大学无机化学分子结构市公开课金奖市赛课一等奖课件

1、分子结构分子: 化学反应基本单元物质性质分子性质分子内部结构化学键空间构型分子间力结构与物质物理、 化学性质关系离子键共价键金属键第1页8.1 离子键8.2 共价键8.3 分子间作用力8.4 离子极化(自学)8.5 原子晶体和分子晶体(参考p253，表9-12)第2页8.1 离子键8.1.1 离子键形成8.1.2 离子特征8.1.3 离子晶体第3页活泼金属原子活泼非金属原子离子型化合物NaClKClCsClMgOCaO1. 离子键形成2. 离子键本质：静电作用力3. 离子键特点：没有方向性和饱和性4. 键离子性取决于元素电负性5. 离子晶体特点：较高熔点和沸点，熔融状 态或溶于水后其水溶液均能

2、导电第4页8.2 共价键8.2.1 价键理论8.2.2 共价键类型8.2.3 杂化轨道理论8.2.4 价层电子互斥理论(自学)8.2.5 分子轨道理论8.2.6 键参数第5页共价键: 分子中原子间经过共用电子对结合而成 化学键H + H = H:H:Cl + Cl: = :Cl:Cl:N + N: = :N N:H + Cl: = H:Cl:Lewis 共价键不足 有些稳定分子中心原子最外层电子数可 以少于 8 (如: BF3) 或多于 8 (如PCl5, SF6) 共价键特征: 方向性, 饱和性 单电子键 (如 H2+), O2含有磁性第6页1927年, Heitler 和 London 应

3、用量子力学研究 H2分子结构, 初步解答了共价键本质.1930年, Pauling 和 Slater 等发展出当代价键 理论(电子配对理论)、杂化轨道理论、 价层电子对互斥理论1932年, 美国化学家密立根和德国化学家洪特 提出分子轨道理论第7页8.2.1 价键理论电子配对法 (VB): 量子力学为基础(1) 共价键本质图9-1 H2形成过程E-R图 两个氢原子电子自旋方式相反，靠近、重合，在R074pm处系统能量降低，形成稳定化学键。第8页H2分子中两种状态|2和原子轨道重合示意图共价键本质原子轨道重合，核间电子概率 密度大吸引原子核而成健第9页(2) 价键理论基本关键点 成键前原子要含有自

4、旋方向相反未成对电子。 共价键数目取决于原子中未成对电子数目。 两原子成键时，两原子轨道重合越多，形成共 价键越牢靠轨道最大重合原理。(3) 共价键特点 成键时，组成原子电子云发生了很大改变。 含有饱和性：每个原子成键总数是一定。含有方向性：轨道最大重合方向。第10页8.2.2 共价键类型（1）键：两原子成键轨道沿键轴（或两核间连线）方向，以“头碰头”方式发生轨道重合，轨道重合部分是沿着键轴呈圆柱型对称，这么形成共价键叫键。 xxxs-spx-spx- px第11页（2）键：两个原子轨道沿键轴方向，经过键轴一个平面侧面，以“肩并肩”方式发生轨道重合，轨道重合部分垂直于键轴呈镜面反对称，在键轴上

5、下对称电子云密度最大，这么形成共价键叫键。 xzzpz- pz形成键例：N2分子中，每个N原子有三个未成对3p电子，形成了一个键和两个键。一般用N三N表示。第12页(3) 配位键形成条件：成键原子一方有孤对电子， 另一方有空轨道。例：OC第13页8.2.3 杂化轨道理论CH4空间构型为正四面体C：2s22p2第14页(1) 杂化与杂化轨道概念 在形成份子时，因为原子相互影响，若干不一样类型能量相近原子轨道混合起来，重新组合成一组新轨道，该过程称为杂化，所形成新轨道被称为杂化轨道。sp3重合CH4形成sp3s 成键第15页(2) 杂化轨道类型 sp杂化1 ns + 1 np 2 sp每个sp杂化

6、轨道含有 s和 p成份1212sp杂化轨道间夹角 = 180, 呈直线型BeCl2分子形成第16页 sp2杂化1 ns + 2 np 3 sp2每个sp2杂化轨道含有 s和 p成份1323sp2杂化轨道间夹角 = 120, 呈平面三角形BF3分子形成2s2pB原子基态2s2p激发态激发杂化sp2杂化态重合sp2p第17页sp2杂化轨道示意图BF3空间构型为平面三角形第18页 sp3杂化1 ns + 3 np 4 sp3每个sp3杂化轨道含有 s和 p成份1434sp3杂化轨道间夹角 = 10928, 呈四面体形CH4分子形成激发杂化重合2s2pC原子基态2s2p激发态sp3杂化态sp3s第19

7、页sp3杂化轨道示意图CH4分子空间结构第20页 sp3d2杂化1 ns + 3 np + 2 nd 6 sp3d2六个sp3d2杂化轨道指向正八面体六个顶点sp3d2杂化轨道间夹角 = 180或90 第21页杂化SF6分子形成3s3pS原子基态3d3s3p激发态3dsp3d2杂化态sp3d2p激发重合第22页SF6分子空间结构第23页(3) 不等性sp3杂化第24页第25页(3) 杂化轨道理论基本关键点 成键时能级相近价电子轨道混合杂化，形成 能量相等价电子轨道杂化轨道 杂化前后轨道数目不变。 杂化轨道可分为等性和不等性杂化轨道。 采取sp3杂化轨道成键分子，其空间构型可 能为四面体型，V型

8、或者三角锥型。 杂化轨道成键时，满足原子轨道最大重合原理杂化轨道成键时，满足化学键间最小排斥原理。(4) 小结：p226，表9-5第26页8.2.5 分子轨道理论 (MO)问题：价键理论把电子只限于两个相邻原子间小区域运动，缺乏对分子作为整体全方面考虑。例O2分子中电子全部成对，应为逆磁性，而实际上为順磁性。不能解释H2+中单电子键。順磁性：分子因含有未成对电子而含有永久磁矩。在外磁场作用下，本身磁力线与外磁场方向一致。逆磁性：分子因电子均已成对而净磁矩为零，在外磁场作用下，被诱导磁矩方向与外磁场相反。第27页(1) 分子轨道理论基本关键点 在分子中电子在遍布整个分子范围内运动。 分子轨道|2

9、 几率密度或电子云 分子轨道为原子轨道线性组合， 分子轨道数目 = 原子轨道数目。 每个分子轨道 i 都有一响应能量Ei和图象 分子轨道中电子排布三标准：能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则1932年, 美国化学家密立根和德国化学家洪特提出分子轨道理论（MO法）第28页(2) 原子轨道线性组合标准 能量相近:1s-1s, 2s-2s, 2p-2p; 对称性匹配:重合部分原子轨道正、负号相同； 正正(或负负)重合成键，能量低 正负重合反键，能量高 非键组合，能量不变。 最大重合：使轨道能量低，有利于成键。第29页第30页 对称：绕 x 轴旋转180，形状不变，符号改变。比如：原子轨道pz，py

10、，dxy，dxz，dyz为对称。第31页(3) 原子轨道线性组合类型比如： A+BAB成键反键第32页 s s 重合1s原子轨道1s原子轨道分子轨道s1s *s1s第33页 s p 重合第34页 p p 重叠第35页2pZ,2pZ,B原子轨道分子轨道反键成键小结：若以x轴为键轴，则ss，pxpx重合形成分子轨道； pypy 、pzpz 、pydxy 、dxy dxy重合形成分子轨道。第36页(4) 同核双原子分子分子轨道能级图O2 (O,F)第二周期同核双原子分子第37页有两个三电子键，含有顺磁性。:O O:第38页N2 (B,C,N)第二周期同核双原子分子第39页或二个 键，一个键，电子均成

11、对，所认为逆磁性。第40页第二周期元素同核双原子分子轨道能量改变第41页(5) 键级:表示共价键强度同一周期和同一区内，键级越大，键越牢靠，分子越稳定；若键级等于零，分子不能稳定存在。 Be2 8e B.O = ( 4 - 4 )/2 = 0，不能存在B2 10eB.O = ( 4 - 2 )/2 = 1，有顺磁性第42页B.O = ( 10 - 6 )/2 = 2B.O = ( 10 - 4 )/2 = 3B.O = ( 10 - 5 )/2 = 2.5，稳定性大于O2B.O = ( 9 - 4 )/2 = 2.5，稳定性小于N2第43页价键理论(VB): 简明扼要; 不能解释分子几何构型和

12、分子磁性杂化轨道理论(HO):可解释分子几何构型；但缺乏预见性VSEPR:可预言分子几何构型，对d0,d5, d10中心原子有效；但不能说明成键原理及键强度分子轨道理论(MO):引入分子轨道概念，能够说明分子成键情况，键强弱和分子磁性；不能处理构型问题化学键理论第44页8.2.6 键参数(键能，键长，键角和键级) 1、键能1）单位为kJ/mol。2）键能：叁键双键单键(相同原子间形成)3）键能是化学键最主要参数，它表示化学键牢 固程度。键能越大，键越牢靠，分子越稳定。第45页2、键长 1)定义:分子或晶体中成键原子(离子)核间平均距离。2)两原子间所形成键长越短，表示键越牢靠。 3)相同原子间

13、形成键数越多，则键长越短。 例：C-C(154pm),C二C(134pm),C三C(120pm).3、键角1）定义：分子中键与键之间夹角。2）键角是决定分子空间构型主要原因。 依据分子中键键角和键长，不但能够推测分子空间构型，还可推断出其它物理性质。第46页8.3 分子间作用力8.3.1 分子极性8.3.2 分子间作用力8.3.3 氢键第47页8.3.1 分子极性（一）极性键与非极性键 非极性键: 同种原子所形成共价键;极性键: 不一样种原子所形成共价键。 （二）极性分子与非极性分子第48页8.3.2分子间作用力 (1) 取向力极性分子间正、负极定向排列所产生作用力。 + + + +(2) 诱

14、导力极性分子-非极性分子，产生诱导偶极作用力。 + + + +(3) 色散力：瞬时偶极作用力+ + + +范德华力 第49页8.2.3 氢键 1、氢键条件：(1) 有一个与电负性很大、原子半径很小元素以共价键相结合氢原子。 (2) 一个电负性很大（非金属性很强）、原子半径很小含有孤对电子原子，如O、F、N等原子。 H2O, H2S, H2Se, H2Te中，水分子量最小，但其熔点，沸点最高；HF在卤化氢系列中，NH3在氮族三氢化物中也有相同现象，WHY?例：XHY共价键氢键FHFHOHO HHH第50页2、氢键特点(1) 氢键只存在于一些含有氢原子分子之间(或分子内)。(2) 氢键有饱和性和方向性。(3) 氢键不是化学键而是分子间一个特殊作用力，比共价键键能小得多，比范德华力大一点。 第51页3、氢键对物质性质影响有氢键化合物熔点和沸点比没有氢键同类化合物为高。例:HF, HCl, HBr和HI中，HF熔、沸点都最高。(2) 氢键存在会影响物质溶解度、密度、粘度等。比如冰中一个水分子与四