2分子2012-2-13.ppt

1、7.3 价键理论,7.4 多电子原子的空间构型,1. 掌握价键理论的要点、共价键的特点及 键和 键的形成、特点； 2. 掌握价层电子对互斥理论和杂化轨道理论，解释简单分子的形成及分子的空间构型 3. 掌握分子间作用力和氢键的形成、特点及对物质性质的影响,7.3.1 共价键的要点与特点,7.3 价键理论,7.3.3 共价键的键型,7.3.2 分子轨道理论,7.3.4 共价键的键参数,概述 Lewis : 同种原子间及电负性相近的原子间可通过共用电子对形成分子，由共用电子对形成的化学键为共价键 (covalent bond)-共价分子。,分子中，每个原子均应具有稳定的稀有气体原子的 8 电子外层电

2、子构型 (He 为 2 电子)，分子中原子间不是通过电子的转移，而是通过共用一对或几对电子来实现 8 电子稳定构型的。每一个共价分子都有一种稳定的结构形式，称为 Lewis 结构式。,在 Lewis 结构式中，用小黑点表示电子，如：,离子键理论,7.3.1 共价键的本质与特点,化学键：,分子或晶体中相邻原子(或离子)之间强烈的吸引作用。,化学键理论：,金属键理论,共价键理论,1. 量子力学处理H2分子的结果,两个氢原子电子自旋方式相反，靠近、重叠，核间形成一个电子概率密度较大的区域。系统能量降低，形成氢分子。,核间距 R0为74 pm。 共价键的本质原子轨道重叠，核间电子概率密度大吸引原子核而

3、成健。,2. 价键理论基本要点与共价键的特点,(1) 价键理论基本要点：,原子有未成对价电子； 原子轨道以最大程度地重叠。,(2) 共价键的特点：,b. 方向性,a. 饱和性,HF 分子中的共价键,1. 什么是分子轨道： 多个原子核为中心构成的多中心轨道，分子轨道波函数也是 Schrodinger 方程的解。采取原子轨道线性组合的方法求得分子轨道的波函数。,例如： A+BAB,7.3.2 分子轨道理论,2. 成键三原则：, 能量相近 对称性匹配 最大重叠,节面,原子轨道与分子轨道的形状。,原子轨道与分子轨道的能量。,原子轨道与分子轨道的形状,原子轨道与分子轨道的形状。,O2 (O,F),3.

4、同核双原子分子,第二周期同核双原子分子,N2 （B,C,N),第二周期同核双原子分子,N2分子的分子轨道电子排布式：,或,键级B.O = 1/2( 10 - 4 ) = 3,键级,或,有两个三电子键，具有顺磁性。,B.O =1/2 ( 8 - 4 ) = 2,O2分子的分子轨道电子排布式：,第 2 周期同核双原子分子的分子轨道式及键参数,4. 异核双原子分子,HF分子的 电子构型：,1.键： 原子轨道沿核间联线方向进行同号重叠(头碰头)。,7.3.3 共价键的键型,H2,HCl,N2,2.键： 两原子轨道垂直核间联线并相互平行进行同号重叠(肩并肩)。,N2,（a）,（b）, 键和 键示意图,N

5、2 分子结构示意图,N: 1s22s22p3-1s22s22p3,3. 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：,1 键级,7.3.4 共价键的键参数,5 键矩与部分电荷,4 键角,3 键长,2 键能,键级,B.O =1/2 ( 8 - 4 ) = 2,B.O = 1/2( 10 - 4 ) = 3,1 键级,1) 双原子分子: 100kPa下将气态分子断裂成气态原子所需要的能量。,D(HCl) = 431.4 kJmol-1, D(ClCl)= 242.95 kJ mol-1,2 键能,(1) 键解离能（D）,2) 多原子分子 断裂气态分子中的某一个键，形成两个“碎

6、片”时所需要的能量叫此键的解离能。,H2O(g) = 2H(g) + O(g),(2) 原子化能 （Eatm） 气态多原子分子的键全部断裂形成各组成元素的气态原子时所需要的能量。 例如：,(3) 键能(E)、键解离能与原子化能的关系： 双原子分子：键能 = 键解离能 E(H) =D(H) 多原子分子：原子化能 = 全部键能之和 atm(H2O) = 2(H2 O) 键能 = 键解离能的平均值,(4) 键能与标准摩尔反应焓变,4H(g) + 2O(g),4E(H2O),分子中两原子核间的平衡距离称为键长。例如，H2分子，l = 74pm。,3 键长,由表数据可见: HF， HCl， HBr， H

7、I 键长依次递增，而键能依次递减。 单键、双键及叁键的键长依次缩短，键能依次增大。 但与单键并非两倍、叁倍的关系。,键角和键长是反映分子空间构型的重要参数，它们均可通过实验测知。,4 键角,键矩是表示键的极性的物理量记作 。 = q l 式中： q 为电量，l 为核间距。为矢量。例如：实验测得HCl,5 键矩与部分电荷,键参数小结：,键的极性键矩(),7.4.2 杂化轨道理论,7.4 多电子原子的空间构型,7.4 多电子原子的空间构型,7.4.1 价层电子对互斥理论,1. 基本要点： AXmEn,分子或离子的空间构型与中心原子的 价层电子对数目有关。,价层电子对尽可能远离,以使斥力最小。,(孤

8、孤)e (孤成)e (成成)e,7.4.1 价层电子对互斥理论,2. 推断分子或离子的空间构型的具体步骤：,(1) 确定中心原子的价层电子对数(VP) AXmEn为分子： A：中心原子, X: 配位原子， E：中心原子A的价电子层中的孤电子对， m：配位原子数， n：孤电子对数。 VP = m+n,AXmEn为分子：,若AXmEn为离子,(2) 确定电子对的空间构型：,VP=2 直线形,VP=3 平面三角形,VP=4 正四面体,VP=5 三角双锥,VP=6 正八面体,(3) 确定中心原子的孤对电子对数，推断分子的空间构型。, n=0:分子的空间构型电子对的空间构型,VP= (2+0)=2 直线

9、形,VP= (3+0)=3 平面三角形,VP= (4+0)=4 正四面体,VP= (5+0) = 5 三角双锥,VP= (6+0)=6 正八面体,例如：,n0 ：分子的空间构型不同于电子对的空间构型。,3,4,6,2 1,3 1,2 2,5 1,4 2,NO2,平面三角形 V形,NH3,四面体 三角锥,H2O,四面体 V形,IF5,八面体 四方锥,XeF4,八面体 平面正方形,VP,电子对的 空间构型,分子的 空间构型,例,m n,VP = 5，电子对空间构型为三角双锥，,n占据轴向还是水平方向三角形的某个顶点？ 原则：斥力最小。,例如：SF4 VP=5 m=4 n = 1,A E 夹角为90

10、o ： 3处 2处,结论：n占据水平方向三角形, 稳定分子构型为变形四面体(跷跷板形)。,三角双锥 变形四面体 SF4,三角双锥 T形 ClF3,三角双锥 直线形 XeF2,（4）影响键角的其他因素：,键的存在，相当于孤对电子排斥成键电子，使键角变小。 例如：, 中心原子和配位原子的电负性大小影响键角。 例如：,结论： 配位原子电负性大者，键角较小。 中心原子电负性大者，键角较大；,思考题：,解释NO2+, O3, SnCl3-, OF2, ICl3, I3-, XeF5+, ICl4- 等离子或分子的空间构型, 并指出其中心原子的轨道杂化方式。,1. 基本要点： 成键时能级相近的价电子轨道混

11、合杂化，形成新的价电子轨道杂化轨道。 杂化前后轨道数目不变。 杂化后轨道伸展方向，形状发生改变。,7.4.2 杂化轨道理论,7.4 多电子原子的空间构型,1. 基本要点： 成键时能级相近的价电子轨道混合杂化，形成新的价电子轨道杂化轨道。 杂化前后轨道数目不变。 杂化后轨道伸展方向，形状发生改变。,7.4.1 杂化轨道理论,7.4 多电子原子的空间构型,7.4 多电子原子的空间构型,CH4的空间构型为正四面体,C：2s22p2,2. sp3杂化,四个sp3杂化轨道,B： 2s22p1,3.sp2杂化,BF3的空间构型为平面三角形,三个sp2杂化轨道,Be：2s2,4. sp杂化,Be采用sp杂化，生成BeH2,两个sp杂化轨道,5.不等性sp3杂化,6. sp3