化学键与分子结构杂化轨道ppt课件

1、1价键理论价键理论 怎样解释形成双键和叁键的原子间共享怎样解释形成双键和叁键的原子间共享 2 对、对、3 对电子？对电子？ 前面我们对共价键的讨论都是在路易斯学说的基础上进行前面我们对共价键的讨论都是在路易斯学说的基础上进行的，给了我们一些有价值的概念的，给了我们一些有价值的概念. 但有关共价键的许多疑问都无但有关共价键的许多疑问都无法得到回答：法得到回答： 电子对的享用与提供电子的原子轨道间存在什么关系？电子对的享用与提供电子的原子轨道间存在什么关系？ 能否用原子轨道在空间的取向解释分子的几何形状？能否用原子轨道在空间的取向解释分子的几何形状？ 解决了这些问题才能揭示成键本质解决了这些问题才

2、能揭示成键本质2 显然，上面的图形反映出两原子间通过共用电子对相连形成分显然，上面的图形反映出两原子间通过共用电子对相连形成分子，是基于电子定域于两原子之间，形成了一个密度相对大的电子子，是基于电子定域于两原子之间，形成了一个密度相对大的电子云负电性），这就是价键理论的基础云负电性），这就是价键理论的基础. . H2分子的形分子的形成成 能量最低原理能量最低原理因此，共价键的形成条件为：因此，共价键的形成条件为： 键合双方各提供自旋方向键合双方各提供自旋方向 相反的未成对电子相反的未成对电子 键合双方原子轨道应尽可能最大程度地重叠键合双方原子轨道应尽可能最大程度地重叠 两个中性原子相互接近时两

3、个中性原子相互接近时,不复存在离子键中离子正、负电荷不复存在离子键中离子正、负电荷间的强吸引力，其他作用力则依然存在间的强吸引力，其他作用力则依然存在.形成化学键，能量曲线需形成化学键，能量曲线需要形成一个要形成一个“势井势井”.如何实现？如何实现？ （1价键理论价键理论(valence bond theory)基本观点基本观点8.6.1 共价作用力的本质和共价键的特点34键：重叠轨道的电子云密度沿键轴方向的投影为圆形，阐明键：重叠轨道的电子云密度沿键轴方向的投影为圆形，阐明 电子云密度饶键轴原子核之间的连线对称电子云密度饶键轴原子核之间的连线对称. . 形象的形象的 称为称为“头碰头头碰头”

4、. .sssppp 键：重叠轨道的电子云密度饶键键：重叠轨道的电子云密度饶键 轴不完全对称轴不完全对称. . 形象的称为形象的称为 “肩并肩肩并肩”. .pp(2)(2)共价键的键型共价键的键型 由于共价键在形成时各个原子提供的轨道类型不同，所以形成由于共价键在形成时各个原子提供的轨道类型不同，所以形成的共价键的键型也有不同的共价键的键型也有不同. . 例如：有例如：有 键，键， 键和键和 键等键等. .本章本章只要求熟知前两种只要求熟知前两种. .键示意图键成键方式7PH38形成条件：成键原子一方提供孤对电子，另一方形成条件：成键原子一方提供孤对电子，另一方 提供空轨道提供空轨道.CO222

5、2psOC 配位键共价键里的一种特殊形式）配位键共价键里的一种特殊形式）4BF1222psFBFFF4NHHNHHH2s22p39（3 3共价键的特征共价键的特征 具有饱和性是指每种元素的原子具有饱和性是指每种元素的原子能提供用于形成共价键的轨道数是一定能提供用于形成共价键的轨道数是一定的）的） 结合力的本质是电性的结合力的本质是电性的 具有方向性是因为每种具有方向性是因为每种 元素的原子能提供用于形成元素的原子能提供用于形成 共价键的轨道是具有一定的共价键的轨道是具有一定的 方向，满足最大重叠要求。）方向，满足最大重叠要求。）H Cl例如：例如：N NH O H108.6.2 杂化轨道杂化轨

6、道hybrid orbital ）原子轨道为什么需要杂化？原子轨道为什么需要杂化？原子轨道为什么可以杂化？原子轨道为什么可以杂化？如何求得杂化轨道的对称轴间如何求得杂化轨道的对称轴间的夹角？的夹角？Pauling Pauling 求助求助“杂化概念建立了新杂化概念建立了新的化学键理论杂化轨道理论的化学键理论杂化轨道理论. . 上面介绍的上面介绍的 s 轨道与轨道与 p 轨道重叠方式并不能解释大多数多原子分轨道重叠方式并不能解释大多数多原子分子中的键长、键角和成键数目子中的键长、键角和成键数目. 例如例如, 假设假设 H2O 和和 NH3 分子中的分子中的 OH 键和键和 NH 键是由键是由 H

7、 原子的原子的 1s 轨道与轨道与 O 原子和原子和 N 原子中单电原子中单电子占据的子占据的2p 轨道重叠形成的，轨道重叠形成的，HOH 和和 HNH 键角应为键角应为 90；事实上；事实上, 上述两个键角各自都远大于上述两个键角各自都远大于90. CH4的的C原子形成原子形成4个键。个键。11 成键时能级相近的价电子轨道相混杂，形成新的价电子轨道成键时能级相近的价电子轨道相混杂，形成新的价电子轨道 杂化轨道杂化轨道（1基本要点基本要点轨道成分变了轨道成分变了轨道的能量变了轨道的能量变了轨道的形状变了轨道的形状变了结果是更有利于成键！结果是更有利于成键！ 杂化后轨道伸展方向，形状和能量发生改

8、变杂化后轨道伸展方向，形状和能量发生改变 杂化前后轨道数目不变杂化前后轨道数目不变12(2) 杂化形式杂化形式2p2s2s2psp3four sp3 hybrid four sp3 hybrid orbitalorbital sp3杂化轨道杂化轨道excited hybridization Formation of the covalent bonds in CH4Hybrid orbitalConfiguration of C in ground statNHNH3中中N 原子采取原子采取 sp3 不等性杂化不等性杂化sp3杂杂化化Valence bond pict

9、ures of NH3Formation of the covalent bonds in NH3Configuration of N in ground stateHybrid orbital 在在sp3sp3及其他杂化轨道中，还存在着及其他杂化轨道中，还存在着“不等性杂化不等性杂化”，即杂化后的，即杂化后的轨道中填充的有中心原子的孤电子对轨道中填充的有中心原子的孤电子对. . 这样我们就可以解释象水和这样我们就可以解释象水和氨这样的分子结构了氨这样的分子结构了. .161730104HOHH2O中中O原子采取原子采取 sp3 不等性杂化不等性杂化p2s2sp3 杂化杂化 Valence b

10、ond pictures of H2OFormation of the covalent bonds in H2Osp3Hybrid orbitalConfiguration of O in ground state181920 sp2杂化轨道杂化轨道2s2p轨道轨道2s2p2s2psp2three sp2 hybrid orbitalexcited hybridization Formation of the covalent bonds in BCl3Hybrid orbitalConfiguration of B in ground state212223242526定定 义：多个原子上

11、相互平行的义：多个原子上相互平行的 p 轨道连贯重叠轨道连贯重叠 在一起构成一个整体，在一起构成一个整体， 而而 p 电子在这个电子在这个 整体内运动所形成的键整体内运动所形成的键.表示符号：表示符号：形成条件：形成条件： 参与成键的原子应在一个平面上，而且每个原子参与成键的原子应在一个平面上，而且每个原子 都能提供都能提供1个相互平行的个相互平行的 p 轨道轨道 n 2 m作作 用：用：“离域能会增加分子的稳定性；影响物质的理化性质离域能会增加分子的稳定性；影响物质的理化性质nm 离域离域 键（键（ 键键 ）27OOO43O3 的分子结构的分子结构28N2O4 N sp2 其他例子：NO3-

12、 85CO3=646429303132Kroto, H. W.; Heath, J. R.; OBrien, S. C.; Curl, R. F.; Smalley, R. E. C60: buckminsterfullerene. Nature (London, United Kingdom) (1985), 318(6042), 162-3.2019年度 Nobel Prize in ChemistryHarold Kroto, Robert Curl and Richard Smalley34Sumio Iijima (飯島 澄男, born in May 2, 1939) is a J

13、apanese physicist.Dr. Sumio Iijima35363738C30Cl10 C40Cl10 C50Cl1039D5h D5h C5v D5d 40Su-Yuan Xie (谢素原谢素原), Fei Gao (高飞高飞), Xin Lu (吕鑫吕鑫), Rong-Bin Huang (黄荣彬黄荣彬), , Lan-Sun Zheng (郑兰郑兰荪荪), Science, 2019, 304, 699414243444546 sp杂化轨道杂化轨道2s2p2s2psp2ptwo sp hybrid orbitalexcited hybridization HBeHConfig

14、uration of Be in ground stateHybrid orbitalFormation of the covalent bonds in BeH2474849sp3dThe five sp3d hybrid orbitals and their trigonal bipyramidal geometrysp3d2The six sp3d2 hybrid orbitals and their octahedral geometry 另外还存在另外还存在 d 轨道参加的轨道参加的 s-p-d 杂化轨道杂化轨道50d2sp3 和和dsp3杂化轨道杂化轨道18电子规则 dsp2杂化轨道杂化轨道 平面正方形平面正方形 Ni(NH3)4+2 Cu(NH3)4+2 51试用杂化轨道理论解释下面问题：试用杂化轨道理论解释下面问题： NH3、H2O 的键角为什么比的键角为