杂化轨道理论+分子极性.ppt

1、共价键的形成条件? 2、共价键的成键特征是什么？,按照共价键的成键过程中,一个原子有几个未成对电子,通常只能和几个自旋相反的电子形成共价键,所以在共价分子中,每个原子形成共价键的数目是一定,这就是共价键的“饱和性”.如HF而不是H2F。,C原子的电子排布式是1s22s22p2,从轨道表示式 看出只有两个未成对电子,只能形成两个共价键,但甲烷CH4分子中形成四个共价键,且键角是109.50,怎么解释?,为解决这一矛盾,鲍林提出了杂化轨道理论.,原子在形成分子时,为了增强成键能力,使分子的稳定性增加,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道;这种重新组合称为杂化;杂化后的原子轨道称为杂化轨道.,一.杂化轨道理论简介,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轨道重叠,重叠部分显然会增大。,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.,10928,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：,sp2杂化:三个夹角为120的平面三角形杂化轨道。,2. sp2 杂化,同一个原子的一个ns轨道与两个np轨道进行杂化组合为sp2杂化轨道.,120,BF3分子形成,激发,120,用杂化轨道理论分析乙烯分子的成键情况,sp2杂化的C sp2杂化的C 相互靠拢 分子中2个平行 形成s-骨架 的p轨道形成p 键,碳的sp2杂化轨道,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180的直线形杂化轨道,180,BeCl2分子形成,请用杂化轨道理论分析乙炔的成键情况,乙炔,碳的sp杂化轨道,请用杂化轨道理论分析苯分子的成键情况,苯,杂化轨道理论很好的解释了苯的结构与性质的特殊性,大 键使得苯分子的结构非常稳定,能量很低。,1.苯分子中,既不存在碳碳单键,也不存在碳碳双键。而是六条碳碳键完全相同,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 键的取代反应相对容易；而需要破坏大 键的加成反应和氧化反应则困难的多。,基态N的最外层电子构型为 2s22p3，在H影响 下，N 的一个2s轨道和三个2p 轨道进行sp3 不等性 杂化，形成四个sp3 杂化轨道。其中三个sp3杂化轨 道中各有一个未成对电子，另一个sp3 杂化轨道被 孤对电子所占据。 N 用三个各含一个未成对电子 的sp3 杂化轨道分别与三个H 的1s 轨道重叠，形成 三个 键。由于孤对电子的电子云密集在N 的 周围，对三个 键的电子云有比较大的排斥作 用，使 键之间的键角被压缩到 ，因此 NH3 的空间构型为三角锥形。,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。,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电子对）由于相互排斥作用,而趋向尽可能远离以减小斥力而采取对称的空间构型。,1、价层电子对互斥理论,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？,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n，,原则：A的价电子数 =主族序数；,配体X：H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；,正离子应减去电荷数,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=4,2.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,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,例如：,(2)孤对电子0 ：分子的空间构型不同于电子对的空间构型。,3,4,1,1,2,SnCl2,平面三角形 V形,NH3,四面体 三角锥,H2O,四面体 V形,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,（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何构型;要求写出价层电子总数、对数、电子对构型和分子构型. AlCl3 H2S SO32- NH4+ NO2,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,练 习,直线形,直线形,平面三角形,平面三角形,正四面体,无,有,正四面体,三角锥形,V形,4,2,3,4,4,3,正四面体,SP3,直线,SP,SP3,SP2,SP3,SP2,平面三角形,正四面体,正四面体,平面三角形,0,正四面体,直线,0,2,平面三角形,0,1,1,三角锥,V形,V形,1、非极性键和极性键,同种原子,相同,不偏向任何 一个原子,不显电性A:A,非极性键,不同种原子,不同,偏向吸引电子能力强的原子,显电性A:B,极性键,三、分子的极性,2、极性分子和非极性分子,正电荷重心和负电荷重心相重合的分子,不相重合的分子,不偏移或对称分布,偏移或不对称分布,对称,不对称,H2,Cl2,CO2,CS2,HCl,H2O,NH3,3、分子极性的判断方法,1.双原子分子,取决于成键原子之间的共价键是否有极性,2.多原子分子,取决于分子的空间构型和共价键的极性,-分子的极性由共价键的极性及分子的空间构型两个方面共同决定。,以极性键结合而形成的异核双原子分子都是极性分子，如HCl 以非极性键结合而形成的同核双原子分子是非极性分子，如Cl2。,多原子ABm分子极性的判断方法,(1)化合价法,一般地,当中心原子化合价的绝对值等于该元素价电子数时,该分子为非极性分子;否则为极性分子。,请判断PCl3、CCl4、CS2、SO2分子的极性。,将分子中的共价键看作作用力,不同的共价键看作不相等的作用力,运用物理上力的合成与分解,看中心原子受力是否平衡,如平衡则为非极性分子;否则为极性分子。,(2)物理模型法,C=O键是极性键,但从分子总体而言CO2是直线型分子,两个C=O键是对称排列的,两键的极性互相抵消(F合=0),整个分子没有极性,电荷分布均匀,是非极性分子.,180,F1,F2,F合=0,10430,F1,F2,F合0,O-H键是极性键, 共用电子对 偏O原子, 但由于分子是折线型 构型,两个O-H键的极性不能抵消 ( F合0),整个分子电荷分布不均匀,是极性分子,BF3：,NH3：,120,10718,三角锥型, 不对称,键的极性不能抵消,是极性分子,F1,F2,F3,F,平面三角形,对称,键的极性互相抵消(F合=0).是非极性分子,10928,正四面体型,对称结构,C-H键的极性互相抵消(F合=0),是非极性分子,常见分子的构型及分子的极性,双原子分子,H2、Cl2,HCl,H2O,CO2,三原子分子,四原子分子,NH3 有 107.30 三角锥型 极性,BF3 有 120 平面三角形 非极性,CH4 有 109.50 正四面体型 非极性,五原子,无 无 直线型 非极性,有 无 直线型 极性,有 180 直线型 非极性,有 104.50 折线型 极性,4、等电子体原理,并且价电子总数(最外层电子总数)相同,(1)定义,原子总数相同,可以是分子与分子之间, 分子与离子之间, 离子与离子之间,(2)等电子体结构具有相似性,请写出具有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,相似相溶原理：,极性分子易溶于极性分子溶剂中（如HCl易溶于水中），非极性分子易溶于非极性分子溶剂中（如CO2易溶于CS2中）,练习：用萃取法从碘水中分离碘，所用萃取剂应具有的性质是（ ） 不和碘或水起反应 能溶于水 不溶于水 应是极性溶剂 应是非极性溶剂 A、 B、 C、 D、,C,5、研究分子极性的实际意义,问：1.我们已经学习了哪些化学键?,2.什么叫配位键?,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,在水溶液中,Cu2+与NH3是如何结合成 Cu(NH3)42+的呢？,配体有孤电子对,中心离子 有空轨道,配位键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？,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。,K3Cr(CN)6,内界,外界,内界又由中心原子/离子和配位体及配位数构成.,(1) 内界与外界,Cu(NH3)4 SO4,(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,配合物中心原子(离子)价态的判断,Ag(NH3)2OH Co(NH3)6Cl3 K4Fe(CN)6 KPt(NH3)Cl3 Co(NH3)5Cl( NO3)2 Cr(H2O)5ClCl2H2O,配离子的电荷= 中心原子与配位体电荷的代数和,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,4、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 正四面体,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NH