第八章化学键与分子结构.ppt

1、2020/7/25、C.L.Liu、普通化学、通用化学、2020/7/25、C.L.Liu、1离子键理论2共价键理论(经典liu) C.L.Liu、作业、p309-31012.1、12.2、12 12.23交叉作业时间： 12月7日交叉作业对象：学号末位Schrdinger方程式氢原子或氢络离子分解Schrdinger方程式对轨道电子的4个量子数(n，l，ml，ms )电子云的径向分布(峰，节点)电子云的角度分布(s，px，py， pz) 2020/7/25，C.L.Liu，回顾原子结构，多电子原子(Schrdinger方程不可解)近似模型求轨道能量(与n、l都相关) en (角度部分基本一致

2、，径向部分不同)。 能量最低，Hund规律(n 0.7l )电子构型的周期性变化可引起元素体性质的周期性变化：原子半径、电离能、电子亲和能、电负性的周期性变化(特殊原子)、2020/7/25， C.L.Liu轨道电子的能量各不相同。有的能量高，有的能量低。原子的半径大，小原子的电负性的大小各不相同。原子如何结合成为分子？2020/7/25、C.L.Liu、络离子键理论，20世纪初，德意志化学家Kossel基于惰性瓦斯气体原子具有稳定结构的事实提出了络离子键理论。 当电离能小的金属原子接近电子亲和能大的非金属原子时：金属原子容易失去外层电子并形成正络离子(cation )，非金属原子容易形成电子

3、的阴络离子(anion )，金属络离子(正络离子)和非金属络离子(负络离子)通过静电引力结合生成络离子化合物。2020/7/25、C.L.Liu、离子键理论、2020/7/25、C.L.Liu、离子键理论、2020/7/25、没有c方向性的饱和性。 络离子性化合物是正负络离子经由络离子键交替连接而成的结晶物质。 那个强度是怎样决定的？ 2020/7/25、C.L.Liu、离子键的强度、离子键的强度以晶格能(Lattice energy )的大小进行测量。 点阵能：相互分离的瓦斯气体状正络离子和负络离子结合成为1mol离子晶体时释放的能量或者1mol的离子晶体分解为自由气体络离子时吸收的能量。

4、根据点阵能的大小可以比较络离子结合的强度和结晶的稳定性。 mMx (g) xXm-(g)MmXx(s) U=-H，如何校正点阵能。2020/7/25、C.L.Liu、Born-Haber环路、2020/7/25、C.L.Liu、Born-Haber环路校正络离子的最外层的电子配置是2电子配置(例如Li、Be2等) 8电子配置(例如Na、k 几乎所有具有4p和4d )的还原离子的半径在130150pm之间，而正方形络离子的半径在10 170pm之间。同一个元素体的价态不同的正络离子，其电荷越少则半径越大： r(Fe2 )r(Fe3 )同族的元素体的等价络离子半径从上向下增加： r (Li ) r

5、 (na ) r (k ) r (Rb ) r (cs ) r (f-) r (br-)对折角线规则r (ti 4，68 ) r (nb 5，69 )。 2020/7/25，C.L.Liu，络离子键理论的成功和困惑的，可以很好地说明络离子性化合物的形成和特性相同的原子如何形成稳定单体(O2，N2 )，不能说明电负性近的元素体如何形成化合物(H2O，NH3 )的共价键理论，2 25，C.L.Liu，经典Lewis学说，在发现化学惰性的稀瓦斯气体原子最外层有ns2np6构型的1916年，美国物理学家Lewis认为，通过在分子中的原子间共享电子对，可使各原子具有稳定的稀瓦斯气体电子构型共价键理论。2

6、020/7/25、C.L.Liu、经典Lewis学说、2020/7/25、C.L.Liu、经典Lewis学说、2020/7/。 在多原子阴络离子的价电子总数上加上阴络离子的负电荷数。 从多原子阳络离子的价电子总数中减去阳络离子的正电荷数。 通常先写中心原子。 完成与2020/7/25、C.L.Liu、经典Lewis学说、中心原子结合的原子的电子结构。 (h仅为电子)。 将剩下的佗电子放在中心原子上，即使在中心原子的电子数多的情况下。 电子的数量如果不一盏茶使中心原子具有电子结构，则可以认为是双键或三键。2020/7/25、C.L.Liu、古典Lewis学说、2020/7/25、C.L.Liu、

7、古典Lewis学说的成功与困惑的、Lewis学说与电子对共有的Lewis结构未能揭示共价键的本质与特性：为什么共享电子对则是两个原子不能说明某分子的性质。 (O2分子的顺磁性)、2020/7/25、C.L.Liu、古典Lewis说的困惑的、不符合电子规则的情况很多：带有奇数电子的分子自由基(e.g. O )； 由价电子不足的原子构成的分子原子的价电子数为多个分子。2020/7/25、C.L.Liu、古典Lewis学说的困惑的、2020/7/25、C.L.Liu、古典Lewis学说的困惑的、中心原子价电子数、220后，保罗等人又发展起来，确立了现代价格耦合理论，说明了更多实验现象的共价键继承了2

8、020/7/25、C.L.Liu、价键理论、2020/7/25、C.L.Liu、价键理论、2020/7/25原子间通过共享大头针的方向相反的电子对而降低系统的能量进行耦合的Lewis说共用电子对的概念的耦合电子的大头针的方向相反、2020/7/25、C.L.Liu、价键理论、共价键的主要特征：饱和性观和方向性。 饱和性：原子的价电子轨道数和未对电子数是一定的，原子键的总数是一定的。 当第二周期元素体的原子形成共价键分子时，最多只有4个共价键(s1，p3 )。 方向性： p、d、f等原子轨道在空间有一定的取向，形成共价键时，各原子轨道总是沿着电子出现概率最高的方向结合，降低系统的能量。、2020

9、/7/25、C.L.Liu、共价键的键型、2020/7/25、C.L.Liu、共价键的键型、键型、2020/7/25、C.L.Liu、2020/7/25、C.L.Liu、共价键理论的成功和困惑的杂交轨道概念、价键理论简洁地描述了共价键的本质，很难描述解释共价键特征的分子空间结构。2020/7/25、C.L.Liu、杂化轨道概念、为了解释这一现象，保罗提出了杂化轨道概念，丰富了价键理论：电子具有波浪性，波函数可以叠加：同一原子中，一些类型的能量相近，2 亚麻跌！ 亚麻跌！ 亚麻跌！2020/7/25、C.L.Liu、杂化轨道、2020/7/25、C.L.Liu、杂化轨道、sp杂化轨道的形成、20

10、20/7/2020/7/25、C.L.Liu、sp3杂化轨道、2020/7/25、C.L.Liu、sp 杂化轨道具有确定的方向性，2020/7/25、C.L.Liu、杂化轨道的主要特征是，随着s成分的增加，结合能增大结合长度变小，2020/7/25、c.l。 价键理论不能解释最简单的O2分子为什么有顺磁性，不能解释为什么单电子和三电子存在，不能解释复杂的分子结构和性能的关系。 分子轨道理论、2020/7/25、C.L.Liu、分子轨道理论、1932年前后，美国R.S.Mulliken、F.Hund等人提出了分子轨道理论。 分子轨道理论将分子看作是一个整体：电子不依赖于某个原子，在分子整体的势场

11、范围内运动的分子中的电子运动状态或用分子轨道波函数记述的各分子的轨道波函数，可以由构成该分子的原子轨道波函数、线性的组合近似地得到的一个分子中，分子轨道的数目构成该分子的各分子、2020/7/25、C.L.Liu、分子轨道理论、原子轨道有效组合遵循的原则：对称性匹配原则：原子轨道波函数来相互重叠构成分子轨道时相似波的重叠， 相位符号必须考虑的能量近似原则：只有能量相近的原子轨道才能与有效的分子轨道相结合的最大过说唱乐原则：为了两个原子轨道能有效地构成分子轨道，必须尽可能多地过说唱乐耦合分子轨道的能量、2020/7/25、C.L.Liu、分子轨道理论、分子轨道上电子的配置遵循原子轨道上电子的配置

12、原则：一个分子轨道上容纳最多两个大头针方向相反的电子的电子总是优先占能量低的轨道， 只有在能量较低的轨道填满后，才开始占据能量较高的轨道。电子占据相同能量的轨道时，电子优先占据这些个的轨道，以使大头针方向相同。2020/7/25、C.L.Liu、分子轨道、分子轨道能级图：2020/7/25、C.L.Liu、分子轨道理论、原子轨道叠加效果好，能量最低，耦合轨道与反耦合轨道的能量差大。与2p轨道相比，2p轨道的过说唱乐效应差，能量高于2p，键轨道和反键轨道的能量差小，2020/7/25，C.L.Liu，分子轨道理论，2020/7/25，c.o 2分子的分子轨道和原子轨道，o 3360 s 2，2 ss C.L.Liu、N2分子的分子轨道和原子轨道、n:1s2、2s2、2 C.L.Liu、多原子分子的结合问题与结构域有很大的结合，与2020/7/25、C.L.Liu、结构域有很大的结合，在多原子分子中，如果相互邻接的原子有2个以上， 若各个原子具有未使用的p轨道，这些个的p轨道与同一平面垂直，则相互平行的这些个的p轨道能够连续重叠形成由