作用范围极性分子—极性分子（1）定义由极性分子的永久偶极的定向排列而产生的分子间吸引力。第57页/共67页59（3）产生原因极性分子具有永久偶极，当相互接近时，分子将产生转动，产生极性交替的定向排列。（4）影响取向力大小的因素分子的极性愈强，则其取向力愈强。（5）取向力的本质静电引力第58页/共67页602.诱导力（inductionforce）（2）作用范围极性分子—极性分子；极性分子—非极性分子（1）定义诱导力：极性分子的永久偶极与诱导偶极之间的相互作用力。第59页/共67页61（3）产生原因极性分子具有永久偶极，会使其他分子产生诱导偶极，由此产生了诱导力。（4）影响诱导力大小的因素分子的极性愈强，被诱导分子的变形性愈强，则产生的诱导力愈强。（5）诱导力的本质静电引力第60页/共67页623.色散力（dispersionforce）（2）作用范围极性分子—极性分子；极性分子—非极性分子；非极性分子—非极性分子。（1）定义色散力：由瞬间偶极产生的分子之间的作用力。第61页/共67页63（3）产生原因电子的运动和原子核的振动，会使分子的正、负电荷重心产生瞬间相对位移，从而产生瞬间偶极。瞬间偶极的相互作用产生了色散力。（4）影响色散力大小的因素分子的质量愈大，分子的变形性愈强，则产生的色散力愈强。（5）色散力的本质静电引力第62页/共67页64表3几种分子的vanderWaals力（单位：kJ·mol-1）分子HIHBrHClHF取向力0.0250.6863.305诱导力0.1130.5021.004色散力25.8621.9216.82总能量26.0023.1121.13熔沸点第63页/共67页651.定义三、氢键2.3.4.第64页/共67页665.特点饱和性与方向性6.类型(1)分子内氢键；（2）分子间氢键7.对物质性质的影响分子间形成氢键，会使物质的熔、沸点显著升高（HF，H2O），黏度增大；分子内形成氢键，会使其黏度降低，在极性溶剂中的溶解度降低，在非极性溶剂中的溶解度升高。第65页/共67页67作业：4，6(1)(2)(3)(4)，9,10,14(CS2、NO3-、PF3)，15第66页/共67页