化学键与分子结构精选PPT.ppt

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1、关于化学键与分子结构第1页，讲稿共151张，创作于星期日基本要求：基本要求：掌握化学键和分子结构的基本概念和有关理论，掌握化学键和分子结构的基本概念和有关理论，了解化学键的成键本质。了解化学键的成键本质。重重 点：点：共价键的基本理论。共价键的基本理论。难难 点：点：分子轨道理论。分子轨道理论。本章教学要求本章教学要求第2页，讲稿共151张，创作于星期日2.1 2.1 化学键的分类化学键的分类2.2 2.2 共价键的成键理论共价键的成键理论2.3 2.3 分子间作用力分子间作用力第3页，讲稿共151张，创作于星期日 分子是物质能独立存在并保持其化学特性的最小微粒，而分子又是由原子组成的。迄今，

2、人们发现112种元素。正是由这些元素的原子构成分子，从而构成了整个物质世界。那么原子与原子如何结合成分子；分子和分子又如何结合成宏观物体？前者是化学键问题，后者是分子间力的问题。第4页，讲稿共151张，创作于星期日 原子结合形成分子则是通过化学键化学键的形式来实现的。化学键的定义：一种存在于分子内的强烈的相互作用力。化学键根据形成机理的不同，可分为:金属键、离子键和共价键。在分子和分子之间还存在分子间作用力:范德华力、氢键。分子内和分子间的作用力结合起来，决定了物质的结构，在宏观上表现为世界上形形色色的各种物质。结构决定性质，所以很多物质的物理性质都可通过分子结构得到解释和说明。第5页，讲稿共

3、151张，创作于星期日 化学键理论是当代化学的一个中心问题。研究分子内部的结构对探索物质的性质和功能都具有重要的意义。本章将在原子结构的基础上，着重讨论分子形成过程以及有关化学键理论。如：离子键理论、共价键理论（包括：电子配对法、杂化轨道理论、价层电子对互斥理论、分子轨道理论）以及金属能带理论等。同时对分子间作用力、氢键、分子的结构与物质性质之间的关系做初步讨论。第6页，讲稿共151张，创作于星期日3.1 化学键的分类第7页，讲稿共151张，创作于星期日1金属键金属键 在一百多种化学元素中，金属元素约占80%。它们都具有金属光泽、有很好的传热导电性，金属的这些性质是它们内部结构的反映。金属的单

4、质一般以金属晶体的形式存在,其中金属原子通过金金属键属键联系在一起,属于“大分子”。化学式:构成分子的各种元素原子的整数比分子式:构成分子的各种元素原子的真实数量第8页，讲稿共151张，创作于星期日改性共价键理论改性共价键理论 ，能带理论，能带理论金属键理论主要有两种：第9页，讲稿共151张，创作于星期日 金属元素的电负性较小，电离能也较小，最外层价电子容易脱离原子核的束缚，形成“自由电子”或“离域电子”。在金属晶体中，自由电子作穿梭运动，它不专属于某个金属离子而为整个金属晶体所共有（自自由由电电子子模模型型）。这些自由电子与全部金属离子相互作用，从而形成某种结合，这种作用称为金属键。一个形象

5、的说法就是，在金属晶体中，金属原子整齐的排列在一起，并浸泡在自由电子的海洋中。改性共价键理论改性共价键理论第10页，讲稿共151张，创作于星期日图图：金：金属的电属的电子海模型，子海模型，带带正正电电的球表示的球表示内层电子内层电子原原 子核，子核，周围周围的著色表示非定域的著色表示非定域电电子子构构成的成的电电子海子海+第11页，讲稿共151张，创作于星期日特点：特点：无方向性、无饱和性无方向性、无饱和性第12页，讲稿共151张，创作于星期日金属特性：导电性:自由电子在外电场作用下可定向流动；导热性:不断碰撞的自由电子可将热量交换和递；延展性:金属可以在不破坏晶体结构，受力作用时整层滑动。金

6、属光泽:自由电子能够吸收并重新发射很宽波长范围的光线，使金属不透明而具有金属光泽。金属易形成合金：硬度、強度、韧性及熔沸点发生改变(如加碳、磷、硫等)较高熔沸点:强静电作用第13页，讲稿共151张，创作于星期日【讨论讨论1 1】金属为什么易导电？金属为什么易导电？在金属晶体中，存在着许多自由电子，在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由电子的运动是没有一定方向的，但这些自由电子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下在外加电场的条件下自由电子自由电子就会就会发生定发生定向运动向运动，因而形成电流，所以金属容易导，因而形成电流，所以金属容易导电。电。金属晶体的结构与金属性质的内在联系金属晶

7、体的结构与金属性质的内在联系第14页，讲稿共151张，创作于星期日【讨论讨论2 2】金属为什么易导热？金属为什么易导热？金属容易导热，是由于金属容易导热，是由于自由电子自由电子运动时与金属离子碰撞把能量从温度运动时与金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度低的部分高的部分传到温度低的部分，从而使，从而使整块金属达到相同的温度。整块金属达到相同的温度。第15页，讲稿共151张，创作于星期日 金属晶体中由于金属离子与自由电子间的金属晶体中由于金属离子与自由电子间的相互作相互作用没有方向性用没有方向性，各原子层之间发生相对滑动以后，各原子层之间发生相对滑动以后，仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作

8、用下，仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作用下，发生形变也不易断裂。发生形变也不易断裂。【讨论讨论3 3】金属为什么具有较好的延展金属为什么具有较好的延展性？性？第16页，讲稿共151张，创作于星期日金金属晶体受外力时，金属阳离子因自由电子的环绕而不断裂。属晶体受外力时，金属阳离子因自由电子的环绕而不断裂。离子晶体受外力时，产生同性离子间的斥力而崩裂离子晶体受外力时，产生同性离子间的斥力而崩裂金属的延展性金属的延展性第17页，讲稿共151张，创作于星期日 不同的金属在某些性质方面，如不同的金属在某些性质方面，如密度密度、硬度硬度、熔点熔点等又表现等又表现出很大差别。这与金属原子本身、晶体中原

9、子的排列方式等因出很大差别。这与金属原子本身、晶体中原子的排列方式等因素有关。素有关。一般说来，价电子多的金属元素单质的电导率、硬度和熔沸一般说来，价电子多的金属元素单质的电导率、硬度和熔沸点都比较高。点都比较高。第18页，讲稿共151张，创作于星期日 由于金属的自由电子模型过于简单化，不能解释金属晶体为什么有结合力，也不能解释金属晶体为什么有导体、绝缘体和半导体之分。随着科学和生产的发展，主要是量子理论的发展，建立了能带理论能带理论。第19页，讲稿共151张，创作于星期日分分子子轨轨道道理理论论将将金金属属晶晶体体看看作作一一个个巨巨大大分分子子，结结合合在在一一起起的的无无数数个个金金属属

10、原原子子形形成成无无数数条条分分子子轨轨道道，某某些些电电子子就就会会处处在在涉涉及及构构成成整整块块金金属属原原子子在在内内的的轨轨道道，这这样样就就产产生生了了金金属属的的能能带带理理论论（金金属属键键的的量量子子力力学模型）。学模型）。金属能带理论金属能带理论第20页，讲稿共151张，创作于星期日能带能带:一组连续状态的分子轨道一组连续状态的分子轨道导带导带:电子在其中能自由运动的能带电子在其中能自由运动的能带满带满带:完全充满电子的能带完全充满电子的能带禁带禁带:能带和能带之间的区域能带和能带之间的区域空带：没有电子的能带空带：没有电子的能带第21页，讲稿共151张，创作于星期日第22

11、页，讲稿共151张，创作于星期日（1）成键时价电子必须是）成键时价电子必须是“离域离域”的，属于整个金属晶格的，属于整个金属晶格的原子所共有；的原子所共有；（2）金属晶格中原子密集，能组成许多分子轨道，相邻）金属晶格中原子密集，能组成许多分子轨道，相邻的分子轨道间的能量差很小的分子轨道间的能量差很小，以致形成，以致形成“能带能带”；（3）“能带能带”也可以看成是紧密堆积的金属原子的电子能级发也可以看成是紧密堆积的金属原子的电子能级发生的重叠，生的重叠，这种能带是属于整个金属晶体的；这种能带是属于整个金属晶体的；（4）以原子轨道能级的不同，金属晶体中可有不同的能）以原子轨道能级的不同，金属晶体中

12、可有不同的能带，例如导带、禁带带，例如导带、禁带等；等；（5）金属中相邻的能带有时可以互相重叠。）金属中相邻的能带有时可以互相重叠。能带理论的基本要点能带理论的基本要点第23页，讲稿共151张，创作于星期日 由由于于每每个个锂锂原原子子只只有有1 1个个价价电电子子，该该离离域域轨轨道道应应处处于于半半满满状状态态。电电子子成成对对地地处处于于能能带带内内部部能能级级最最低低的的轨轨道道上上，使使能能级级较较高高的的一一半半轨轨道道空空置置。在在充充满满了了的的那那一一半半能能带带的的最最高高能能级级上上,电电子子靠靠近近能能量量较较低低的的空空能能级级,从从而而很很容容易易离离开开原原来来能

13、能级级,进入能量略高的空能级。进入能量略高的空能级。Mg的外层电子构型的外层电子构型为为3s2，其其3s能带是满带，能带是满带，没有空轨道，似乎不能没有空轨道，似乎不能导电。但导电。但Mg的相邻能带的相邻能带之间的能量间隔很小，之间的能量间隔很小，使使Mg的的3s和和3p能带发生能带发生部分重叠，从而形成一部分重叠，从而形成一个更大的导带。个更大的导带。第24页，讲稿共151张，创作于星期日根据能带结构中禁带宽度和能带中电子填充状况，可根据能带结构中禁带宽度和能带中电子填充状况，可把物质分为导体、绝缘体和半导体。把物质分为导体、绝缘体和半导体。第25页，讲稿共151张，创作于星期日 导导体体中

14、中存存在在导导带带，在在电电场场作作用用下下，导导带带中中的的电电子子很很容容易易跃跃入入导导带带中中的的空空分分子子轨轨道道中中去去，从从而而导导电电。绝绝缘缘体体和和半半导导体体中中不不存存在在导导带带，这这是是它它们们的的共共同同点点，不不同同的的是是满满带带和和空空带带之之间间的的禁禁带带的的能能量量间间隔隔不不同同。一一般般绝绝缘缘体体的的能能量量间间隔隔大大，一一般般电电子子很很难难获获得得能能量量跃跃过过禁禁带带；而而一一般般半半导导体体的的能能量量间间隔隔，在在一一定定条件下，少数高能电子能条件下，少数高能电子能跃过禁带而导电跃过禁带而导电。第26页，讲稿共151张，创作于星期

15、日 由电负性相差很大元素所形成的化合物中组成的质点是离子，连接异号电荷离子的作用力主要是静电引力，这种化学键称为离子键。为了说明这类化合物的原子相互结合的本质，人们提出了离子键理论。2 离子键离子键第27页，讲稿共151张，创作于星期日1形成过程形成过程相应的电子构型变化：相应的电子构型变化：2s22p63s12s22p6，3s23p53s23p6形成形成Ne和和Ar的稀有气体原子的结构，形成稳定离子。的稀有气体原子的结构，形成稳定离子。离子键离子键：原子之间由于价电子转移形成正、负离子，原子之间由于价电子转移形成正、负离子，靠静电引力结合形成的化学键。靠静电引力结合形成的化学键。nNa(3s

16、1)-ne-Na(2s22p6)Cl-(3s23p6)静电引力静电引力nCl(3s23p5)+ne-nNaCl第28页，讲稿共151张，创作于星期日2离子键的形成条件离子键的形成条件1元素的电负性差比较大元素的电负性差比较大 X1.7，发生电子转移，形成离子键；，发生电子转移，形成离子键；X1.7，实际上是指离子键的成分大于，实际上是指离子键的成分大于50%。第29页，讲稿共151张，创作于星期日2易形成稳定离子易形成稳定离子Na+2s22p6，Cl3s23p6，达到稀有气体式稳定结构。，达到稀有气体式稳定结构。Ag+4d10，Zn2+3d10，d轨道全充满的稳定结构。轨道全充满的稳定结构。只

17、转移少数的电子，就达到稳定结构。只转移少数的电子，就达到稳定结构。第30页，讲稿共151张，创作于星期日3离子键的特点离子键的特点 本质是静电引力本质是静电引力（库仑引力）（库仑引力）离子所带电荷越高离子所带电荷越高,则离子间吸引力越大则离子间吸引力越大,即离子键越强即离子键越强;而正负离而正负离子之间的核间距越小子之间的核间距越小f f就越大就越大,则离子键越强则离子键越强.没有方向性和饱和性没有方向性和饱和性（库仑引力的性质所决定）（库仑引力的性质所决定）与与任何方向的电性不同的离子相吸引，所以无方向性；任何方向的电性不同的离子相吸引，所以无方向性；且只要是正负离子之间，则彼此吸引，即无饱

18、和性。且只要是正负离子之间，则彼此吸引，即无饱和性。离子键的离子性大小取决于电负性差值大小离子键的离子性大小取决于电负性差值大小 电负性差值越大，电子的偏向越明显，相互作用越强。电负性差值越大，电子的偏向越明显，相互作用越强。第31页，讲稿共151张，创作于星期日4 4 影响离子键强度的因素影响离子键强度的因素 从离子键的实质是静电引力，影响从离子键的实质是静电引力，影响 f大小的因素有：离子的大小的因素有：离子的电荷电荷 q q 和离子之间的距离和离子之间的距离 r r 。离离子的子的电电荷愈大荷愈大，半径半径愈小，愈小，离子键离子键愈愈强强。第32页，讲稿共151张，创作于星期日离子型化合

19、物具有下列通性 绝大多数情况下为晶状固体，硬度大，易击碎，熔点、沸点高，熔化热、汽化热高，熔化状态能导电，许多（不是所有）化合物溶于水。因为离子晶体是一个整体，晶格能较大，要破坏分子内部离子排列方式就得由外部提供较大能量，所以离子化合物涉及状态变化地性质（如熔点、沸点、熔化热、汽化热）都较高。至于电导性，固体的离子化合物较差，原因是作为电流载体的正负离子在静电引力作用下只能在晶格结点附近振动而无法自由移动。只有熔化状态，化学键遭到很大程度的破坏后离子才有流动性，导电性才急剧上升。第33页，讲稿共151张，创作于星期日3共价键 当当不不同同元元素素的的原原子子之之间间电电负负性性差差值值不不大大

20、时时，价价电电子子不不能能在在原原子子之之间间完完全全转转移移，而而是是形形成成电电子子对对公公用用的的情情况况。这这种种依依靠靠电电子子对对共共有有而而形形成成分分子子的的化化学键称为共价键学键称为共价键。第34页，讲稿共151张，创作于星期日已知已知N原子的电子结构原子的电子结构2s22p32s2p 每个每个N原子有三个单电子，原子有三个单电子，所以形成所以形成N2分子时，分子时，N原子与原子与N原子原子之间可形成三个共价键。之间可形成三个共价键。写成写成或或Lewis结构结构第35页，讲稿共151张，创作于星期日（1 1）共价键的特性）共价键的特性饱和性：饱和性：一个原子含有几个未成对电

21、子就只能一个原子含有几个未成对电子就只能与几个自旋相反的电子配对成键与几个自旋相反的电子配对成键单电子数价键数单电子数价键数例：例：H一个未成对电子，一个未成对电子，H2一个共价键一个共价键例：例：二个未成对电子，二个未成对电子，O2二个共价键二个共价键O例：例：三个未成对电子，三个未成对电子，NH3和和N2三个共价键三个共价键N第36页，讲稿共151张，创作于星期日-+-+-+零重叠零重叠(无效重叠无效重叠)正重叠正重叠(有效重叠有效重叠)负重叠负重叠(无效重叠无效重叠)重叠类型重叠类型:同符号部分重叠同符号部分重叠.方向性：方向性：轨道必须满足最大重叠轨道必须满足最大重叠沿着原子轨沿着原子

22、轨道最大重叠的方向重叠才能成键道最大重叠的方向重叠才能成键第37页，讲稿共151张，创作于星期日 键能键能 将将1mol1mol共价键拆散所需要的能量，表示某一共价键的稳固程共价键拆散所需要的能量，表示某一共价键的稳固程度。度。（2 2）键参数）键参数 化学键的状况，完全可由量子力学的计算结果进行定量描述。但化学键的状况，完全可由量子力学的计算结果进行定量描述。但经常用几个物理量简单地描述之，这些物理量称为键参数。经常用几个物理量简单地描述之，这些物理量称为键参数。第38页，讲稿共151张，创作于星期日键解离能键解离能(D):在双原子分子中，标准状态下将气态分在双原子分子中，标准状态下将气态分

23、子断裂成气态原子所需要的能量。子断裂成气态原子所需要的能量。H2(g)2H(g)D(HH)=436kJmol-1 在多原子分子中，断裂气态分子中的某一个键，形成在多原子分子中，断裂气态分子中的某一个键，形成两个两个“碎片碎片”时所需要的能量叫做此键的解离能。时所需要的能量叫做此键的解离能。第39页，讲稿共151张，创作于星期日对双原子分子，键的解离能就是键能。对双原子分子，键的解离能就是键能。如如:E(H-H)=D(H-H)=436kJ.mol-1对多原子分子对多原子分子,键的解离能的平均值就是键能。键的解离能的平均值就是键能。如如:E(O-H)=D(H-OH)+D(O-H)/2=(499+4

24、29)/2kJ.mol-1=464kJ.mol-1第40页，讲稿共151张，创作于星期日NH3(g)H(g)+NH2(g)D1=435.1kJmol1NH2(g)H(g)+NH(g)D2=397.5kJmol1NH(g)H(g)+N(g)D3=338.9kJmol1ENH=390.5(kJmol1)第41页，讲稿共151张，创作于星期日键能键能/kJmol-1CC347C=C598C C820 单键、双键及叁键的键能依次增大，但与单单键、双键及叁键的键能依次增大，但与单键并非两倍、叁倍的关系。键并非两倍、叁倍的关系。第42页，讲稿共151张，创作于星期日键长键长分子中成键两原子核间距离叫键长。

25、分子中成键两原子核间距离叫键长。一般键长越小，键越强。一般键长越小，键越强。键长键长/pm键能键能/kJmol-1CC154347C=C133598C C120820第43页，讲稿共151张，创作于星期日键角键角 分子中键与键之间所形成夹角分子中键与键之间所形成夹角 键角和键长是反映键角和键长是反映分子空间构型分子空间构型的重要参数，它的重要参数，它们均可通过实验测知。们均可通过实验测知。N:FFFC=CHHHHN:HHHP:HHHH第44页，讲稿共151张，创作于星期日共价键键的极性共价键键的极性 如果形成共价键的两个原子的电负性如果形成共价键的两个原子的电负性不同，对电子吸引能力存在差异，

26、则会造成公用电子对不同，对电子吸引能力存在差异，则会造成公用电子对的偏向，从而造成共价键的极性。的偏向，从而造成共价键的极性。（1 1）正负电荷重心）正负电荷重心 重合重合非极性键非极性键 H H2 2 、O O2 2（2 2）不重合不重合极性键极性键 X-YX-Y X X越大，键的极性越大越大，键的极性越大 X=0 X=0 非极性键非极性键 XX不大不大 极性键极性键 XX很大离子键很大离子键 X1.7 X1.7 离子性离子性%50%50%属离子键属离子键第45页，讲稿共151张，创作于星期日 共价键的极性和分子的极性：分子中没有极性键分子没有极性分子中有极性键分子有无极性要看共价键在空间的

27、分布 分子中正负电荷中心不重合，从整个分子来看，电荷的分布是不均匀的，不对称的，这样的分子为极性分子。第46页，讲稿共151张，创作于星期日 19401940年年由由Sidgwich Sidgwich N.N.和和 Powell Powell H.H.提提出出的的理理论论，该该理理论论认认为为，一一个个共共价价分分子子或或离离子子中中，中中心心原原子子A A周周围围所所配配置置的的原原子子X X（配配位位原原子子）的的几几何何构构型型，主主要要决决定定于于中中心心原原子子的的价价电电子子层层中中各各电子对间的相互排斥作用电子对间的相互排斥作用。它它在在预预言言多多原原子子分分子子形形状状时时取

28、取得得的的成成功功是是令令人人惊惊奇奇的的，但但理理论论本本身身不不涉涉及及共共价价键键城城键键的的机机理理，是是一一种种经经验验性性的的法法则则，适用于主族元素间形成的适用于主族元素间形成的AXAXn n型分子或离子型分子或离子 。（3）价层电子对互斥理论）价层电子对互斥理论判断分子空间构型判断分子空间构型第47页，讲稿共151张，创作于星期日分子或离子的空间构型与分子或离子的空间构型与中心原子的中心原子的价层电子对价层电子对数目有关数目有关VP=BP+LP价层价层 成键成键 孤对孤对价层电子对尽可能远离价层电子对尽可能远离,以使斥力最小以使斥力最小LP-LPLP-BPBP-BP根据根据VP

29、和和LP的数目的数目,可以推测出分子的空间构型可以推测出分子的空间构型1、基本要点基本要点第48页，讲稿共151张，创作于星期日2、分子形状的确定方法分子形状的确定方法(1)首先先确定中心原子首先先确定中心原子A的价层电子对数的价层电子对数VP原则原则:VP=1/2A的价电子数的价电子数+X提供的价电子数提供的价电子数离子电荷数离子电荷数()负负正正(1)(1)作为配体，卤素原子和作为配体，卤素原子和H H 原子提供原子提供1 1个电子，氧族元素的原子不提供个电子，氧族元素的原子不提供电子；电子；(2)(2)作为中心原子，作为中心原子，A A的价电子数的价电子数=主族序数主族序数；(3)(3)

30、对于复杂离子，在计算价层电子对数时，还应加上负离子的电荷数或减去对于复杂离子，在计算价层电子对数时，还应加上负离子的电荷数或减去正离子的电荷数；正离子的电荷数；(4)(4)计算电子对数时，若剩余计算电子对数时，若剩余1 1个电子，亦当作个电子，亦当作 1 1对电子处理。对电子处理。(5)(5)双键、双键、叁键等多重键作为叁键等多重键作为1 1对电子看待。对电子看待。第49页，讲稿共151张，创作于星期日例：价电子数 价电子对数 NH4+N=5+4-1=8 CCl4 N=8 NO2 ICl2-OCl2 PO43-N=5+3=8444354N=8N=10N=5 SO42-N=6+2=84第50页，

31、讲稿共151张，创作于星期日多重键的处理多重键的处理某配体（某配体（非非VIA族族）与中心之间有双键或三键时，价层电子对数减）与中心之间有双键或三键时，价层电子对数减1或减或减2。如，乙烯如，乙烯以左碳为中心以左碳为中心电子总数电子总数4+1 2+2=84对对减减13对对3个配体个配体平面三角形平面三角形。注意，这里是注意，这里是以左碳为中心以左碳为中心讨论的讨论的。第51页，讲稿共151张，创作于星期日甲醛甲醛4+1 263对，对，中心与中心与VIA族元素的双键族元素的双键，对数对数不不减减1，平面三角形。，平面三角形。键角本应该为键角本应该为120，由于双键的电子云密度大，斥力大，故，由于

32、双键的电子云密度大，斥力大，故HCH键角键角小于小于120，而而HCO键角大键角大于于120。第52页，讲稿共151张，创作于星期日求求VP另一种更为简便的方法另一种更为简便的方法VP=BP+LP=与中心原子成键的原子数与中心原子成键的原子数+（中心原子价电子数（中心原子价电子数-配位原子达稳定结构所需电子数之和配位原子达稳定结构所需电子数之和)2例例：XeF22+(8-21)/2=5XeF44+(8-41)/2=6XeOF45+(8-12-41)/2=6XeO2F24+(8-22-21)/2=5PO43-4+（5+38）=4第53页，讲稿共151张，创作于星期日电子对的电子对的空间构型空间构

33、型2直线形直线形3平面三角形平面三角形4正四面体正四面体5三角双锥三角双锥6正八面体正八面体价层电价层电子对数子对数(2)确定电子对的空间排布方式确定电子对的空间排布方式第54页，讲稿共151张，创作于星期日(3)确定孤对电子数和分子空间构型确定孤对电子数和分子空间构型LP=0分子的空间构型分子的空间构型=电子对的空间构型电子对的空间构型BeH2BF3CH4PC15SF6VP=(2+2)=2 LP=0VP=(3+3)=3 LP=0VP=(4+4)=4 LP=0VP=(5+5)=5 LP=0VP=(6+6)=6 LP=0ExampleHBeH第55页，讲稿共151张，创作于星期日 含含有有孤孤电

34、电子子对对的的分分子子几几何何构构型型不不同同于于价价电电子子的的排排布布，孤孤电电子子对对所所处处的的位位置置不不同同，分分子子空空间间构构型型也也不不同同，但但孤孤电电子子对对总总是是处处于于斥斥力力最最小小的的位位置置，除除去去孤孤电电子子对对占占据据的的位位置置后后，便便是是分分子子的几何构型。的几何构型。LP0 分子的空间构型分子的空间构型电子对的空间构型电子对的空间构型孤对电子对数孤对电子对数=中心原子价电子数中心原子价电子数中心原子参与成键的电子数中心原子参与成键的电子数2=价层电子对数价层电子对数配位原子数配位原子数第56页，讲稿共151张，创作于星期日价层电价层电电子对电子对

35、成键成键未成对未成对分子构型分子构型实例实例子对数子对数理想构型理想构型电子对电子对电子对电子对22033021第57页，讲稿共151张，创作于星期日价层电价层电电子对电子对成键成键孤对孤对分子构型分子构型实例实例子对数子对数理想构型理想构型电子对电子对电子对电子对4403122第58页，讲稿共151张，创作于星期日价层电价层电电子对电子对成键成键孤对孤对分子构型分子构型实例实例子对数子对数理想构型理想构型电子对电子对电子对电子对550413223孤对电子优先占据平伏位孤对电子优先占据平伏位置置第59页，讲稿共151张，创作于星期日价层电价层电电子对电子对成键成键孤对孤对分子构型分子构型实例实

36、例子对数子对数理想构型理想构型电子对电子对电子对电子对6605142SF6第60页，讲稿共151张，创作于星期日判断判断 OF2分子的基本形状。分子的基本形状。中中心心原原子子价价层层有有4对对电电子子。4对对价价电电子子的的理理想想排排布布方方式式为为正正四四面面体体,但但考考虑虑到到其其中中包包括括两两个个孤孤对对,所所以以分分子子的的实实际际几几何何形形状状为为折折线线型型,相相当当于于AB2E2型型分子。分子。第61页，讲稿共151张，创作于星期日判断判断 XeF4分子的基本形状分子的基本形状中中心心原原子子价价层层有有6对对电电子子。理理想想排排布布方方式式为为正正八八面面体体,但但

37、考考虑虑到到其其中中包包括括两两个个孤孤对对,所所以以分分子子的的实实际际几几何何形形状状为为平平面面四四方方形形,相相当于当于AB4E2型分子。型分子。中中心心原原子子Xe的的价价电电子子数数为为8，F原原子子的的未未成成对对电电子子数数为为1。可可以算得中心原子价电子对的总数和孤对数分别为以算得中心原子价电子对的总数和孤对数分别为:(价层电子对总数价层电子对总数)=4(84)/2=6(孤电子对的数目孤电子对的数目)=(84)/2=2第62页，讲稿共151张，创作于星期日判断判断NO2分子的结构分子的结构在在NO2分子中，分子中，N周围的价电子数为周围的价电子数为5，中心氮原子，中心氮原子的

38、价电子总数为的价电子总数为5，相当于，相当于3对电子对。其中有两对是成键对电子对。其中有两对是成键电子对，电子对，一个成单电子当作一对孤电子对一个成单电子当作一对孤电子对。氮原子价层电。氮原子价层电子对排布应为平面三角形。所以子对排布应为平面三角形。所以NO2分子的结构为分子的结构为V字字形，形，O-N-O键角为键角为120。第63页，讲稿共151张，创作于星期日难难 点：点：n“价电子对空间构型价电子对空间构型”：指由成键电子对和孤电子对：指由成键电子对和孤电子对共同构成的空间立体构型；共同构成的空间立体构型；n“分子空间构型分子空间构型”：是指仅由成键电子对组成的空：是指仅由成键电子对组成

39、的空间立体构型，即分子或离子的实际立体图形。间立体构型，即分子或离子的实际立体图形。n当孤电子对数目为当孤电子对数目为0时，两者相同；如果不为时，两者相同；如果不为0，两者，两者一定不同。分子空间构型是扣除了孤电子对占据的一定不同。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。位置后的实际空间构型。第64页，讲稿共151张，创作于星期日2.3 共价键的成键理论价键理论：原子轨道的重叠分子轨道理论：原子轨道重新组合形成分 子轨道第65页，讲稿共151张，创作于星期日2价键理论的基本要点价键理论的基本要点海特勒和伦敦用量子力学处理氢原子形成氢分子时，海特勒和伦敦用量子力学处理氢原子形成氢

40、分子时，得到了得到了H2分子的位能曲线，便反映出氢分子的能量与分子的位能曲线，便反映出氢分子的能量与核间距之间的关系以及电子状态对成键的影响。核间距之间的关系以及电子状态对成键的影响。3.2.1价键理论第66页，讲稿共151张，创作于星期日l假定A、B两原子中的电子自旋是相反的，当两个氢原子相互接近时，A原子的电子不仅受A核吸引，也受B核吸引。同理，B原子的电子不仅受B核吸引，也受A核吸引。整个系统的能量低于两个H原子单独存在的能量。当系统的能量达到最低点时，核间距如图示。l如果两原子继续接近，核之间的排斥力逐渐增大，系统的能量升高。在R0处两个氢原子形成化学键，它的能量最低，这种状态称为氢分

41、子的基态。当体系的吸引与排斥达到平衡时，两核之间的距离为R0。l 如果两个氢原子的电子自旋平行，当它们相互接近时，量子力学可以证明，它们产生的相互排斥作用越是接近，能量就越高。结果是系统的能量始终高于两个单独存在的氢原子的能量，于是不能成键。这种不稳定状态称为H2分子的排斥态。第67页，讲稿共151张，创作于星期日应用量子力原理，可以计算基态分子和排斥态电子云分布。计算结果表明，基态分子中两个核间的电子几率密度2远远大于排斥态分子中核间的电子云几率密度2。可见，自旋相反的两个电子的电子云密集在2个原子核之间，使系统的能量降低，从而能形成稳定的共价键。而排斥态2个电子的电子云在核间稀疏，几率密度

42、几乎为零，系统的能量增大，所以不能成键。从以上讨论可见，两个氢原子的1s轨道1s都是正值，叠加后使两核间电子云浓密，并将两个原子核强烈地吸引在一起，同时，由于两核间的高电子云密度区域的存在，对两个原子核产生屏蔽作用，降低了两核间的正电排斥力，系统的势能降低，因而能够成键。由此也能看出共价键的本质仍是一种电性作用，但绝对不是正、负离子间的静电作用。第68页，讲稿共151张，创作于星期日从从共共价价键键形形成成来来看看，共共价价键键的的本本质质是是电电性性的的。共共价价键键的的结结合合力力是是两两个个原原子子核核对对共共用用电电子子对对形形成成负负电电区区域的吸引力域的吸引力，而不是正、负离子之间

43、的库仑作用力。，而不是正、负离子之间的库仑作用力。第69页，讲稿共151张，创作于星期日价键理论要点：价键理论要点：1）1个原子能形成共价单键的最大数目等于其未配对电子的数目。如：HH，ClCl，HCl,或2）原子轨道同号重叠（对称性匹配）：才是有效重叠。第70页，讲稿共151张，创作于星期日3）原子重叠时要满足最大重叠条件：重叠越多，共价键越牢固。如s轨道与P轨道重叠，可能有下列情况：(a)为异号重叠，是无效重叠；(b)为同号重叠与异号重叠相互抵消，是无效重叠。(c)和(d)均为同号重叠，是有效重叠，但是：设核间距离为d，在(c)中未重叠部分（d）中未重叠部分，所以（c）不满足最大重叠条件，

44、（d）才满足最大重叠条件，也就是说，沿着两核连线的重叠才满足最大重叠条件。沿着两核连线的重叠才满足最大重叠条件。第71页，讲稿共151张，创作于星期日2共价键的类型共价键的类型 由于原子轨道重叠方式不同，可以形成不同类型的由于原子轨道重叠方式不同，可以形成不同类型的共价键。共价键。成键的两个原子间的连线称为键轴成键的两个原子间的连线称为键轴，按成键，按成键原子轨道与键轴之间的关系，共价键的键型主要分为原子轨道与键轴之间的关系，共价键的键型主要分为 键和键和 键键两种。两种。第72页，讲稿共151张，创作于星期日(1)键键把把原原子子轨轨道道沿沿着着键键轴轴方方向向以以“头头碰碰头头”的的方方式

45、式进进行行重重叠叠而而形形成成的的共共价价键键称称为为键键，则则键键轴轴是是成成键键原原子子轨轨道道的的对对称称轴轴。常常见见的的有有s-s，px-s和和px-px这三种类型的这三种类型的键键,它们的轨道重叠图形如图所示它们的轨道重叠图形如图所示:s-sp-s p-p几种类型的几种类型的键的轨道立体图形键的轨道立体图形第73页，讲稿共151张，创作于星期日(2)键键 原原子子轨轨道道以以“肩肩并并肩肩”(或或平平行行)的的方方式式发发生生轨轨道道重重叠叠形形成成的的共共价价键键称称为为 键键。如如py-py和和pz-pz,采采用用这这种种重重叠叠方方式式形形成成的的键键，通通过过键键轴轴有有一

46、一个个镜镜面面，上上下下两两部部分分形形状状相相同同而而波波函函数数符符号号相相反反，所以具有镜面反对称性所以具有镜面反对称性.Py-Py或或Pz-Pz键的波函数图形键的波函数图形 键的轨道图形键的轨道图形 第74页，讲稿共151张，创作于星期日由于键对键轴呈圆柱形对称，所以电子云在两核之间密集，键对键轴平面呈镜面反对称，电子云在键轴上下密集。键是两个成键原子轨道沿值最大的方向重叠而成，满足轨道最大重叠原理，两核间浓密的电子云将两个成键原子核强烈地吸引在一起，所以键的键能大，稳定性高。形成 键时轨道不可能满足最大重叠原理，只采用“肩并肩”的方式重叠，使得在键轴平面上的电子云密度为零，只有通过键

47、轴平面上、下两块电子云将两核吸在一起，这二块键电子云离核较远，一般情况是键的稳定性小，电子活泼，容易参与化学反应。第75页，讲稿共151张，创作于星期日在分子中原子轨道的各种成键方式是同时存在的。两个在分子中原子轨道的各种成键方式是同时存在的。两个原子之间除可形成一个原子之间除可形成一个键外，还可形成一个或者两个键外，还可形成一个或者两个键，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76页，讲稿共151张，创作于星期日大键：在多原子分子中如有相互平行的p轨道，它们连贯重叠在一起构成一个整体，p电子在多个原子间运动形成型化学键，这种不局限在两个原子之间的键称为离域键，

48、或大键。形成大形成大键的条件：键的条件：这些原子都在同一平面上；这些原子有相互平行的p轨道；p轨道上的电子总数小于p轨道数的2倍。第77页，讲稿共151张，创作于星期日键键v沿着键轴方向重叠沿着键轴方向重叠（“头碰头头碰头”重叠）重叠）v轨道重叠程度大，键较稳定轨道重叠程度大，键较稳定vAB两原子成键，必须有一个也只两原子成键，必须有一个也只有一个有一个键键 键键v沿着键轴垂直方向重叠沿着键轴垂直方向重叠（“肩碰肩肩碰肩”重叠）重叠）v轨道重叠程度小于轨道重叠程度小于 键，键，键稳定性小于键稳定性小于 键键vAB两原子成键，可以有两原子成键，可以有0个，个，1个，个，2个个 键键第78页，讲稿

49、共151张，创作于星期日配位键：配位键：凡共用的一对电子由一个原子单独提供的共价键叫做配位键，用“”表示。（从提供电子对原子 接受电子原子）。正常共价键和配位键的差别仅仅表现在成键过程中，虽然共用电子对的来源不同，但成键后，二者并无任何差别。配位键形成的条件：1，提供电子对的原子有孤对电子；2，接受电子对的原子有空轨道。第79页，讲稿共151张，创作于星期日第80页，讲稿共151张，创作于星期日共价键的类型 键按成键重叠方式：键 正常共价键按电子对来源：配位共价键 第81页，讲稿共151张，创作于星期日 VB法法的的优优缺缺点点：说说明明了了共共价价健健的的本本质质和和特特点点；但但不不能说明

50、一些分子的成键数目及几何构型。能说明一些分子的成键数目及几何构型。C C原原子子的的外外层层电电子子分分布布为为2 2s s2 2p p2 2,按按价价键键理理论论，只只能能形形成成两两个个共共价价键键。但但实实际际，CHCH4 4，CClCCl4 4不不但但说说明明C C原原子子能能形形成成4 4个个单单键键，且且它它们们均均为为非非极极性性原原子子，即即4 4个个单单键键完完全等同，空间成四面体分布。全等同，空间成四面体分布。3 杂化轨道杂化轨道第82页，讲稿共151张，创作于星期日NH3分分子子中中的的NH键键是是由由H原原子子的的1s轨轨道道与与N原原子子中中单单电电子子占占据据的的2