分子空间构型与物质性质.ppt

1、第二节 分子空间构型,杂化轨道理论 解释分子的立体构型,杂化轨道的概念 在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量相近的原子轨道间通过相互的混杂后，形成相同数量的几个能量与形状都相同的新轨道。,杂化轨道只用于形成键或者用来容纳孤对电子 剩余的p轨道可以形成键,杂化轨道理论,sp3杂化轨道,一个s轨道与三个p轨道“混合”起来，形成能量相等、成分相同的4个sp3杂化轨道，它们的空间取向是四面体结构，相互的键角=109.5。,2s,2p,2s,2p,sp3杂化轨道,如CH4, CCl4：C的电子构型:1s22s22p2,激发,杂化,NH4+、金刚石中的C原子、晶体硅和二氧化硅中的硅原子均采用sp3

2、杂化轨道形成共价键,两个碳原子上都有一个与骨架平面垂直的未杂化的p轨道，它们互相平行，彼此肩并肩重叠形成键：,sp2杂化轨道,如CH2= CH2 ：C的电子构型:1s22s22p2,sp2杂化轨道,一个s轨道与两个p轨道杂化，得三个sp2杂化轨道，三个杂化轨道在空间分布是在同一平面上，互成120。,如BF3：B的电子构型:1s22s22p1,2s,2p,2s,2p,sp2杂化轨道,激发,杂化,在F原子与硼原子之间形成了3个等价的键：,BCl3中的B原子、NO3-中的N原子、CO32-、HCHO以及苯分子和平面石墨中的C原子都是sp2杂化。,sp2杂化轨道,石墨、苯中碳原子的sp2杂化,sp杂化

3、轨道 碳原子在形成乙炔（C2H2）时发生sp杂化，两个碳原子以sp杂化轨道与氢原子结合。两个碳原子的未杂化2p轨道分别在Y轴和Z轴方向重叠形成键。所以乙炔分子中碳原子间以叁键相结合。,乙炔,sp杂化轨道,一个s轨道与一个p轨道杂化后，得两个sp杂化轨道，杂化轨道的空间取向为直线型，夹角为180 。,如BeCl2、BeF2：Be的电子构型:1s22s2,2s,2p,2s,2p,sp,激发,杂化,2p,CO2,sp杂化轨道,如 CO2 ：C的电子构型:1s22s22p2,杂化轨道的类型,与中心原子键合的是同一种原子，分子呈高度对称的正四面体构型，其中的4个sp3杂化轨道自然没有差别，这种杂化类型叫

4、做等性杂化。 中心原子的4个sp3杂化轨道用于构建不同的轨道，如H2O的中心原子的4个杂化轨道分别用于键和孤对电子对，这样的4个杂化轨道显然有差别，叫做不等性杂化。,等性杂化和不等性sp3杂化,不等性sp3杂化,常见杂化轨道及其几何构型,sp3杂化正四面体 sp2杂化平面三角形 sp杂化直线型,CH4、CCl4、NH4+、SiF4、SiCl4等,BF3、BCl3、SO3、乙烯、苯、石墨等，SO2 （V型）,BeCl2、乙炔、CO2、CS2等,不等性sp3杂化 H2O（V型）、NH3（三角锥型）、PCl3,小结：杂化轨道的类型与分子的空间构型,中心原子,直线形 三角形 四面体 三角锥 V型,杂化

5、轨道类型SP SP2 SP3 不等性 SP3,参加杂化的轨道,杂化轨道数,成键轨道夹角,分子空间构型,实例,等电子原理,原子数相同、价电子数（指全部电子总数或价电子总数）相同的分子或离子，互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。,互为“等电子体”应满足的条件,1、在微粒的组成上，微粒所含原子数目相同,2、在微粒的构成上，微粒所含的电子数相等（指全部电子总数或价电子总数）,（1）2原子10价电子,（2）2原子11价电子,几组常见的等电子体及特征,如：N2、CO、C22-、CN- 直线型,如：NO、O2+、 直线型,（3）3原子16价电子,如：CO2、BeCl2、N2O、NO2+、N3-

6、 直线型,（4）3原子18价电子,如：NO2-、SO2、O3 V型或角型,（5）3原子24价电子,如：NO3-、BF3、CO32-、SO3 平面正三角形,（6）5原子32价电子,如：SiF4、CCl4、SO42-、PO43- 正四面体,（7）(BN)n晶体和碳单质具有类似结构。 B3N3H6 与C6H6是等电子分子。,空间构型与价层电子对数目n的关系如下图所示：,n=2 3 4 5 6 直线形 平面三角形 正四面体 三角双锥体 正八面体,sp3,sp2,sp,dsp3,d2sp3,价层电子对互斥理论,利用价电子互斥理论推断微粒的空间构型的具体步骤：,确定中心原子A价层电子对数目n。对于ABm型

7、分子（A为中心原子；B为配位原子） 分子中心原子的价电子对数计算如下,注：配位原子中卤素原子、氢原子提供1个电子，氧原子和硫原子按不提供价电子计算,如何确定分子的空间构型,1、计算中心原子的价层电子对数,2、确定价层电子对的空间构型,3、分子空间构型的确定,2直线型,3平面正三角形,4正四面体,5三角双锥体,6正八面体,a、若价层电子对全部成键，则分子构型=价层电子对构型,b、若价层电子对有孤对电子，则分子构型价层电子对构型,常见分子的空间构型,常见分子的构型及其分子的极性,类型 实例 结构 键的极性 分子极性,A2型： H2,N2,非极性键,均为直线型,双原子分子,非极性分子,非极性分子,单

8、原子分子,Ne Ar,AB型 HF,NO,极性键,均为直线型,类型 实例 结构 键的极性 分子极性,双原子分子,极性分子,类型 实例 结构 键的极性 分子极性,AB2型,CO2 (CS2),极性键,极性键,非极性分子,极性分子,直线型,角型,三原子分子,H2O H2S SO2,类型 实例 结构 键的极性 分子极性,AB3型,BF3 BCl3,NH3 PH3 PCl3,极性键,平面三角形,极性分子,极性键,三角锥形,非极性分子,四原子分子,类型 实例 结构 键的极性 分子极性,AB4型,CH4,CCl4,正四面体,非极性分子,极性键,五原子分子,A族,A族,A族,A族,RH4,RH3,H2R,H

9、R,非极性分子,极性分子,极性分子,极性分子,手性分子,如果一对分子，其组成和原子的排列方式完全相同，但如同左手和右手互为镜像，在三维空间里不能重叠，这对分子称为手性异构体，有手性异构体的分子称为手性分子。,连接四个不同的原子或基团的碳原子称为 手性碳原子,2丁醇 =(+)13.52 =(-)13.52 它们之间的关系相当于左手和右手或物体和镜象. 这对物质不能重合，是一对异构体，互为对映，因此称为对映异构体。 如果物质具有这种性质被称为手性。 两个对映异构体性质差别很小, 但是葡萄糖只有右旋体才能在动物体内代谢。麻黄素只有左旋体才有药效。,手性分子,手性分子,思考：具有手性碳原子的最简单烷烃

10、？,C7H16,例：,实验证实，硫酸铜无论其是水溶液还是晶体，天蓝色都是四水合铜离子Cu(H2O)42+产生的颜色。 向硫酸铜溶液滴加过量氨水，得到深蓝色的透明溶液，若蒸发结晶，可以得到深蓝色的硫酸四氨合铜晶体。 无论在氨水溶液里还是在晶体里，深蓝色都是四氨合铜离子Cu(NH3)42+产生的颜色。 取少量硫酸四氨合铜晶体用水溶解后滴加过量浓盐酸，得到黄色透明溶液，分析证实，其中存在四氯合铜酸根离子CuCl42-。并能在晶体里存在。 我们把像Cu(H2O)42+、Cu(NH3)42+、CuCl42-这样的由金属原子与中性分子或者阴离子结合形成的复杂离子叫做配离子(络离子)，其中的金属原子是配离子

11、形成体或中心原子，其中的H2O、NH3、Cl-等叫做配体。,配合物,配合物是通过配位键结合而成的化合物。配合物不一定是离子，也可以是中性分子。,配合物基本概念,1. 配位化合物的定义,配位化合物是由具有接受孤对电子的空轨道的原子或离子（中心原子）和可以提供孤对电子的离子或分子（配位体）按一定的组成和空间构型所形成的化合物。,中心原子或离子 金属原子、离子（特别是过渡金属离子，特别是铁系、铂系、第IB、IIB族元素） 配位体 是含有孤电子对的分子或离子。 如：NH3、H2O、 CN 、 OH 、 F 、 Cl 其中直接和中心原子配位的原子称为配位原子，如：N、O、C、 F、Cl、S等。 配位数

12、与中心原子配位的原子数目称为该中心原子的配位数。一般为2、4、6、8等。,2. 配合物的组成,2. 配合物的组成,Ag(NH3)2 +Zn(NH3)4 2+Ni(CN)4 2-AlF6 3-,sp杂化,sp3杂化,dsp2杂化,sp3 d2杂化,4. 配合物的空间结构,直线型： 平面三角形： 平面四边形或正四面体： 三角双锥或正方锥体： 正八面体：,配位数为2,配位数3,配位数4,配位数5,配位数6,1.结构异构： 原子间连接方式不同引起的异构现象（键合异构，电离异构，水合异构，配位异构，配位位置异构配位体异构） (1)键合异构 Co(NO2)(NH3)5Cl2 硝基 Co(ONO)(NH3)5Cl2 亚硝酸根 (2) 电离异构 Co(SO4)(NH3)5Br Co Br(NH3)5 SO4 (3) 水合异构 Cr(H2O)6Cl3 紫色 CrCl(H2O)5Cl2 H2O 亮绿色 CrCl2(H2O)4Cl 2H2O 暗绿色,6. 配合物的异构现象,当一种配合物中有不同的配体时，常常出现立体异构体。下面是一些例子： 四氯合铂酸钾K2PtCl4用氨水处理得到一种棕黄色的配合物，经测定，组成为PtCl2(NH3)2，有极性，在水中的溶解度是0.26g/100gH2O; 将这种棕黄色配合