杂化轨道理论分子极性

原子在形成分子时,为了增强成键能力,使分子的稳定性增加,趋向于将不同类型的原子轨道重新组合成能量、形状和方向与原来不同的新原子轨道;这种重新组合称为杂化;杂化后的原子轨道称为杂化轨道.

一.杂化轨道理论简介注意点(1)只有能量相近的轨道才能相互杂化。(2)形成的杂化轨道数目等于参加杂化的原子轨道数目。(3)杂化轨道成键能力大于原来的原子轨道--因为杂化轨道的形状变成一头大一头小了,用大的一头与其他原子的轨道重叠,重叠部分显然会增大。第1页/共44页第一页，共45页。1.sp3

杂化原子形成分子时,同一原子中能量相近的一个ns轨道与三个np轨道进行混合组成四个新的原子轨道称为sp3杂化轨道.第2页/共44页第二页，共45页。2s2pC的基态2s2p激发态正四面体形sp3杂化态CHHHH109°28’激发当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时,碳原子的2s轨道和3个2p轨道这4个轨道会发生混杂,混杂时保持轨道总数不变,得到4个能量相等、成分相同的sp3杂化轨道,夹角10928′,如下图所示：第3页/共44页第三页，共45页。sp2杂化:三个夹角为120°的平面三角形杂化轨道。2.sp2

杂化同一个原子的一个ns轨道与两个np轨道进行杂化组合为sp2杂化轨道.xyzxyzzxyzxyz120°第4页/共44页第四页，共45页。2s2pB的基态2p2s激发态正三角形sp2杂化态BF3分子形成BFFF激发120°用杂化轨道理论分析乙烯分子的成键情况sp2杂化的Csp2杂化的C相互靠拢分子中2个平行形成s-骨架的p轨道形成p键碳的sp2杂化轨道第5页/共44页第五页，共45页。

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。3.sp杂化夹角为180°的直线形杂化轨道xyzxyzzxyzxyz180°第6页/共44页第六页，共45页。BeCl2分子形成激发2s2pBe基态2s2p激发态杂化直线形sp杂化态键合直线形化合态Cl

BeCl180第7页/共44页第七页，共45页。请用杂化轨道理论分析乙炔的成键情况乙炔碳的sp杂化轨道第8页/共44页第八页，共45页。请用杂化轨道理论分析苯分子的成键情况苯第9页/共44页第九页，共45页。杂化轨道理论很好的解释了苯的结构与性质的特殊性大键使得苯分子的结构非常稳定,能量很低。1.苯分子中,既不存在碳碳单键,也不存在碳碳双键。而是六条碳碳键完全相同,介于碳碳单键和碳碳双键之间。2.苯分子在发生化学反应时，不破坏大键的取代反应相对容易；而需要破坏大键的加成反应和氧化反应则困难的多。第10页/共44页第十页，共45页。第11页/共44页第十一页，共45页。

基态N的最外层电子构型为2s22p3，在H影响下，N的一个2s轨道和三个2p轨道进行sp3不等性杂化，形成四个sp3杂化轨道。其中三个sp3杂化轨道中各有一个未成对电子，另一个sp3杂化轨道被孤对电子所占据。N用三个各含一个未成对电子的sp3杂化轨道分别与三个H的1s轨道重叠，形成三个键。由于孤对电子的电子云密集在N的周围，对三个键的电子云有比较大的排斥作用，使键之间的键角被压缩到，因此NH3的空间构型为三角锥形。第12页/共44页第十二页，共45页。第13页/共44页第十三页，共45页。

基态O的最外层电子构型为2s22p4，在H的影响下，O采用sp3不等性杂化，形成四个sp3杂化轨道，其中两个杂化轨道中各有一个未成对电子，另外两个杂化轨道分别被两对孤对电子所占据。O用两个各含有一个未成对电子的sp3杂化轨道分别与两个H的1s轨道重叠，形成两个键。由于O的两对孤对电子对两个键的成键电子有更大的排斥作用，使键之间的键角被压缩到，因此H2O的空间构型为角型。

第14页/共44页第十四页，共45页。杂化类型spsp2sp3杂化轨道排布直线形三角形四面体杂化轨道中孤对电子数分子空间构型直线形三角形正四面体三角锥形角形

实例 BeCl2BF3CCl4NH3H2O键角180°120°0 0 0 1 2几种常见的杂化轨道类型第15页/共44页第十五页，共45页。

共价分子的几何外形取决于分子价层电子对数目和类型。分子的价电子对（包括成键电子对和孤电子对）由于相互排斥作用,而趋向尽可能远离以减小斥力而采取对称的空间构型。1、价层电子对互斥理论二、确定分子空间构型的简易方法：各种电子对的斥力大小:孤对-孤对电子>孤对-成键电子>成键-成键电子>成键-单电子如何确定价层电子对数？第16页/共44页第十六页，共45页。推断分子或离子的空间构型的具体步骤：以AXm为例(A—中心原子,X—配位原子)：1.先确定中心原子的价层电子对数n，原则：①A的价电子数=主族序数；②配体X：H和卤素每个原子各提供一个价电子,规定氧与硫不提供价电子；③正离子应减去电荷数,负离子应加上电荷数。

例：B:3，C:4，N:5，O:6，X:7，稀有气体:8例如：SO42-:n=(6+0+2)/2=4第17页/共44页第十七页，共45页。2.确定电子对的空间构型：n=2直线形n=3平面三角形n=4四面体价层电子对数23456电子对排布方式 直线形平面三角形正四面体三角双锥八面体第18页/共44页第十八页，共45页。3.确定中心原子的孤对电子对数，推断分子的空间构型。(1)孤对电子=0:

分子的空间构型=电子对的空间构型n=(2+2)=2直线形n=(3+3)=3平面三角形n=(4+4)=4四面体例如：第19页/共44页第十九页，共45页。(2)孤对电子≠0：分子的空间构型不同于电子对的空间构型。34112SnCl2平面三角形V形NH3四面体三角锥H2O四面体V形n孤对电子电子对的空间构型分子的空间构型例各种电子对的斥力大小:孤对-孤对电子>孤对-成键电子>成键-成键电子>成键-单电子第20页/共44页第二十页，共45页。（3）判断共价分子结构的实例利用价层电子对互斥理论判断下列分子和离子的几何构型;要求写出价层电子总数、对数、电子对构型和分子构型.AlCl3H2SSO32-NH4+NO2

解:电子对对数电子对构型

34443三角形正四面体正四面体正四面体三角形

分子构型

三角形V字构型

三角锥

正四面体

V字形

孤电子对对数02441第21页/共44页第二十一页，共45页。练习分子CO2BeH2BF3CH4H2ONH3价电子对数价电子对排布有无孤对电子分子空间结构223444直线形直线形平面三角形平面三角形正四面体无有正四面体三角锥形V形第22页/共44页第二十二页，共45页。分子中心原子的价电子对数电子对的空间排布中心原子的杂化轨道类型中心原子孤对电子对分子的空间构型SiCl4CS2BF3PCl3OF2SO2423443正四面体SP3直线SPSP3SP2SP3SP2平面三角形正四面体正四面体平面三角形0正四面体直线02平面三角形011三角锥V形V形第23页/共44页第二十三页，共45页。1、非极性键和极性键实例F2HF特

征组成

原子吸引电子对能力

共用电子对位置

成键原子电性

结论(键的性质)

同种原子相同不偏向任何一个原子不显电性A:A非极性键不同种原子不同偏向吸引电子能力强的原子显电性A:B极性键三、分子的极性第24页/共44页第二十四页，共45页。类别非极性分子极性分子定义

共用电子对

分子空间构型

实例

2、极性分子和非极性分子正电荷重心和负电荷重心相重合的分子…不相重合的分子不偏移或对称分布偏移或不对称分布对称不对称H2,Cl2,CO2,CS2

HCl,H2O,NH3

第25页/共44页第二十五页，共45页。3、分子极性的判断方法1.双原子分子取决于成键原子之间的共价键是否有极性2.多原子分子取决于分子的空间构型和共价键的极性--分子的极性由共价键的极性及分子的空间构型两个方面共同决定。①以极性键结合而形成的异核双原子分子都是极性分子，如HCl②以非极性键结合而形成的同核双原子分子是非极性分子，如Cl2。第26页/共44页第二十六页，共45页。多原子ABm分子极性的判断方法(1)化合价法一般地,当中心原子化合价的绝对值等于该元素价电子数时,该分子为非极性分子;否则为极性分子。请判断PCl3、CCl4、CS2、SO2分子的极性。将分子中的共价键看作作用力,不同的共价键看作不相等的作用力,运用物理上力的合成与分解,看中心原子受力是否平衡,如平衡则为非极性分子;否则为极性分子。(2)物理模型法第27页/共44页第二十七页，共45页。C=O键是极性键,但从分子总体而言CO2是直线型分子,两个C=O键是对称排列的,两键的极性互相抵消(F合=0),∴整个分子没有极性,电荷分布均匀,是非极性分子.180ºF1F2F合=0OOC第28页/共44页第二十八页，共45页。HOH104º30＇F1F2F合≠0O-H键是极性键,共用电子对偏O原子,但由于分子是折线型

构型,两个O-H键的极性不能抵消(F合≠0),∴整个分子电荷分布不均匀,是极性分子第29页/共44页第二十九页，共45页。HHHNBF3：NH3：120º107º18'

三角锥型,不对称,键的极性不能抵消,是极性分子F1F2F3F’平面三角形,对称,键的极性互相抵消(F合=0).是非极性分子第30页/共44页第三十页，共45页。CHHHH109º28'

正四面体型,对称结构,C-H键的极性互相抵消(F合=0),是非极性分子第31页/共44页第三十一页，共45页。常见分子键的极性键角分子构型分子类型常见分子的构型及分子的极性双原子分子H2、Cl2HClH2OCO2三原子分子四原子分子NH3有107.30三角锥型极性BF3有120º平面三角形非极性CH4

有109.50

正四面体型非极性五原子无无直线型非极性有无直线型极性有180º直线型非极性有104.50

折线型极性第32页/共44页第三十二页，共45页。4、等电子体原理并且价电子总数(最外层电子总数)相同(1)定义原子总数相同可以是分子与分子之间,分子与离子之间,离子与离子之间(2)等电子体结构具有相似性请写出具有10个电子的微粒：分子：HF、H2O、NH3、CH4、Ne阳离子：Na+、Mg2+、Al3+

、NH4+、H3O+

阴离子：

OH－、NH2－、N3－、O2－、F－

第33页/共44页第三十三页，共45页。相似相溶原理：极性分子易溶于极性分子溶剂中（如HCl易溶于水中），非极性分子易溶于非极性分子溶剂中（如CO2易溶于CS2中）

练习：用萃取法从碘水中分离碘，所用萃取剂应具有的性质是（）①不和碘或水起反应②能溶于水③不溶于水④应是极性溶剂⑤应是非极性溶剂

A、①②⑤B、②③④

C、①③⑤D、①③④C5、研究分子极性的实际意义第34页/共44页第三十四页，共45页。问：1.我们已经学习了哪些化学键?2.什么叫配位键?

一个原子提供一对电子，与另一个接受电子的原子形成的共价键。即：成键的两个原子一方提供孤对电子，一方提供空轨道而形成的共价键。3.试举一例含配位键的物质！铵盐水合氢离子四、配合物第35页/共44页第三十五页，共45页。在水溶液中,Cu2+与NH3是如何结合成[Cu(NH3)4]2+的呢？配体有孤电子对中心离子有空轨道配位键的存在是配合物与其它物质最本质的区别1、配合物的概念

概念:由提供孤电子对配体与接受孤电子对中心原子/离子以配位键结合形成的化合物称为配合物请思考NH4Cl是否是配合物？第36页/共44页第三十六页，共45页。2、配合物的组成内界是配位单元,外界是简单离子--内外界间是完全电离的。[Co(NH3)6]Cl3内界外界K3[Cr(CN)6]内界外界内界又由中心原子/离子和配位体及配位数构成.(1)内界与外界[Co(NH3)6]3+中心离子配位体配位数[Cu(NH3)4]

SO4中心离子配位体配位数

外界离子内界外界配合物第37页/共44页第三十七页，共45页。(2)中心原子、配位体(含配位原子)、配位数中心原子：能够接受孤电子对的离子，多为过渡金属元素的离子。配位体：提供孤电子对的分子或离子；其中提供孤电子对的原子叫配位原子，常见的配位原子有卤素原子X、O、S、N、P、C。配位数

常见金属离子配位数1价金属离子2价金属离子3价金属离子Cu+2,4Ca2+6Al3+4,6Ag+2Mg2+6Cr3+6Au+2,4Fe2+6Fe3+6

Co2+4,6Co3+6

Cu2+4,6Au3+4

Zn2+4,6第38页/共44页第三十八页，共45页。配合物中心原子(离子)价态的判断[Ag(NH3)2]OH[Co(NH3)6]Cl3

K4[Fe(CN)6]K[Pt(NH3)Cl3][Co(NH3)5Cl](NO3)2[Cr(H2O)5Cl]Cl2·H2O

配离子的电荷=中心原子与配位体电荷的代数和第39页/共44页第三十九页，共45页。

在做银镜反应实验时，需要配制银氨溶液。请回答：银氨溶液的配制过程，实验现象，写出相应的化学方程式。配制过程：在5%的硝酸银溶液中逐滴加入2mol/L的氨水，直至生成的沉淀恰好完全溶解。实验现象：先出现沉淀，继续滴加氨水后沉淀溶解生成无色澄清溶液。AgNO3+NH3·H2O==AgOH↓+NH4NO3

AgOH+2NH3·H2O==[Ag(NH3)2]OH+2H2O[Ag(NH3)2]OH＝[Ag(NH3)2]++OH－第40页/共44页第四十页，共45页。4、配合物的结构----配合物的中心原子,配位体的种类和数目的不同,可以形成不同空间构型的配合物.P70～71几种配合物的空间构型直线形正四面体第41页/共44页第四十一页，共45页。练习题1

向AgNO3溶液中滴加氨水至沉淀溶解可形成[Ag(NH3)2]+配离子。Ag+空的