《共价键课堂用》PPT课件.ppt

第二章化学键与分子间作用力 第1节共价键模型 一 共价键形成和本质1 从氢分子形成图说起 1 氢原子间距离与能量的关系 2 为什么会出现这种情况 2 共价键的本质 高概率地出现在两个原子核间的电子与两个原子核之间的电性作用是共价键的本质 如 H2是H原子间1s电子HCl是H的1s电子与Cl的3p电子Cl2是两个Cl原子3p轨道上的一个电子 1 通常电负性相同或差值小的非金属元素原子形成的化学键 2 成键原子一般有未成对电子 用来相互配对成键 自旋反向 3 成键原子的原子轨道在空间重叠使体系能量降低 3 共价键的形成条件 二 共价键的特征 1 饱和性 原子有几个未成对电子就形成几个共价键 因为S轨道是球形对称的 所以S轨道与S轨道形成的共价键没有方向性 2 方向性 是不是所有的共价键都具有方向性 问题 1 键 头碰头 X s s X px s X px px 形成 键的电子称为 电子 原子轨道沿核间连线重叠 即头碰头方式 形成的共价键 叫 键 三 共价键的类型 2 键 肩并肩 I X Z Z pZ pZ 形成 键的电子称为 电子 原子轨道在核间连线两侧进行重叠 即采用肩并肩 方式形成的共价键 叫 键 键的类型 键的类型 非极性键 共用电子对不偏向任何原子的共价键 同种非金属元素的原子形成的共价键 极性键 共用电子对发生偏向的共价键 不同种非金属元素的原子形成的共价键 成键原子的电负型相差越大 键的极性越强 3 极性键和非极性键 讨论 氯化氢 碘化氢的分子结构十分相似 它们都是双原子分子 分子中都有一个共价键 但它们表现出来的稳定性却大不一样 这是为甚麽呢 二 共价键的参数参数概念 描述共价键性质的物理量 1 键能 在101 3kPa 298K条件下 断开1molAB g 分子中的化学键 使其分别变成气态A原子和气态B原子所吸收的能量 称为A B键能 用EA B表示 提出问题 规律 键能越大 化学键越牢固 由该键形成的分子越稳定 练习 由表2 1 1的数据判断 下列分子的稳定性A Cl2 Br2 I2B NH3 H2O 2 键长 两个成键原子核间的距离 规律 键长越短 化学键越牢固 由该键形成的分子越稳定 练习 由表2 1 2的数据判断 下列分子的稳定性A H2 Cl2B HCl HBr HI 键长 成键两原子间的平均间距 3 键角 在多原子分子中两个化学键之间的夹角 键角决定分子的空间构型 4 共价键键能与键长的关系 结论 键长越短 键能越大 共价键越稳定 第2节共价键与分子的空间构型 一 一些典型分子的立体构型 甲烷的4个C H单键都应该是 键 然而 碳原子的4个价层原子轨道是3个相互垂直的2p轨道和1个球形的2s轨道 用它们跟4个氢原子的1s原子轨道重叠 不可能得到四面体构型的甲烷分子 为了解决这一矛盾 鲍林提出了杂化轨道理论 碳原子价电子 2S22P2 思考 杂化轨道理论 杂化 原子内部能量相近的原子轨道 在外界条件影响下重新组合的过程叫原子轨道的杂化 杂化轨道 原子轨道组合杂化后形成的一组新轨道杂化轨道类型 sp sp2 sp3等杂化结果 重新分配能量和空间方向 组成数目相等成键能力更强的原子轨道杂化轨道用于 容纳 键电子和孤对电子 1 sp3杂化 同一个原子的一个ns轨道与三个np轨道进行杂化组合为sp3杂化轨道 sp3杂化轨道间的夹角是109 5 分子的几何构型为正四面体形 为了四个杂化轨道在空间尽可能远离 使轨道间的排斥最小 4个杂化轨道的伸展方向分别指向正四面体的四个顶点 14 27 由1个s轨道和3个p轨道混杂并重新组合成4个能量与形状完全相同的轨道 由于每个轨道中都含有1 4的s轨道成分和3 4的p轨道成分 因此我们把这种轨道称之为sp3杂化轨道 四个H原子分别以4个s轨道与C原子上的四个sp3杂化轨道相互重叠后 就形成了四个性质 能量和键角都完全相同的S SP3 键 形成一个正四面体构型的分子 形成分子时 由于原子间的相互作用 使同一原子内部能量相近的不同类型原子轨道重新组合形成的一组新的能量相同的杂化轨道 有多少个原子轨道发生杂化就形成多少个杂化轨道 杂化轨道的电子云一头大 一头小 成键时利用大的一头 可以使电子云重叠程度更大 从而形成稳定的化学键 即杂化轨道增强了成键能力 杂化轨道之间在空间取最大夹角分布 使相互间的排斥能最小 故形成的键较稳定 不同类型的杂化轨道之间夹角不同 成键后所形成的分子就具有不同的空间构型 sp杂化同一原子中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 2 sp2杂化 sp2杂化轨道间的夹角是120度 分子的几何构型为平面正三角形 BF3分子形成 乙烯中的 在轨道杂化时 有一个 轨道未参与杂化 只是 的 s与两个 p轨道发生杂化 形成三个相同的sp2杂化轨道 三个sp2杂化轨道分别指向平面三角形的三个顶点 未杂化p轨道垂直于sp2杂化轨道所在平面 杂化轨道间夹角为120 sp型的三种杂化 为什么氨分子的键角是107 3 平面三角形 2 复习 180 直线 BeCl2 3 120 BF3 4 109028 四面体形 CH4 2 苯分子的空间结构 杂化轨道理论解释苯分子的结构 C为SP2杂化 所有原子 12个 处于同一平面 分子中6个碳原子未杂化的2P轨道上的未成对电子重叠结果形成了一个闭合的 环状的大 键 形成的 电子云像两个连续的面包圈 一个位于平面上面 一个位于平面下面 经能量计算 这是一个很稳定的体系 C C sp2 sp2 C H sp2 s 3 等电子原理 具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子具有相同的结构特征 符合等电子原理的分子或离子互为等电子体 等电子原理的某些应用 1 判断一些简单分子或离子的立体构型 等电子体一般有相同的立体构型 2 制造新材料方面的应用 等电子体有相似的性质 练习 根据等电子原理 判断下列各组分子属于等电子体的是 A H2O H2SB HF NH3C CO CO2D NO2 SO2 A 例1 下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是 A CO2与SO2B CH4与NH3C BeCl2与BF3D C2H2与C2H4 B 例2 对SO2与CO2说法正确的是 A 都是直线形结构B 中心原子都采取sp杂化轨道C S原子和C原子上都没有孤对电子D SO2为V形结构 CO2为直线形结构 D 课堂练习 1 分子的对称性 对称性普遍存在于自然界 例如五瓣对称的梅花 桃花 六瓣对称的水仙花 雪花 轴对称或中心对称 建筑物和动物的镜面对称 美术与文学中也存在很多对称的概念 二 分子的空间构型与分子性质 依据对称轴的旋转或借助对称面的反映能够复原的分子称为对称分子 分子所具有的这种性质称为对称性 分子对称性与分子的许多性质如极性 旋光性及化学性质都有关 2 手性分子 左手和右手不能重叠左右手互为镜像 手性异构体和手性分子 概念 如果一对分子 它们的组成和原子的排列方式完全相同 但如同左手和右手一样互为镜像 在三维空间里不能重叠 这对分子互称手性异构体 有手性异构体的分子称为手性分子 条件 当四个不同的原子或基团连接在碳原子上时 形成的化合物存在手性异构体 其中 连接四个不同的原子或基团的碳原子称为手性碳原子 1 下列化合物中含有手性碳原子的是 A CCl2F2B CH3 CH COOHC CH3CH2OHD CH OH B 课堂练习 A OHC CH CH2OHB OHC CH C ClC HOOC CH C C ClD CH3 CH C CH3 H Cl OH Br OH Cl H Br Br 2 下列化合物中含有2个 手性 碳原子的是 B 根据电荷分布是否均匀 共价键有极性 非极性之分 以共价键结合的分子是否也有极性 非极性之分呢 分子的极性又是根据什么来判定呢 思考 非极性分子 电荷分布均匀对称的分子 3 分子的极性 正电荷重心和负电荷重心相重合的分子 非极性分子 电荷分布均匀对称的分子 极性分子 电荷分布不均匀不对称的分子 正电荷重心和负电荷重心不相重合的分子 正电荷重心和负电荷重心相重合的分子 分子极性的判断方法 1 双原子分