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1、第2章 分子结构第1页，共55页，编辑于2022年，星期一2.1.1 共价键的本质与特点共价键的本质与特点2.1 价键理论价键理论2.1.3 杂化轨道杂化轨道2.1.2 共价键的键型共价键的键型第2页，共55页，编辑于2022年，星期一离子键理论2.1.1 共价键的本质与特点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第3页，共55页，编辑于2022年，星期一1.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
2、子轨道重叠，核间电子概率密度大吸引原子核而成健。第4页，共55页，编辑于2022年，星期一2.价键理论基本要点与共价键的特点价键理论基本要点：未成对价电子自旋方式相反；原子轨道最大程度地重叠。共价键的特点：方向性饱和性H ClH O HN N第5页，共55页，编辑于2022年，星期一1.键：原子轨道沿核间联线方向进行同号重叠(头碰头)。2.1.2 共价键的键型共价键的键型第6页，共55页，编辑于2022年，星期一2.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)。第7页，共55页，编辑于2022年，星期一3.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：OC第8页，共
3、55页，编辑于2022年，星期一基本要点：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。2.1.3 杂化轨道杂化轨道第9页，共55页，编辑于2022年，星期一CH4的空间构型为正四面体C：2s22p21.sp3杂化第10页，共55页，编辑于2022年，星期一sp3第11页，共55页，编辑于2022年，星期一四个sp3杂化轨道第12页，共55页，编辑于2022年，星期一B：2s22p12.sp2杂化BF3的空间构型为平面三角形第13页，共55页，编辑于2022年，星期一sp2sp2杂化第14页，共55页，编辑于2022年
4、，星期一三个sp2杂化轨道第15页，共55页，编辑于2022年，星期一Be：2s23.sp杂化BH2的空间构型为直线形 HHBespsp杂化Be采用sp杂化生成BeH2第16页，共55页，编辑于2022年，星期一两个sp杂化轨道第17页，共55页，编辑于2022年，星期一4.不等性sp3杂化第18页，共55页，编辑于2022年，星期一 第19页，共55页，编辑于2022年，星期一sp3d杂化第20页，共55页，编辑于2022年，星期一sp3d2杂化第21页，共55页，编辑于2022年，星期一小结：杂化轨道的类型与分子的空间构型中心原子Be(A)B(A)C,Si(A)N,P(A)O,S(A)Hg
5、(B)直线形 三角形 四面体 三角锥 V型不等性杂化轨道类型s+ps+(3)ps+(2)ps+(3)p参加杂化的轨道2443杂化轨道数成键轨道夹角分子空间构型实例sp2sp3sp3sp第22页，共55页，编辑于2022年，星期一思考题：解释CH4，C2H2，CO2的分子构型。已知：C2H2，CO2均为直线型；的构型为：C=CHHHH第23页，共55页，编辑于2022年，星期一基本要点：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。LP-LP LP-BP BP-BP价层电子对=键电子对+孤对电子对 (VP)(BP)(LP)2.2 价层电子对互斥理论价层
6、电子对互斥理论第24页，共55页，编辑于2022年，星期一推断分子或离子的空间构型的具体步骤：确定中心原子的价层电子对数，以AXm为例(A中心原子,X配位原子)：原则：A的价电子数=主族序数；配体X：H和卤素每个原子各提供一个价 电子,氧与硫不提供价电子；正离子应减去电荷数,负离子应加上电荷数。例：VP()=(6+40+2)=4VP=1/2A的价电子数+X提供的价电子数 离子电荷数()负 正第25页，共55页，编辑于2022年，星期一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 正八面体第26页，共55页，编辑于2022年，星期一确定中
7、心原子的孤对电子对数，推断分子的空间构型。LP=0:分子的空间构型=电子对的空间构型VP=(2+2)=2 直线形VP=(3+3)=3 平面三角形VP=(4+4)=4 四面体VP=(5+5)=5 三角双锥VP=(6+6)=6 八面体例如：第27页，共55页，编辑于2022年，星期一LP0：分子的空间构型不同于电子对的空间构型。34611 21 2SnCl2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VPLP电子对的空间构型分子的空间构型例第28页，共55页，编辑于2022年，星期一VP=5，电子对空间构型为三角双锥，LP占据轴向还是水平方向
8、三角形的某个顶点？原则：斥力最小。例如：SF4 VP=5 LP=1 S FF FFLPBP(90o)3 2 结论：LP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)。SFFF FF第29页，共55页，编辑于2022年，星期一515253VP LP电子对的空间构型分子的空间构型例三角双锥 变形四方体 SF4三角双锥 T形 ClF3三角双锥 直线形 XeF2第30页，共55页，编辑于2022年，星期一进一步讨论影响键角的因素：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也影响键角。例如：N:FFF 中心原子电负性大者，键角较大；配位原子电负性大者
9、，键角较小。C=CHHHHN:HHHP:HHHH第31页，共55页，编辑于2022年，星期一思考题：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。第32页，共55页，编辑于2022年，星期一 2.3.1 分子轨道分子轨道2.3 分子轨道理论分子轨道理论*2.3.4 关于原子轨道和关于原子轨道和 分子轨道的对称性分子轨道的对称性 2.3.3 异核双原子分子异核双原子分子 2.3.2 同核双原子分子同核双原子分子第33页，共55页，编辑于2022年，星期一 分子轨道：是以多个原子核为中心构成的多中心轨道，分
10、子轨道波函数也是 Schrodinger 方程的解。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。例如：A+BAB2.3.1 分子轨道分子轨道第34页，共55页，编辑于2022年，星期一成键三原则：能量相近能量相近对称性匹配对称性匹配最大重叠最大重叠第35页，共55页，编辑于2022年，星期一反键分子轨道成键分子轨道 原子轨道 原子轨道 1s 1s*1s1s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。第36页，共55页，编辑于2022年，星期一原子轨道与分子轨道的形状。2pZ,A2pZ,A2pZ,B2pZ,B原子轨道分子轨道反键成键第37页，共55页，编辑于2022年，星期一
11、2pZ,A2pZ,B原子轨道分子轨道反键成键原子轨道与分子轨道的形状。第38页，共55页，编辑于2022年，星期一O2 (O,F)2.3.2 同核双原子分子同核双原子分子第二周期同核双原子分子第39页，共55页，编辑于2022年，星期一N2 （B,C,N)第二周期同核双原子分子第40页，共55页，编辑于2022年，星期一分子轨道电子排布式：或或有两个三电子键，具有顺磁性。:O O:键级B.O=1/2(8-4)=2B.O=1/2(10-4)=3第41页，共55页，编辑于2022年，星期一HF分子的电子构型：2.3.3 异核双原子分子异核双原子分子第42页，共55页，编辑于2022年，星期一*2.
12、3.4 关于原子轨道和关于原子轨道和 分子轨道的对称性分子轨道的对称性第43页，共55页，编辑于2022年，星期一第44页，共55页，编辑于2022年，星期一 对称：绕 x 轴旋转180，形状不变，符号改变。例如：原子轨道pz，py，dxy，dxz，dyz为对称。第45页，共55页，编辑于2022年，星期一2.4.1 键级键级2.4 键参数键参数2.4.5 键矩与部分电荷键矩与部分电荷2.4.4 键角键角2.4.3 键长键长2.4.2 键能键能第46页，共55页，编辑于2022年，星期一键级B.O=1/2(8-4)=2B.O=1/2(10-4)=32.4.1 键级键级第47页，共55页，编辑于
13、2022年，星期一 在双原子分子中，于100kPa下将气态分子断裂成气态原子所需要的能量。D(HCl)=432kJmol-1,D(ClCl)=243kJ mol-1 在多原子分子中，断裂气态分子中的某一个键，形成两个“碎片”时所需要的能量叫做此键的解离能。2.4.2 键能键能键解离能（D）第48页，共55页，编辑于2022年，星期一H2O(g)=2H(g)+O(g)原子化能 Eatm：气态的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：键能、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(OH
14、)键焓与键能近似相等，实验测定中，常常得到的是键焓数据。第49页，共55页，编辑于2022年，星期一键能与标准摩尔反应焓变4H(g)+2O(g)2H2(g)+O2(g)2H2O(g)4E(OH)E(O O).第50页，共55页，编辑于2022年，星期一 分子中两原子核间的平衡距离称为键长。例如，H2分子，l=74pm。2.4.3 键长键长第51页，共55页，编辑于2022年，星期一 由表数据可见，HF，HCl，HBr，HI 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。第52页，共55页，编辑于2022年，星期一 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。2.4.4 键角键角N:FFFC=CHHHHN:HHHP:HHHH第53页，共55页，编辑于2022年，星期一 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HCl2.4.5 键矩与部分电荷键矩与部分电荷第54页，共55页，编辑于2022年，星期一键参数小结：键的极性键矩()键的强度键级(BO)键能(E)分子的空间构型键角()键长(l)第55页，共55页，编辑于2022年，星期一