第八章+化学键和分子结构1.ppt

第八章化学键和分子结构 0 1 7共价键 非极性 1 5离子键 化学键 共价键 离子键 金属键阿尔莱德 罗州标度电负性 例外 HF 4 1 2 2 1 9 共价键CsF 离子性92 1 1 经典的路易斯学说 Lewis 美国物理化学家 两个原子通过共用一对价电子的互相作用称为共价键共用一对电子的共价键共价单键共用二对电子的共价键共价双键共用三对电子的共价键共价叁键由一个原子单方面提供一对电子与另一个原子共用而形成的共价键称为配位共价键或共价配键 1 共价键 路易斯 Lewis 结构式 孤对电子 未成键的价层电子对 表示共享一对电子形成共价键H2O2N2COCl2PCl3Lewis认为 分子中原子之间可以共享电子对而使每个原子具有稳定的稀有气体电子结构 因此 Lewis结构式的写法规则又称八隅体规则 即8电子结构 例外 PCl5 1 2 价键理论 又称电子配对理论 简称VB法 现代价键理论的要点 A 形成共价键的两个必要条件 1 2个原子的价层轨道上必须有不成对电子 成单电子 且自旋相反 2 2个原子轨道必须要有最大程度的重叠 沿着原子轨道电子云密度最大的方向发生重叠B 共价键的本质由于原子相互接近时轨道重叠 即波函数叠加 原子间通过共用自旋相反的电子对使能量降低而成键 共价键的本质 P101 价键理论继承了Lewis学说中共享电子对的概念 但它是在量子力学的基础上发展起来的 指出这对成键电子是自旋相反的 而且电子不是静止的 是运动的 并且在核间有较大的几率分布 共价键的特点 饱和性和方向性饱和性 根据价键理论 2个原子价层轨道上的2个不成对电子可以通过自旋相反的方式配对成键 已经配对的电子不能再与其它原子中的不成对电子成键 因此 一个原子可能与其它原子形成共价键的数目取决于该原子价层轨道上的不成对电子数目 不成对电子用完了 就不能再形成共价键 方向性 根据价键理论 不同原子的原子轨道只有沿电子云密度最大的方向重叠才能发生最大程度的重叠 从而形成稳定的共价键 H2H2OO2N2NH3 共价键的类型 键和 键 键 凡是原子轨道沿着电子云密度最大的方向重叠所形成的键都是 键 头碰头 s sH2s Px沿x轴方向重叠HCl Px Px沿x轴方向重叠Cl2 键 P99 s s 键 s px 键 px px 键 键 2个原子的Py轨道沿着x轴或z轴方向 肩 并 肩 而形成的键Px Px沿y轴或z轴方向重叠Py Py沿x轴或z轴方向重叠Pz Pz沿x轴或y轴方向重叠dxy Py沿x轴方向重叠 键的电子云重叠程度比 键差 因而没有 键稳定 键 P99 py py 键 pz pz 键 Px Py或Py Pz 既不能形成 键 也不能形成 键s Px 沿y轴或z轴方向既不能形成 键 也不能形成 键一般 共价单键都是 键 共价双键包括一个 键和一个 键 共价叁键包括一个 键和两个互相垂直的 键 氧分子和氮分子的成键P100 O21s22s22p4 N21s22s22p3 水分子中二个O H键的键角为104 45 氨分子中三个N H键的键角为107 3 简单的价键理论不能解释分子的空间构型 也不能解释CH4分子中能形成4个共价键 1 3 杂化轨道理论 杂化 同一个原子轨道进行线性组合中心原子 BF3BeCl2CH4H2OPauling指出 在有外来干扰时 能量相近的ns轨道和np轨道可以通过线性组合形成一组能量相等的杂化轨道 spsp2sp3杂化 1s 2s2p 3s3p 4s3d4p 5s4d5p 6s4f5d6p 7s5f6d7p 简单的价键理论描述了共价键的本质 并且解释了共价键的特点 但在解释分子的空间结构时却遇到了困难 为了解释分子的空间结构 1931年Pauling提出了原子轨道的杂化 从而丰富和发展了价键理论 如果nd轨道或 n 1 d轨道和ns np轨道的能量相差不大 则d轨道也可能参与杂化ndnsnp 外轨型杂化轨道sp3dsp3d2杂化 n 1 dnsnp 内轨型杂化轨道dsp3d2sp3杂化 原子间通过杂化轨道重叠成键的理论叫杂化轨道理论 是价键理论的组成部分 sp杂化轨道 P103 sp杂化轨道 1个ns轨道和1个np轨道组合成2个能量相等的sp杂化轨道 杂化后更加有利于形成 键 sp杂化轨道的空间指向 2个sp杂化轨道互成180o 直线型BeCl2 sp p sp2杂化轨道 1个ns轨道和2个np轨道组合成3个能量相等的sp2杂化轨道 sp2杂化轨道的空间指向 3个sp2杂化轨道的夹角是120o 且在同一平面上 平面三角形BF3 sp2 psp3杂化轨道 1个ns轨道和3个np轨道组合成4个能量相等的sp3杂化轨道 sp3杂化轨道的空间指向 4个sp3杂化轨道的夹角是109o28 四面体CH4 sp3 s sp2和sp3杂化轨道的空间指向 P104 sp2杂化轨道 sp3杂化轨道 平面三角形 四面体 CH4分子 P105 sp3d杂化轨道 1个ns轨道 3个np轨道和1个nd轨道组合成5个能量相等的sp3d杂化轨道 sp3d杂化轨道的空间指向 5个sp3d杂化轨道的夹角是90o 120o 三角双锥PCl5 sp3d psp3d2杂化轨道 1个ns轨道 3个np轨道和2个nd轨道组合成6个能量相等的sp3d2杂化轨道 sp3d2杂化轨道的空间指向 6个sp3d2杂化轨道的夹角是90o 八面体SF6 sp3d2 p PCl5 P106 C2H4分子 C2H2分子 利用杂化轨道 可以方便地解释许多分子的立体结构P105 P105表 CO2 P106 CH4 NH3和H2O的几何形状 sp3杂化 109o28 107 3o 104 45o 按杂化轨道理论 一组原子轨道线性组合可能形成一组完全等同的杂化轨道