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1、第3章分子结构第1页，共139页，编辑于2022年，星期二第2页，共139页，编辑于2022年，星期二第第3章章 分子结构与化学键理论分子结构与化学键理论3.23.2价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论3.53.5键参数键参数3.43.4多原子分子多原子分子3.13.1电子对价键理论电子对价键理论3.33.3分子轨道理论分子轨道理论 3.63.6分子间作用力分子间作用力第3页，共139页，编辑于2022年，星期二本章教学要求本章教学要求1.1.会用价键理论解释共价键的特征，会用会用价键理论解释共价键的特征，会用价电子对互斥理论和杂化轨道理论解释简价电子对互斥理论和杂化轨道理论解释简单共价小分子
2、的分子结构；单共价小分子的分子结构；2.2.初步认识分子轨道理论，掌握第二周期初步认识分子轨道理论，掌握第二周期元素同核双原子的分子轨道特点及能级；元素同核双原子的分子轨道特点及能级；3.3.掌握键长、键角、键能等对共价分子性掌握键长、键角、键能等对共价分子性质的影响；质的影响；4.4.认识分子间作用力和氢键的本质，会用认识分子间作用力和氢键的本质，会用其解释对物质性质的影响。其解释对物质性质的影响。第4页，共139页，编辑于2022年，星期二3.1 电子对价键理论电子对价键理论3.1.2共价键的形成与本质共价键的形成与本质 3.1.4共价键的特征共价键的特征 3.1.1路易斯结构式路易斯结构
3、式 3.1.3共价键的类型共价键的类型 第5页，共139页，编辑于2022年，星期二化学键：分子或晶体中相邻原子化学键：分子或晶体中相邻原子(或离子或离子)之间之间强烈的吸引作用。强烈的吸引作用。共价键理论：共价键理论：Lewis理论理论(1916年年)价键理论价键理论(1927年年,1930年年)杂化轨道理论杂化轨道理论(1931年年)价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论(1940年年)分子轨道理论分子轨道理论(20世纪世纪20年代末年代末)化学键种类：共价键、离子键、金属键。化学键种类：共价键、离子键、金属键。第6页，共139页，编辑于2022年，星期二 用短线表示共用电子对并将成键的元素
4、符号连用短线表示共用电子对并将成键的元素符号连接起来接起来,并在元素符号的周围用小黑点表示未成键并在元素符号的周围用小黑点表示未成键的价电子的价电子(又称孤对电子或非键合电子又称孤对电子或非键合电子)得到的结得到的结构式叫做路易斯结构式构式叫做路易斯结构式.同时用同时用“=”“=”表示双键表示双键,“”,“”表示三键。分子满足表示三键。分子满足“八隅体规则八隅体规则”,”,既既成键原子的最外层价电子达到成键原子的最外层价电子达到8 8电子电子,分子或原子分子或原子更稳定。更稳定。Lewis理论要点理论要点3.1.1 路易斯结构式路易斯结构式第7页，共139页，编辑于2022年，星期二 该理论的
5、最大缺点是不能说明分子的空间构型该理论的最大缺点是不能说明分子的空间构型,而仅仅说明了成键方式和键的数目。而仅仅说明了成键方式和键的数目。例：例：第8页，共139页，编辑于2022年，星期二两核间电子云密度减小两核间电子云密度减小 两核间电子云密度增大两核间电子云密度增大 H H2 2的形成过程的形成过程3.1.2 共价键的形成与本质共价键的形成与本质Heitler和和London用量子力学处理用量子力学处理H2分子分子的形成过程，得到的形成过程，得到Er关系曲线。关系曲线。第9页，共139页，编辑于2022年，星期二 当具有自旋反平行的成单电子的原子相互接近当具有自旋反平行的成单电子的原子相
6、互接近时时,其原子轨道重叠相加其原子轨道重叠相加,核间产生电子云密度较核间产生电子云密度较大的区域大的区域,把两个核紧密地吸引在一起使体系能把两个核紧密地吸引在一起使体系能量下降的这种结合力就是共价键。量下降的这种结合力就是共价键。1.共价键的形成共价键的形成2.共价键的本质共价键的本质 共价键就是共价键就是两成键原子的轨道重叠，核间电两成键原子的轨道重叠，核间电子概率密度大，子概率密度大，其重叠区域越大，共价键越稳定。其重叠区域越大，共价键越稳定。第10页，共139页，编辑于2022年，星期二1.键键3.1.3 共价键的类型共价键的类型 原子轨道沿着键轴方向以原子轨道沿着键轴方向以“头碰头头
7、碰头”的方式进行重叠而形的方式进行重叠而形成的共价键称为成的共价键称为 键。键。第11页，共139页，编辑于2022年，星期二 原子轨道以原子轨道以 肩并肩肩并肩(或平行或平行)的方式发生轨道重的方式发生轨道重叠形成的共价键称为叠形成的共价键称为 键。键。2.键键第12页，共139页，编辑于2022年，星期二3-1：在：在HCl分子中的分子中的H-Cl共价键是由共价键是由H原子的哪条原子的哪条轨道与轨道与Cl原子的哪条轨道重叠而形成？价键理论原子的哪条轨道重叠而形成？价键理论中认为原子的什么轨道才能参与成键中认为原子的什么轨道才能参与成键?问问题题解：解：HCl分子中的分子中的H-Cl共价键是
8、由共价键是由H原子的原子的1s轨道与轨道与Cl原子的一条原子的一条3p轨道轨道“头碰头头碰头”重重叠而成。价键理论中认为只有原子的价轨叠而成。价键理论中认为只有原子的价轨道才能参与成键，非价轨道是不成键的。道才能参与成键，非价轨道是不成键的。第13页，共139页，编辑于2022年，星期二3.键与键与 键性质的比较键性质的比较 重叠方式对称情况重叠程度键能化学活泼性键头碰头沿键轴方向呈圆柱型对称大大不活泼键肩并肩镜面反对称小小活泼任何两个原子之间只能形成唯一的一个任何两个原子之间只能形成唯一的一个 键，键，但却可形成一个或者两个但却可形成一个或者两个 键，如键，如N2分子中就存分子中就存在一个在
9、一个 键和两个键和两个 键键。结论第14页，共139页，编辑于2022年，星期二N2的成键的成键：+第15页，共139页，编辑于2022年，星期二结论在共价分子中在共价分子中,键是普遍存在的。任何键是普遍存在的。任何两个原子间首选形成两个原子间首选形成 键键,且两个原子之间只能且两个原子之间只能形成唯一的一个形成唯一的一个 键。当满足键。当满足 键的形成条件时，键的形成条件时，原子间还可形成原子间还可形成 键。如键。如N2分子中就存在一个分子中就存在一个 键和两个键和两个 键键。第16页，共139页，编辑于2022年，星期二问题问题3-2:指出下列分子或离子中哪些含有指出下列分子或离子中哪些含
10、有 键，哪些含键，哪些含有有 键，以及键，以及 键和键和 键的数目。键的数目。N2；O2；Cl2；I3-；C2H4；PCl3；KCl第17页，共139页，编辑于2022年，星期二 在形成共价键时在形成共价键时要求成键原子的单电子配要求成键原子的单电子配对，所以原子的单电子的数目决定了形成共对，所以原子的单电子的数目决定了形成共价键的数目，不能无限的成键。价键的数目，不能无限的成键。1.共价键具有饱和性共价键具有饱和性3.1.4 共价键的特征共价键的特征例如：例如：O O原子中有两个成单电子，所以与原子中有两个成单电子，所以与H H原子原子结合时形成组成为结合时形成组成为H H2 2O O的水分
11、子；的水分子；N N原子有三个成原子有三个成单电子，所以与单电子，所以与H H原子结合时形成组成为原子结合时形成组成为NHNH3 3的氨的氨分子。分子。第18页，共139页，编辑于2022年，星期二例：例：NNHClHOHH：1s1Cl：1s22s22p63s23p5H：1s1O：1s22s22p4N：1s22s22p32px22py12pz12px12py12pz1第19页，共139页，编辑于2022年，星期二2.共价键具有方向性共价键具有方向性因为成键时要求轨道最大重叠，而因为成键时要求轨道最大重叠，而原子轨道是有方向性的，所以轨道的最大重叠原子轨道是有方向性的，所以轨道的最大重叠也必须沿
12、一定的方向重叠。也必须沿一定的方向重叠。第20页，共139页，编辑于2022年，星期二3.2 价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论3.2.2分子构型判断分子构型判断 3.2.1理论基本要点理论基本要点 3.2.3应用举例应用举例 第21页，共139页，编辑于2022年，星期二（1）一个共价分子的空间几何构型取决于中）一个共价分子的空间几何构型取决于中心原子价电子层中的电子对数。而该电子对数心原子价电子层中的电子对数。而该电子对数只包括形成只包括形成 键的电子对数和价层的孤电子对数键的电子对数和价层的孤电子对数,不包括不包括 电子对。电子对。（2）价层电子对彼此排斥，趋向于均匀地分布）价层电子对
13、彼此排斥，趋向于均匀地分布在分子周围，使排斥力最小，分子最稳定。因此，在分子周围，使排斥力最小，分子最稳定。因此，知道了中心原子知道了中心原子(或离子或离子)的价层电子对数目，即可的价层电子对数目，即可由此推出分子由此推出分子(或离子或离子)的空间构型。的空间构型。1.基本要点基本要点3.2.1 价层电子对互斥理论基本要点价层电子对互斥理论基本要点第22页，共139页，编辑于2022年，星期二2.价层电子对数目与几何构型的关系价层电子对数目与几何构型的关系价层电子对数23456价层电子对在空间的分布价(层)电子对空间构型直线形直线形平面三平面三角形角形四面四面体形体形三角双三角双锥形锥形八面八
14、面体形体形第23页，共139页，编辑于2022年，星期二对于对于AXn型分子，其价电子对总数：型分子，其价电子对总数：3.2.2 分子构型判断分子构型判断（1）如果卤素）如果卤素(A)元素作中心原子，价电子总元素作中心原子，价电子总数为数为7；如果作配位原子，则每个卤素原子提供一；如果作配位原子，则每个卤素原子提供一个电子个电子(H相同相同)。第24页，共139页，编辑于2022年，星期二（2）如果氧族）如果氧族(A)元素作中心原子，价电元素作中心原子，价电子总数为子总数为6；如果作配位原子，则规定不提供电；如果作配位原子，则规定不提供电子。子。（3）如果氮族）如果氮族(A)和碳族元素作中心原
15、子，和碳族元素作中心原子，则价电子总数分别为则价电子总数分别为5和和4。（4）如果）如果ABn为负离子，则所带电荷数加入中为负离子，则所带电荷数加入中心原子的价电子数中；反之，心原子的价电子数中；反之，ABn为正离子，则为正离子，则减去正电荷数。减去正电荷数。第25页，共139页，编辑于2022年，星期二例：例：CH4分子中，分子中，VPN=(4+14)/2=4H2OVPN=(6+12)/2=4SO3VPN=(6+0)/2=3VPN=(6+0+2)/2=4第26页，共139页，编辑于2022年，星期二价电子对总数价电子对总数(Z)=键数键数(n)+孤电子对对数孤电子对对数(m)H H2 2O
16、O：VPN=(6+12)/2=4VPN=(6+12)/2=4NHNH3 3：VPN=(5+13)/2=4VPN=(5+13)/2=4第27页，共139页，编辑于2022年，星期二“价电子对空间构型价电子对空间构型”与与“分子空间构型分子空间构型”是两个不同的概念。前者是指由是两个不同的概念。前者是指由 键电子对和孤键电子对和孤电子对共同构成的立体构型，而后者指仅由电子对共同构成的立体构型，而后者指仅由 键电键电子对组成的空间立体构型子对组成的空间立体构型,即分子或离子的实际立即分子或离子的实际立体图形。当孤对电子对数目为体图形。当孤对电子对数目为0时，两者相同，时，两者相同，当当孤对电子对数目
17、不为孤对电子对数目不为0 0时时，两者一定不同。分子，两者一定不同。分子空间构型是扣除了孤电子对占据的位置后的实际空间构型是扣除了孤电子对占据的位置后的实际空间构型。空间构型。注意：注意：第28页，共139页，编辑于2022年，星期二中心原子为中心原子为A的的ABn分子的最稳定空间构型分子的最稳定空间构型A的电子对数成键电子对数孤电子对数价电子对几何构型分子的空间构型实例220直线型HgCl2,CO2330平面三角型BF3BCl321平面三角型SnBr2PbCl2(V型或角型)第29页，共139页，编辑于2022年，星期二440正四面体CH4CCl4(正四面体)31四面体NH3(三角锥)22四
18、面体H2O(V型或角型)第30页，共139页，编辑于2022年，星期二550三角双锥PCl5(三角双锥)41三角双锥(变形三角双锥)32三角双锥ClF3(T型)23三角双锥I3-(直线型)第31页，共139页，编辑于2022年，星期二660正八面体SF6(正八面体)51八面体IF5(四方锥)42八面体ICl4-XeF4(平面正方形)33八面体(T型)第32页，共139页，编辑于2022年，星期二判断分子构型的方法判断分子构型的方法 1.首先计算出价电子对总数首先计算出价电子对总数Z和孤电子对数和孤电子对数m值值。2.由由Z值大小推出分子的价电子对空间构型。值大小推出分子的价电子对空间构型。3.
19、如果如果m=0，则价电子对空间构型即为分子空间，则价电子对空间构型即为分子空间构型；如果构型；如果mO,则扣除了孤电子对占据的位置则扣除了孤电子对占据的位置后的立体图形即为分子空间构型。后的立体图形即为分子空间构型。3.2.3 应用举例应用举例第33页，共139页，编辑于2022年，星期二4.不同电子对排斥力大小顺序为：不同电子对排斥力大小顺序为：（1）孤对电子与孤对电子孤对电子与孤对电子孤对电子与成键孤对电子与成键电子电子成键电子与成键电子。成键电子与成键电子。（2）叁键叁键-叁键叁键叁键叁键-双键双键双键双键-双键双键双键双键-单键单键单键单键-单键。单键。（3）电子对之间的夹角越小，排斥
20、力也就越大。）电子对之间的夹角越小，排斥力也就越大。90o120o180o所以当分子中有两对或以上的孤对电子时，所以当分子中有两对或以上的孤对电子时，必须选择分子内斥力最小的空间结构。必须选择分子内斥力最小的空间结构。第34页，共139页，编辑于2022年，星期二问题问题3-5：请说明：请说明ClF3分子的最稳定构型是变形分子的最稳定构型是变形T型型而非平面三角形而非平面三角形?3-4：用价电子对互斥理论解释：用价电子对互斥理论解释ICl2+的空间构型。的空间构型。第35页，共139页，编辑于2022年，星期二3-43-4解：解：根据价层电子对互斥理论：根据价层电子对互斥理论：Z=(7+21-
21、1)2=4，价电子对空间构型为四面价电子对空间构型为四面体，体，键数为键数为2，则孤对电子数为，则孤对电子数为4-2=2。其。其中有两对孤对电子，则中有两对孤对电子，则IClICl2 2+的的空间结构为角空间结构为角型或型或V型型。第36页，共139页，编辑于2022年，星期二3-5解：解：根据价层电子对互斥理论：根据价层电子对互斥理论：Z=(7+31)2=5，价电子对空间构型为三角双价电子对空间构型为三角双锥，锥，键数为键数为3，则孤对电子数为，则孤对电子数为5-3=2。因为其。因为其中有两对孤对电子，中有两对孤对电子，ClFClF3 3分子分子有三种可能的结有三种可能的结构：构：第37页，
22、共139页，编辑于2022年，星期二排斥作用(1)(2)(3)900孤-孤排斥010900孤-成排斥426900成-成排斥2201200孤-孤排斥1001200孤-成排斥2201200成-成排斥0131800孤-孤排斥0011800孤-成排斥0101800成-成排斥100 第38页，共139页，编辑于2022年，星期二综合上表数据，角度越小，排斥作用越大，综合上表数据，角度越小，排斥作用越大，而而(2)结构中结构中900孤孤-孤排斥作用大，所以最不孤排斥作用大，所以最不稳定。稳定。(1)与与(3)相比，虽然相比，虽然(3)的两对孤对的两对孤对电子处于电子处于1800，斥力小，但，斥力小，但90
23、0孤孤-成排斥作成排斥作用用(3)大于大于(1)，其它的斥力均可忽略，所以，其它的斥力均可忽略，所以(1)的构型为的构型为ClF3分子的最稳定构型，即变分子的最稳定构型，即变形形T型型。第39页，共139页，编辑于2022年，星期二分子中心原子配位原子价电子对总数孤对电子对数键数价电子对空间构型分子空间构型H2OPCl3XeF2POCl3S2O32-I3-3-6：按要求填充下表：按要求填充下表 第40页，共139页，编辑于2022年，星期二3.3 分子轨道理论分子轨道理论 3.3.2原子轨道线性组合的原则与类型原子轨道线性组合的原则与类型3.3.1 分子轨道理论要点分子轨道理论要点 3.3.3
24、 同核双原子分子的分子轨道同核双原子分子的分子轨道 3.3.4异核双原子分子异核双原子分子第41页，共139页，编辑于2022年，星期二1.分子轨道的含义分子轨道的含义 3.3.1 分子轨道理论要点分子轨道理论要点分子轨道由原子轨道组合而成，其波函数称分子轨道由原子轨道组合而成，其波函数称为分子轨道为分子轨道，用，用M.O表示。而表示。而M.O2表示分子中的表示分子中的电子在空间各处出现的几率密度或电子云。电子在空间各处出现的几率密度或电子云。可以采可以采取原子轨道线性组合的方法求得分子轨道的波函数。取原子轨道线性组合的方法求得分子轨道的波函数。第42页，共139页，编辑于2022年，星期二2
25、.分子轨道的形成分子轨道的形成 分子轨道由原子轨道线性组合而成分子轨道由原子轨道线性组合而成,且分子轨道的数目等于组成分子的各原子且分子轨道的数目等于组成分子的各原子的原子轨道之和。设的原子轨道之和。设A、B原子的原子轨道原子的原子轨道为为A和和B，它们线性组合为：，它们线性组合为：第43页，共139页，编辑于2022年，星期二1.组合原则组合原则 由原子轨道组成分子轨道必需满足三条原由原子轨道组成分子轨道必需满足三条原则才能形成有效分子轨道。则才能形成有效分子轨道。3.3.2 原子轨道线性组合的原则与类型原子轨道线性组合的原则与类型（1）能量近似原则：只有能量相近的原子轨道）能量近似原则：只
26、有能量相近的原子轨道(能量越相近越好能量越相近越好)才能组合成有效的分子轨道。才能组合成有效的分子轨道。第44页，共139页，编辑于2022年，星期二 （2 2）对称性匹配原则：即原子轨道的正值）对称性匹配原则：即原子轨道的正值部分与正值部分，负值部分与负值部分组合才部分与正值部分，负值部分与负值部分组合才是对称性匹配；反之，正负组合为对称性不匹是对称性匹配；反之，正负组合为对称性不匹配。配。（3）最大重叠原理：）最大重叠原理：组成分子轨道的两个原子组成分子轨道的两个原子轨道的重叠程度，在可能的范围内愈大愈好。轨道的重叠程度，在可能的范围内愈大愈好。第45页，共139页，编辑于2022年，星期
27、二2.分子轨道类型分子轨道类型 不同的原子轨道以及组合形式不同，形成的分不同的原子轨道以及组合形式不同，形成的分子轨道的形状也不同。常见有子轨道的形状也不同。常见有、等类型。等类型。形成形成 s成键轨道成键轨道(波函数相加波函数相加)和和 s*反键轨道反键轨道(波波函数相减函数相减)两种轨道。两种轨道。节面节面 s s s s*分子轨道能量分子轨道能量高于原子轨道高于原子轨道分子轨道能量分子轨道能量低于原子轨道低于原子轨道（1）s-s组合组合第46页，共139页，编辑于2022年，星期二（2）p-p组合组合 两条两条p p原子轨道以原子轨道以“头碰头头碰头”的方式线性组合的方式线性组合后得到成
28、键后得到成键 p p和反键和反键 p p*两条分子轨道。两条分子轨道。2pZ,A2pZ,A2pZ,B2pZ,B原子轨道相加原子轨道相加分子轨道分子轨道反键反键成键成键原子轨道相减原子轨道相减第47页，共139页，编辑于2022年，星期二2pZ,A2pZ,B原子轨道原子轨道分分子子轨轨道道反键反键成键成键（2 2）如果两条）如果两条p p轨道以轨道以“肩并肩肩并肩”的方式线性的方式线性组合，则得到成键组合，则得到成键 P P和反键和反键 P P*两条分子轨道。两条分子轨道。第48页，共139页，编辑于2022年，星期二（1）n个原子轨道线性组合后可得到个原子轨道线性组合后可得到n个分个分子轨道（
29、子轨道（轨道守恒轨道守恒）。）。其中包括相同数目的成键分子轨道和反其中包括相同数目的成键分子轨道和反键分子轨道，或一定数目的非键分子轨道。键分子轨道，或一定数目的非键分子轨道。所有分子轨道的总能量与组成分子轨道的全所有分子轨道的总能量与组成分子轨道的全部原子轨道的总能量相等（部原子轨道的总能量相等（能量守恒能量守恒）。）。结论第49页，共139页，编辑于2022年，星期二（2 2）形成的分子轨道中能量高于）形成的分子轨道中能量高于原来原子轨道的称为反键原来原子轨道的称为反键(分子分子)轨道；能轨道；能量低于原子轨道的称为成键量低于原子轨道的称为成键(分子分子)轨道；轨道；形成的分子轨道与原来的
30、原子轨道能量相形成的分子轨道与原来的原子轨道能量相等等(或相近或相近)的称为非键轨道。的称为非键轨道。第50页，共139页，编辑于2022年，星期二1.第二周期同核双原子分子的能级图第二周期同核双原子分子的能级图 3.3.3同核双原子分子的分子轨道同核双原子分子的分子轨道2s2s2p2p适合适合O2，F2第51页，共139页，编辑于2022年，星期二适合适合N2，C2，B22s2s2p2p第52页，共139页，编辑于2022年，星期二能量能量1s1s2s2s2p2pMO 1s 1s 2s 2s 2p 2p2p 2pAOAOMOAOAO1s1s2s2s2p2p 1s 2s 2s 2p 2p2p
31、2pO2、F2分子轨道能级分子轨道能级C2、B2、N2分子轨道能级分子轨道能级 1s第53页，共139页，编辑于2022年，星期二2s和和2p轨道的组合图轨道的组合图 2s和和2p组合后形成的组合后形成的 2p和和 2p*能量明显升高，能量明显升高，以至于以至于 2p的能量比的能量比 2p能量还高。能量还高。造成造成 2Px与与 2Py,、2Pz能量交错是由于能量交错是由于N2分分子中原子的子中原子的2s和和2p轨道能量差小于轨道能量差小于15eV，发生了，发生了2s与与2p的组合。的组合。第54页，共139页，编辑于2022年，星期二第二周期同核双原子分子轨道的能级第二周期同核双原子分子轨道
32、的能级O2、F2的能级顺序：的能级顺序：(1s)(1s)(2s)(2s)(2px)(2py)=(2pz)(2py)=(2pz)(2px)N2、C2、B2、Be2、Li2的能级顺序：的能级顺序：(1s)(1s)(2s)(2s)(2py)=(2pz)(2px)(2py)=(2pz)(2px)第55页，共139页，编辑于2022年，星期二（1 1）电子在分子轨道中的排布规则）电子在分子轨道中的排布规则 电子在填充分子轨道时仍然遵从电子在电子在填充分子轨道时仍然遵从电子在原子轨道中填充的三个原则原子轨道中填充的三个原则,即：即：洪德规则洪德规则。能量最低原理；能量最低原理；泡利不相容原理；泡利不相容原
33、理；2.2.同核双原子分子的结构同核双原子分子的结构第56页，共139页，编辑于2022年，星期二 1s 1s 2s 2s 2p 2p 2p 2pEN2：27e-=14e-（2）N2的分子能级图的分子能级图1s1s2s2s2p2pNNN2第57页，共139页，编辑于2022年，星期二 1s 1s 2s 2s 2p 2p 2p 2pEO2：28e-=16e-1s1s2s2s2p2pOOO2（3）O2的分子能级图的分子能级图第58页，共139页，编辑于2022年，星期二键级键级(B.O)键级的大小表示成键的强弱。键级越大，键键级的大小表示成键的强弱。键级越大，键长越短，键就越强，分子或离子就越稳定
34、。长越短，键就越强，分子或离子就越稳定。第59页，共139页，编辑于2022年，星期二N2,O2分子轨道电子排布式：分子轨道电子排布式：有两个三电子有两个三电子键，具有顺磁性。键，具有顺磁性。:OO:B.O=1/2(8-4)=2B.O=1/2(10-4)=3第60页，共139页，编辑于2022年，星期二3.3.分子的磁性和稳定性分子的磁性和稳定性（1 1）分子的磁性）分子的磁性分子的磁矩分子的磁矩 =n为分子中未配对的电子数。如为分子中未配对的电子数。如O2分子中分子中n=2=2。物质的分子中含有物质的分子中含有未成对电子，未成对电子，单电子单电子本身自旋运动所产生的自旋磁矩和电子绕本身自旋运
35、动所产生的自旋磁矩和电子绕核运动所产生的轨道磁矩产生耦合。核运动所产生的轨道磁矩产生耦合。第61页，共139页，编辑于2022年，星期二逆磁性物质：分子中电子成对逆磁性物质：分子中电子成对顺磁性物质：分子中有未成对电子顺磁性物质：分子中有未成对电子磁性的测定：磁性的测定：磁天平磁天平O2分子为分子为顺磁性物质顺磁性物质例：例：第62页，共139页，编辑于2022年，星期二第63页，共139页，编辑于2022年，星期二（2 2）分子的稳定性：）分子的稳定性：可以用键级比较分子的稳定性。可以用键级比较分子的稳定性。键级：键级：例：例：N2的键级的键级=3O2的的键级键级=2第64页，共139页，编
36、辑于2022年，星期二3-8:对对N2、O2分子回答下列问题：分子回答下列问题：(1)写出它们的分子轨道式；写出它们的分子轨道式；(2)计算键级，说明其成键情况和磁性计算键级，说明其成键情况和磁性;(3)N2+、O2+分别与分别与N2、O2相比，谁更稳定相比，谁更稳定?问题问题3-7：为何：为何H2+，He2+可稳定存在，反而可稳定存在，反而He2不存不存在在?第65页，共139页，编辑于2022年，星期二3-73-7解：解：因因H2+的分子轨道排布式为：的分子轨道排布式为：(1s)1,键级键级=0.5,可稳定存在可稳定存在.同理同理He2+的分子轨道排布式为：的分子轨道排布式为：(1s)2(
37、*1s)1,键级键级=0.5,可稳定存在可稳定存在.而而He2的分子轨道排布式为：的分子轨道排布式为：(1s)2(*1s)2,键级键级=0.0，则不可能稳定存在。，则不可能稳定存在。第66页，共139页，编辑于2022年，星期二3-83-8解解：N2：(s)2(1s*)2(2s)2(2s*)2(2py)2(2pz)2(2px)2键级键级=(10-4)/2=3.0说明说明N2分子中形成了三个共价键，因无成单电子，为抗磁性分子中形成了三个共价键，因无成单电子，为抗磁性物质。物质。O2：(1s)2(1s*)2(2s)2(2s*)2(2px)2(2py)2(2pz)2(*2py)1(*2pz)1键级键
38、级=(10-6)/2=2.0说明说明O2分子中形成了两个共价键，因有两个成单电子，为分子中形成了两个共价键，因有两个成单电子，为顺磁性物质。顺磁性物质。第67页，共139页，编辑于2022年，星期二N2+：(1s)2(1s*)2(2s)2(2s*)2(2py)2(2pz)2(2px)1键级键级=(10-5)/2=2.5因其键级小于因其键级小于N2，所以稳定性也小于所以稳定性也小于N2。O2+：(1s)2(1s*)2(2s)2(2s*)2(2px)2(2py)2(2pz)2(*2py)1键级键级=(10-5)/2=2.5因其键级大于因其键级大于O2，所以稳定性就大于所以稳定性就大于O2。第68页
39、，共139页，编辑于2022年，星期二3.3.4异核双原子分子异核双原子分子HFHF分子轨道排布式分子轨道排布式第69页，共139页，编辑于2022年，星期二3.4 多原子分子的结构多原子分子的结构 3.4.2 定域键和离域键定域键和离域键 3.4.1 杂化轨道理论杂化轨道理论 3.4.3 多中心键的形成多中心键的形成 第70页，共139页，编辑于2022年，星期二不同类型不同类型杂化：杂化：在形成分子时，中心原子的若干不同类型在形成分子时，中心原子的若干不同类型、能量相近的原子轨道重新组合成数目相同、能、能量相近的原子轨道重新组合成数目相同、能量相等的新的原子轨道的过程。量相等的新的原子轨道
40、的过程。杂化轨道：杂化轨道：通过杂化形成的新的原子轨道称为杂化轨通过杂化形成的新的原子轨道称为杂化轨道。道。1.杂化和杂化轨道的概念杂化和杂化轨道的概念3.4.1.1 杂化轨道理论的基本要点杂化轨道理论的基本要点 3.4.1 杂化轨道理论杂化轨道理论能量相近能量相近第71页，共139页，编辑于2022年，星期二2.基本要点基本要点（3 3）杂化后新轨道的电子云角度分布更为集中，）杂化后新轨道的电子云角度分布更为集中，方向性更强，可使成键时重叠部分面积增大，则方向性更强，可使成键时重叠部分面积增大，则形成的键更稳定。形成的键更稳定。（1 1）只有中心原子或离子的价轨道在成键）只有中心原子或离子的
41、价轨道在成键时才进行杂化。时才进行杂化。（2 2）新的杂化轨道总数目等于原来参与杂化的）新的杂化轨道总数目等于原来参与杂化的原子轨道总数，且新杂化轨道的能量都相同。原子轨道总数，且新杂化轨道的能量都相同。（4 4）杂化轨道在空间的伸展满足相互间的排）杂化轨道在空间的伸展满足相互间的排斥力最小，使形成的分子能量最低。斥力最小，使形成的分子能量最低。第72页，共139页，编辑于2022年，星期二注意：注意：孤立的原子轨道不发生杂化，原子轨道的孤立的原子轨道不发生杂化，原子轨道的 杂化杂化是在形成分子的过程中才发生的。是在形成分子的过程中才发生的。杂化轨道形成杂化轨道形成 键。键。第73页，共139
42、页，编辑于2022年，星期二sp杂化轨道的空间位置杂化轨道的空间位置（1）sp杂化杂化 1.sp型杂化型杂化3.4.1.2 杂化轨道类型杂化轨道类型由中心原子的由中心原子的一条一条n ns s轨道和一条轨道和一条n np p轨道组合而成的轨道称轨道组合而成的轨道称为为spsp杂化轨道。形成的杂化轨道。形成的两条两条spsp杂化轨道之间夹杂化轨道之间夹角为角为18001800，呈直线型。，呈直线型。第74页，共139页，编辑于2022年，星期二Be：2s2BH2的空间构型为直线形的空间构型为直线形HHBeBe采用采用sp杂化杂化,生成生成BeH2sp杂化杂化sp杂化轨道杂化轨道p轨道轨道BeH2
43、的形成：的形成：第75页，共139页，编辑于2022年，星期二BeCl2形成时的形成时的sp杂化杂化第76页，共139页，编辑于2022年，星期二由中心原子的一条由中心原子的一条ns轨道和两条轨道和两条np轨道组合而轨道组合而成的轨道称为成的轨道称为sp2杂化轨道。形成的三条杂化轨杂化轨道。形成的三条杂化轨道之间夹角为道之间夹角为120，呈平面三角形。，呈平面三角形。（2）sp2杂化杂化 三个三个sp2杂化轨道的空间位置杂化轨道的空间位置第77页，共139页，编辑于2022年，星期二sp2杂化杂化sp2杂化轨道杂化轨道p p轨道轨道B：2s22p1BF3的空间构型为的空间构型为平面三角形平面三
44、角形BFBF3 3的形成：的形成：第78页，共139页，编辑于2022年，星期二BF3形成时的形成时的sp2杂化杂化第79页，共139页，编辑于2022年，星期二（3）sp3杂化杂化 由中心原子的一由中心原子的一条条ns轨道和三条轨道和三条np轨道组合而成的新轨道组合而成的新轨道称为轨道称为sp3杂化轨杂化轨道。形成的四条新道。形成的四条新轨道在空间构成一轨道在空间构成一个正四面体，轨道个正四面体，轨道之间的夹角为之间的夹角为109 28。四个四个sp3杂化轨道的空间位置杂化轨道的空间位置第80页，共139页，编辑于2022年，星期二sp3杂化轨道杂化轨道C：2s22p2CH4的空间构型为的空
45、间构型为正四面体正四面体CHCH4 4的形成：的形成：第81页，共139页，编辑于2022年，星期二CH4形成时的形成时的sp3杂化杂化第82页，共139页，编辑于2022年，星期二（1）sp3d(或或dsp3)杂化杂化由中心原子的一条由中心原子的一条s、三条、三条p和一条和一条d轨道组轨道组合而成的杂化轨道称为合而成的杂化轨道称为sp3d杂化轨道。该杂化轨杂化轨道。该杂化轨道空间构型为三角锥型。道空间构型为三角锥型。2.spd型杂化型杂化第83页，共139页，编辑于2022年，星期二P：3s23p3sp3d杂化杂化sp3d例：例：PCl5(g)的形成的形成PCl5(g)的几何构型为三角双锥的
46、几何构型为三角双锥PClClClClCl第84页，共139页，编辑于2022年，星期二（2）sp3d2(或或d2sp3)杂化杂化由中心原子的一条由中心原子的一条s、三条、三条p和两条和两条d轨道组轨道组合而成的杂化轨道称为合而成的杂化轨道称为sp3d2杂化轨道。该杂化轨杂化轨道。该杂化轨道的空间构型为正八面体。道的空间构型为正八面体。第85页，共139页，编辑于2022年，星期二例：例：SF6的形成的形成sp3d2杂化杂化S：3s23p4sp3d2SF6的几何构型为八面体：的几何构型为八面体：FSFFFFF第86页，共139页，编辑于2022年，星期二（3）dsp2杂化杂化由中心原子的一条由中
47、心原子的一条n ns s轨道轨道,两条两条n np p轨道轨道和一条和一条(n n-1)d-1)d轨道组合成的新轨道称为轨道组合成的新轨道称为dspdsp2 2杂化轨杂化轨道。新形成的四条杂化轨道组成一个平面正方形道。新形成的四条杂化轨道组成一个平面正方形结构。结构。第87页，共139页，编辑于2022年，星期二由于有孤电子对占据杂化轨道而产生不完全由于有孤电子对占据杂化轨道而产生不完全等同的杂化轨道的过程称为不等性杂化。例如等同的杂化轨道的过程称为不等性杂化。例如NH3、H2O、PCl3等为不等性杂化。等为不等性杂化。3.4.1.3 等性杂化与不等性杂化等性杂化与不等性杂化1.1.等性杂化等
48、性杂化形成的几条杂化轨道中含有的形成的几条杂化轨道中含有的s、p、d等成等成分完全相同，即其能量和轨道体积大小都相同分完全相同，即其能量和轨道体积大小都相同的杂化称为等性杂化。如的杂化称为等性杂化。如CH4、BF3等属于等等属于等性杂化。性杂化。2.不等性杂化不等性杂化第88页，共139页，编辑于2022年，星期二sp3杂化轨道杂化轨道sp3不等性杂化不等性杂化NH3分子的形成分子的形成第89页，共139页，编辑于2022年，星期二NH3分子形成时的轨道杂化分子形成时的轨道杂化第90页，共139页，编辑于2022年，星期二sp3杂化轨道杂化轨道sp3不等性杂化不等性杂化H2O分子的形成分子的形
49、成第91页，共139页，编辑于2022年，星期二H2O分子形成时的轨道杂化分子形成时的轨道杂化第92页，共139页，编辑于2022年，星期二中心原子中心原子Be(A)B(A)C,Si(A)N,P(A)O,S(A)Hg(B)直线形直线形三角形三角形四面体四面体三角锥三角锥V型型杂化轨道类型杂化轨道类型 spsp2sp3 不等性不等性sp3 s+ps+(3)ps+(2)ps+(3)p参加杂化的轨道参加杂化的轨道2443杂化轨道数杂化轨道数成键轨道夹角成键轨道夹角分子空间构型分子空间构型实例实例3.4.1.4杂化轨道的类型与分子的空间构型小结杂化轨道的类型与分子的空间构型小结第93页，共139页，编
50、辑于2022年，星期二（1 1）只有）只有中心原子中心原子的能量相近的原子的能量相近的原子轨道才能进行杂化，能量差别太大或能量轨道才能进行杂化，能量差别太大或能量相同的相同的轨道不发生杂化。如：在轨道不发生杂化。如：在H2O形成形成时，是时，是O原子的原子的2s和和2p轨道发生杂化，轨道发生杂化，O原子的原子的1s和和2p不发生杂化，而不发生杂化，而O原子的三原子的三个个2p轨道也不发生杂化。也不是轨道也不发生杂化。也不是H原子的原子的1s和和O原子的原子的2p杂化杂化。注意：注意：第94页，共139页，编辑于2022年，星期二 （2 2）判断分子或离子杂化类型及空间构型的方法判断分子或离子杂