分子结构化学原理市公开课获奖课件

1、Chapter 6Molecular structure and Bonding物质结构（2）1. How the shapes of simple molecules can be described and predicted 2. Examin why molecules have the shapes they do and look more closely at how atoms use their electrons to form bonds./10/101第1页第1页空间构型分子原子化学键共价键离子键金属键杂化轨道理论VBMOVSEPR键极性物质分子间作用力分子极性Atom

2、ic orbitalElectronFunction偶极矩/10/102第2页第2页1927年， Heitler W 和 London F., 揭示共价键本质 Pauling L 和 Slater JC ，当代价键理论1932年， Muiliken RS 和 Hund F ，分子轨道理论1931年，Pauling L ，杂化轨道理论1954年，Pauling L ，Nobel prize1966年， Muiliken RS, Nobel prize19， Kossel, 离子键1923年， Lewis, 共价键原子价电子理论/10/103第3页第3页6.1 Molecular Geometri

3、es - Lewis Structures: The octet rule - The VSEPR model6.2 Covalent Bonding - Valance-bond theory - Hybrid Orbitals6.3 Molecular orbital theory - The Hydrogen molecules - Molecular orbitals for second-period diatomic molecules/10/104第4页第4页Lewis structures give atomic connectivity6.1 Molecular Geomet

4、riesHNHHbonding pair of e-lone pair of e-Octet Rule: Each atom shares electrons with neighboring atoms to achieve a total of 8 valence electrons.- Lewis Structures :The octet rule/10/105第5页第5页Molecular ShapesBond Parameter键长(bond length) 键角(bond angle) 分子空间构型/10/106第6页第6页ABn/10/107第7页第7页Valence Shel

5、l Electron Pair Repulsion (VSEPR) theorybonding pairs of electrons (bp)lone pairs ( lp )lplplpbpbpbpThe electrons adopt an arrangement in space to minimize e-e- repulsion.斥力大小顺序：bonding pair of e-lone pair of e- The VSEPR modelSigma 键电子对/10/108第8页第8页/10/109第9页第9页Predicting Molecular Geometries拟定中心原子

6、价层e总数及e对数中心原子价e对按斥力大小次序，空间排布应取斥力最小排布方式，e对尽也许远离且呈对称结构drawcountarrange中心原子配位原子族序数键合电子孤对电子主族元素/10/1010第10页第10页/10/1011第11页第11页/10/1012第12页第12页/10/1013第13页第13页ClF3分子构型：T字型电子构型与分子构型不一致电子数为5时，孤对总是尽先处于三角双锥腰部位置location of the lone pairs/10/1014第14页第14页The VSEPR ModelMolecules with Expanded Valence Shells/10

7、/1015第15页第15页判断 BF3及NF3价层电子对构型及分子构型。（Give the electron-pair geometry and the molecular geometry of BF3 and NF3.）BF3NF3/10/1016第16页第16页-Lewis structures and VSEPR do not explain why a bond forms.SHHOHH/10/1017第17页第17页6.2 Covalent Bonding 价键理论杂化轨道理论Valence bond theory (VB)Hybrid orbital theory/10/1018

8、第18页第18页Walther Kossel1916离子键（ionic bond）/10/1019第19页第19页1923年， Lewis GN, Irving Langmuir, 典型共价键理论，HNHHLess than octet - ex: BF3More than octet - ex: PCl5共价健(Covalent bond)/10/1020第20页第20页attractive forcesrepulsive forcesBond Length1927年， Heitler W 和 London F., 揭示共价键本质/10/1021第21页第21页Covalent Bondin

9、g and Orbital Overlap/10/1022第22页第22页共价键本质本质上是电性。但它不同于普通静电作用，它是两原子核共同对核间电子云密集区吸引。/10/1023第23页第23页将H2研究结果推广至其它双原子分子和多原子分子价键理论自旋相反单电子配对自旋相反单电子配对后，不能再和其它原子中单电子配对，形成共价键数目与该原子中单电子数目相同。饱和性共价键形成尽也许沿着原子轨道最大重合方向进行，即原子轨道最大重合原理。方向性/10/1024第24页第24页共价键类型键键s-ss-pxpx-px键轴（internuclear axis）xx轨道重叠部分沿键轴呈圆柱形对称分布 py-p

10、ypz-pz轨道重叠部分垂直于键轴并呈镜面反对称分布 /10/1025第25页第25页double bondstriple bondsMultiple Bonds共价键类型配位健（Coordination covalent bond）/10/1026第26页第26页键参数 (Bond Parameters)键能(bond energy) 键长(bond length) 键角(bond angle) 键极性(Polarity of bond)分子空间构型电负性极性共价键(Polar covalent bond)非极性共价键(nonpolar covalent bond)/10/1027第27页第

11、27页e- riche- poorindicates a bond dipole/10/1028第28页第28页Bond Type and DENEqual sharing of e- pairUnequal sharing of e- pair(Nearly) complete e- transfer/10/1029第29页第29页分子极性(Polarity of molecules)the charge distribution in a molecule双原子分子极性（The polarity diatomic molecule）Polar Molecule化学键极性多原子分子极性(Th

12、e polarity of Polyatomic molecules)化学键极性分子空间构型/10/1030第30页第30页/10/1031第31页第31页偶极矩() (dipole moment):The degree of polarityA quantitative measure of the degree of charge separation in a molecule./10/1032第32页第32页Relating Dipole Moment and Molecular GeometryEach of the following molecules has a nonzero

13、 dipole moment. Select the molecular geometry that is consistent with this information. Explain your reasoning.SO2 linear, bentPH3 trigonal planar, trigonal pyramidal/10/1033第33页第33页Permanent dipole momentInduced dipole moment分子极化(Molecular polarization)/10/1034第34页第34页Problem:1954年，Pauling L ，Nobel

14、 prize1931年，Pauling L ，杂化轨道理论/10/1035第35页第35页杂化轨道理论 (Hybrid orbital theory)General principles of Hybrid orbital theory Types of Hybrid orbitals Apply VSEPR Theory and Determine Hybridization/10/1036第36页第36页General principles of Hybrid orbital theory 键s-ss-pxpx-pxSP3 - s/10/1037第37页第37页-成键过程中，同一原子中几种

15、能量相近原子轨道重新 组合成数目相等、能量相同、方向一定新原子轨道。-杂化轨道比本来原子轨道成键能力强。-杂化轨道含有拟定方向，轨道之间在空间上采用最大角度分布。Valence Bond Theory - atoms form bonds by overlapping atomic and/or hybrid orbitals/10/1038第38页第38页SP3 杂化/10/1039第39页第39页SP3 杂化/10/1040第40页第40页等性杂化轨道(Equivalent hybrid orbital)不等性杂化轨道( Unequivalent hybrid orbital)/10/10

16、41第41页第41页 sp HybridizationVSEPR TheoryBe: 1s22s2Be: 1s22s12p1hybridization/10/1042第42页第42页sp杂化键s-ss-pxpx-pxSP3 - pSP - p/10/1043第43页第43页BF3 - trigonal planar sp2 HybridizationVSEPR Theory/10/1044第44页第44页sp2杂化键s-ss-pxpx-pxSP3 - pSP - pSP2 - p/10/1045第45页第45页 sp3d HybridizationVSEPR Theorytrigonal bi

17、pyramidal/10/1046第46页第46页For PF5, we need 5 hybrid orbitals, so 5 atomic orbitals are required as follows: (s + p + p + p + d) = sp3d/10/1047第47页第47页Lewis StructureElectron Pair GeometryMolecular Geometry sp3d2 HybridizationVSEPR Theoryoctahedral/10/1048第48页第48页For SF6, we need 6 hybrid orbitals, so

18、 6 atomic orbitals are required as follows: (s + p + p + p + d + d) = sp3d2Six sp3d2 hybridized orbitals for S-F bonds3 unhybridized d-orbitalsIsolated S atom/10/1049第49页第49页Hybrid Orbitals and VSEPRWrite a Lewis structure (/Determine LP )Use VSEPR to predict electron geometry.Select the appropriate

19、 hybridization.Limitations:/10/1050第50页第50页指出BF3 及NF3中心原子杂化轨道，.(Indicate the hybrid orbital set used in BF3 and NF3.) BF3NF3/10/1051第51页第51页/10/1052第52页第52页物质磁性与不成对电子数Background单电子/10/1053第53页第53页 DiamagneticParamagneticall electrons are pairedBackground-Magnetism and unpaired electronDiamagnetism(抗

20、磁性)-Paramagnetism(顺磁性)-unpaired electron/10/1054第54页第54页VSEPR Theory - electron pair repulsions influence molecular shapeValence Bond Theory - atoms form bonds by overlapping atomic and/or hybrid orbitalsApplied to O2O = O Or H2+Problem:/10/1055第55页第55页6.3 Molecular orbital theory1932年， Mulliken RS

21、和 Hund F ，分子轨道理论1966年， Muillken RS, Nobel prizeGeneral principles of Molecular orbital theory Types of molecular orbitals Molecular orbitals for second-period diatomic molecules /10/1056第56页第56页 3. 几种原子轨道可组合成几种分子轨道，其中二分之一为成键分子轨道（bonding molecular orbital）；另二分之一为反键分子轨道（antibonding molecular orbital）。

22、 1. 原子在形成份子时，分子中电子在整个分子空间范围内运动2. 在分子中电子空间运动状态可用相应分子轨道波函数来描述。 General principles of Molecular orbital theory /10/1057第57页第57页/10/1058第58页第58页轨道组合原则对称性匹配(Symmetric matching)能量必须相近(Close energy level)最大重叠(Maximum overlap of atomic orbital)? Pz和py对称性匹配吗？/10/1059第59页第59页4. 填充足子轨道时服从电子填充原子轨道三原则 5 . 键级(Bon

23、d Order)Bond Order = No. e- in bonding MOs - No. e- in antibonding MOs 2Bond order determines molecular stability/10/1060第60页第60页Types of molecular orbitals 成键轨道中，两原子之间电子云密度增长；反键轨道中，两原子之间电子云密度减少。Combining s orbitals/10/1061第61页第61页Combining p orbitals/10/1062第62页第62页/10/1063第63页第63页O2, F2N2/10/1064第

24、64页第64页Example: H2+ ,H2 ,He2 and He2+ BO = (1-0)/2 = H2+BO = (2-0)/2 = 1 H2BO = (2-1)/2 = He2+BO = (2-2)/2 = 0 He2BO = (e-bond - e-antibond )/2 /10/1065第65页第65页/10/1066第66页第66页NO+N2CO等电子体(isoelectronic)MO Diagrams of Heteronuclear DiatomicsCO1.128CO+1.115/10/1067第67页第67页Illustration of molecular orb

25、italO2 (s1s)2(s*1s)2 (s2s)2(s*2s)2 (s2px)2 (p2py)2 (p2pz)2(p*2py)1 (p*2pz)1 or O2 KK (s2s)2(s*2s)2 (s2px)2 (p2py)2 (p2pz)2(p*2py)1 (p*2pz)1N2 (s1s)2(s*1s)2 (s2s)2(s*2s)2 (s2px)2 (p2py)2 (p2pz)2 or N2 KK (s2s)2(s*2s)2 (s2px)2 (p2py)2 (p2pz)2/10/1068第68页第68页Molecular orbital theoryValence bond theoryA

26、tomic orbitalOverlapCombination (LCAO)ElectronlocalizeddelocalizedFunctionGound stateExcited state/10/1069第69页第69页自由基 (Free radical) HO2-OH KK (s2s)2(s*2s)2 (s2px)2 (p2py)2 (p2pz)2(p*2py)2 (p*2pz)1Superoxide anion radical3O2 KK (s2s)2(s*2s)2 (s2px)2 (p2py)2 (p2pz)2(p*2py)1 (p*2pz)11O2 KK (s2s)2(s*2s)2 (s2px)2 (p2py)2 (p2pz)2(p*2py)2 (p*2pz)0/10/1070第70页第70页Reactive oxygen species (ROS) rather t