《分子结构》ppt课件

1、第2章 分子结构(Structure of Molecule),2,2-1 路易斯结构式 2-2 单键、双键和叁键键和键 价键理论（一） 2-3 价层电子互斥模型（VSEPR） 2-4 杂化轨道理论价键理论(二) 2-5 共轭大键 2-6 等电子体原理 2-7 分子轨道理论 2-8 共价分子的性质 2-9 分子间力,主 要 内 容,3,1. 掌握杂化轨道理论(sp、sp2、sp3、dsp2、sp3d、dsp3、 d2sp2、d2sp3或sp3d2型杂化) 每一类型各能举出23个实例。 2. 了解第二周期同核双原子分子(N2、O2等)异核双原子分子(如CO、HF)等的分子轨道理论。 3. 了解分子间力的概念，弄清化学键和分子间力的区别。 掌握氢键的特征和形成条件及其对物质物理性质的 影响。 5. 了解物质性质与分子结构键参数的关系。 6掌握共轭大键，价层电子对互斥理论。,教 学 要 求,4,1. 共价键的形成和本质，现代价键理论的要点和 优缺点，共价键的方向性和饱和性，键和键。 2. 价层电子对互斥理论。 3. 杂化轨道理论和 共轭大键 4. 分子轨道理论简介：分子轨道的含义，分子轨 道

2、的形成，分子轨道中电子的排布，键级。 5. 共价分子的性质-键能、键长、键角，键的极性。 分子偶级矩和磁性。 6.分子间的作用力和氢键。,教 学 重点,5,MO法， 共轭大键,教 学 难点,讲授法，归纳法，示例法,教 学 方 法,19世纪的化学家们创造了用元素符号加划短棍“”来表明原子之间按“化合价”相互结合的结构式。 分子中的原子间用“”相连表示互相用了“1价”，如水的结构式为HOH；“=”为“2价”；“”为“3价”。,英国化学家弗兰克兰在1850年左右提出化合价并无正负之分，同种分子，如H2，其中的氢也呈1价，故氢分子的结构式为HH。这种经典结构式称为弗兰克兰结构式。,路易斯把弗兰克兰结构式中的“短棍”解释为两个原子各取一个电子配成对，即：“”是一对共用电子，“ ”是2对共用电子，“ ” 是3对共用电子。路易斯还认为，稀有气体最外层电子构型（8e- ）是一种稳定构型，其他原子倾向于共用电子而使他们的最外层转化为稀有气体的8电子稳定构型8隅律。路易斯又把用“共用电子对”维系的化学作用力称为共价键。这种观念为路易斯共价键理论。,孤对电子：分子中除了用于形成共价键的键合电子外，存在未用于

3、形成共价键的非键合电子。在写结构式时常用小黑点表示孤对电子。,把这类添加了孤对电子的结构式叫路易斯结构式（Lewis structure），也叫电子结构式（electronic structure）。,价电子总数等于分子中所有原子的价电子数之和，但中心原子周围的电子总数(共用电子+孤对电子)并不总等于8，有多电子中心或缺电子中心如：,优点：给出了分子的总价电子数，用“电子对”的概念解释了经典结构式中表达弗兰克兰化合价的短横，并标出了未键合的孤对电子。 缺点：路易斯结构式不能很好地表达分子的立体结构，也不能表达比传统的单键、双键、叁键更复杂的化学键。,路易斯结构式的优缺点,对于可以写出几个相对合理的路易斯结构式的分子，泡林提出了“共振论”，认为分子的真实结构是这些合理路易斯结构式的“共振杂化体”，每个结构式则称为一种“共振体”，“共振”的符号“”。 例如：,苯分子C-C键长没有区别，苯分子中的C-C键既不是双键，也不是单键，而是单键与双键的“共振混合体”。,苯和乙酰胺的“共振杂化体”,12,2-2 单键、双键和叁键-键和键价键理论（一）,2.2.1. 化学键(Chemical Bond)

4、,分子或晶体中相邻原子（或离子）之间强烈的吸引作用。,13,2.2.2 价键理论基本要点,具有自旋相反的单电子的两个原子相互接近时，单电子可以配对构成共价键。,1. 电子配对原理,14,成键原子轨道重叠越多，两核间电子云密度越大，形成的共价键越稳定。,2. 原子轨道最大重叠原理,3. 对称性匹配原理,两原子轨道重叠时，必须考虑原子轨道“+”、“-”号，同号重叠才是有效重叠。,15,原子轨道角度分布图,+,+,_,+,_,+,_,_,_,+,+,_,_,+,+,_,_,+,+,+,+,s,z,x,pz,z,x,px,z,x,x,y,py,z,z,z,y,y,x,x,x,x,y,dxz,dyz,dxy,-,-,+,+,16,2.2.3 共价键的特性,具有饱和性和方向性,17,范畴： s s 重叠 s p x 重叠 px px 重叠,2.2.4 共价键的类型,定义：两原子轨道沿键轴（两核间联线）进行同号重叠而形成的共价键称键。,1. 键,18,ss,19,spx,20,pxpx,21,特征：原子轨道沿两核间联线方向以“头碰头”的方式发生轨道重叠，最有利于实现最大程度重叠。,特点：电子云集中在

5、两核联线上，重叠程度很大，电子云密度大。,22,举例,Cl2：1s22s22p63s23p5 3py23pz23px1 1s22s22p63s23p5 3py23pz23px1 3px1+3px1 px-px,HCl: s-px,H2：1s1 + 1s1 s-s,23,2. 键,范畴： pz-pz 重叠 py-py 重叠,定义：两原子轨道垂直于两核间联线并相互平行而进行同号重叠所形成的共价键叫键。,24,特征：原子轨道以“肩并肩”的形式发生轨道重叠。,特点：电子云没有集中在两核间连线，所以，键重叠程度小于键， 键不及键稳定。,举例：N2： 1s22s22p3 2px12py12pz1 1s22s22p3 2px12py12pz1,结论：（1）共价单键为键，键几乎总是 与键一起出现，也只能存在于 双键和三键中； （2）键较键稳定。,25,键和键比较：,26,3. 配位键 (Coordination Bond),形成条件：成键时，一方有孤对电子，另一方有空轨道。,例:,分子的立体结构决定了分子许多重要性质，但路易斯结构式未能描述分子的立体结构。 无机分子的立体结构通常是指其s-键的分子骨架

6、在空间的排布。这种分子骨架可以用现代实验手段测定。 实验证实，属于同一通式的分子或离子,其结构可能相似，也可能完全不同。 如，H2S和H2O属同一通式H2A，结构很相似，都是角型分子，仅夹角度数稍有差别，而CO32-离子和SO32-离子属同一通式AO32-,结构却不同：前者是平面型,后者是立体的三角锥型。,1940年，希吉维克（Sidgwick）和坡维尔（Powell）在总结实验事实的基础上提出了一种简单的理论模型，用以预测简单分子或离子的立体结构。这种理论模型后经吉列斯比（R.J.Gillespie）和尼霍尔姆（Nyholm）在20世纪50年代加以发展，定名为价层电子对互斥模型，简称VSEPR(Valence Shell Electron Pair Repulsion)模型。,（1）用通式AXnEm来表示所有只含一个中心原子的分子或离子的组成。A：中心原子，X：配位原子，n：配位原子的个数，E：中心原子上的孤对电子对，m：孤电子对数。 m值的计算： m=(A的族价-X的化合价X的个数+/-离子电荷相应的电子数)/2,1.VSEPR模型的要点是：,30,如：SO2的m=(6-22)/2

7、=1, SO32-的m=(6-23+2)/2=1 SO42-的m=(6-24+2)/2=0 NO2+的m=(5-221)/20 计算出来的m值不是整数,如NO2，m=0.5，这时应当作m=1来对待，因为，单电子也要占据一个孤对电子轨道。,(2)通式AXnEm里的（n+m）的数目称为价层电子对数，令n+m=z，则可将通式AXnEm改成另一种通式AYz 。VSEPR模型认为，分子中的价层电子对总是尽可能地互斥，均匀地分布在分子中，因此，z的数目决定了一个分子或离子中的价层电子在空间的分布。,32,VSEPR理想模型,(3) “分子立体构型”是指分子中的原子在空间的排布，不包括孤对电子对，因此在获得VSEPR模型后要略去孤对电子对，才得到分子立体构型。例如：H2O，NH3，CH4 都是AY4 ，它们的分子立体结构却不同：,34,VSEPR理想模型与分子立体结构的关系,35,四方锥,三角双锥(AB5),直线型,T型,变型四面体,八面体(AB6),平面四方形,(4)AYz中的z个价层电子对之间的斥力大小顺序为：,l-ll-bb-b(l为孤对电子对；b为键合电子对) l:lone b:bondin

8、g . 因为键合电子对受到左右两端带正电的原 子核的吸引，而孤对电子对只受到一端原子核吸引， 相对来讲，孤对电子占据空间较大。（P73） t-tt-dd-dd-ss-s (t: 三键triple ，d: 双键 double ，s:单键single) w-ww-ss-s ( 代表配位原子的 电负性，w为小，s为强) 处于中心原子的全充满价层里的键合电子之间的斥力 大于处在中心原子的未充满价层里键合电子之间的斥 力。,例：用VESPR模型预测H2O分子的立体构型,解： (1)H2O分子属AX2E2=AY4 (2) VSEPR理想模型为正四面体，价层电子对夹角均 为10928。 分子立体构型(指H2O而不是H2OE2)为角型(非线形 分子)。 (4)根据斥力顺序，有：l-O-ll-O-HH-O-H 结论：水分子的立体结构为角型，H-O-H小于10928。,以上“斥力顺序”使分子或离子的立体构型偏离由AYZ确立的理想模型而适当畸变。,例:用VESPR模型预测SO2Cl2（硫酰卤）分子的立体构型。 m=(6-22-12)/2=0, m+n=4 解：SO2Cl2分子属AX4E0=AY4,VSEPR

9、理想模型为正四面体，因S=O键是双键，S-Cl键是单键，据顺序(ii)(ii. t-tt-dd-dd-ss-s)，分子立体模型应为: O-S-O10928 Cl-S-ClO-S-Cl10928 所以SO2Cl2分子的立体结构为正四面体畸变型，即四面体型。,39,例:实测值:在SO2F2里,F-S-F为98,而在SO2Cl2里,Cl-S-Cl为102,为什么后者角度较大？ 解：这种差别可以用顺序(iii)来解释 (iii.cw-cwcw-cscs-cs) 。 FCl, Cl-S-Cl F-S-F, 所以前者的键角大于后者。,例:NH3和PH3都是AX3E=AY4,故分子(AX3)均为三角锥型。实测:氨分子中H-N-H为106.7，膦分子中H-P-H为93.5,为什么这两种分子的角度有这种差别？ 解：这种差别可以用顺序(iv)(iv.中心原子的电负性增大时，键角将增大。)来解释。,41,中心原子和配位原子的电负性大小对键角的影响。,如,例:SF4属AX4E1=AY5,其VSEPR理想模型为三角双锥体，排除孤对电子的分子立体结构由于孤对电子的位置不同有两种可能的模型:哪一种结构更合理呢？,2-4-1 杂化轨道理论要点,为了解释分子或离子的立体结构,泡林以量子力学为基础提出了杂化轨道理论。甲烷分子实测的和VSEPR模型预测的立体结构都是正四面体。若认为CH4分子里的中心原子碳的4个价电子层原子轨道2s和2px,2py,2pz分别跟4个氢原子的1s原子轨道重叠形成键，但无法解释甲烷的4个C-H键是等同的，因为碳原子的3个2p轨道是相互正交的(90夹角)，而2s轨道是球形的。,44,泡林假设，甲烷的中心原子碳原子在形成化学键时，4个价电子层原子轨道并不维持原来的形状，而是发生所谓“杂化”，得到4个等同的轨道，总称sp3杂化轨道。,除sp3杂化，还有两种由s轨道和p轨道杂化的

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