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1、医用基础化学医用基础化学教材教材教材教材:魏祖期魏祖期魏祖期魏祖期 主编主编主编主编 人民卫生出版社人民卫生出版社人民卫生出版社人民卫生出版社 制制 作：作：张张 超超 副教授副教授 E-mail:chao- 广州医学院广州医学院广州医学院广州医学院 基础学院基础学院基础学院基础学院 化学教研室化学教研室化学教研室化学教研室Covalent Bond and Intramolecular ForceCovalent Bond and Intramolecular Force第十章第十章 共价键与分子间力共价键与分子间力10-1现代价键理论现代价键理论10-2杂化轨道理论杂化轨道理论10-3价层
2、电子对互斥理论价层电子对互斥理论10-4分子轨道理论简介分子轨道理论简介10-5分子间的作用力分子间的作用力 化学键化学键(chemical bond)：分子或晶体中相：分子或晶体中相邻两原子或离子间的强烈作用力，成键能量邻两原子或离子间的强烈作用力，成键能量约为几十到几百千焦每摩。约为几十到几百千焦每摩。chemical bond 共价键共价键(配位键配位键)离子键离子键金属键金属键1916年年,美国的美国的 Lewis 提出共价键理论提出共价键理论.认为认为同种原子间以及电负性接近的原子之间可以通同种原子间以及电负性接近的原子之间可以通过共用电子对形成分子，通过共用电子对形成过共用电子对形
3、成分子，通过共用电子对形成的化学键称为的化学键称为共价键共价键（covalent bond），形成），形成的分子称为的分子称为共价分子共价分子。在分子中，每个原子应具有稳定的稀有气体在分子中，每个原子应具有稳定的稀有气体原子的原子的8电子外层电子构型（电子外层电子构型（He为为2电子），电子），习惯上成为习惯上成为“八隅体规则八隅体规则”(Octet Rule)。而。而要达到这种结构，并非通过电子转移形成离子要达到这种结构，并非通过电子转移形成离子键来完成键来完成,而是通过而是通过共用电子对共用电子对来实现。来实现。离子键离子键离子键离子键共价键共价键共价键共价键(配位配位配位配位)金属键金属
4、键金属键金属键正、负离子靠静电正、负离子靠静电正、负离子靠静电正、负离子靠静电引力作用形成引力作用形成引力作用形成引力作用形成原子间通过共用原子间通过共用原子间通过共用原子间通过共用e e-对形成对形成对形成对形成通过自由通过自由通过自由通过自由e e-将金属将金属将金属将金属原子、离子联系原子、离子联系原子、离子联系原子、离子联系在一起在一起在一起在一起本质是电性的本质是电性的本质是电性的本质是电性的电性、波性电性、波性电性、波性电性、波性改性共价键改性共价键改性共价键改性共价键无方向、饱和性无方向、饱和性无方向、饱和性无方向、饱和性典型金属典型金属典型金属典型金属 典型非金典型非金典型非金
5、典型非金属元素之间属元素之间属元素之间属元素之间有方向、饱和性有方向、饱和性有方向、饱和性有方向、饱和性 电负性相同、相电负性相同、相电负性相同、相电负性相同、相近元素之间近元素之间近元素之间近元素之间无方向、饱和性无方向、饱和性无方向、饱和性无方向、饱和性金属元素之间金属元素之间金属元素之间金属元素之间 当同种元素的原子或电负性相差不大的当同种元素的原子或电负性相差不大的两种元素的原子结合成分子时，原子间不发两种元素的原子结合成分子时，原子间不发生电子的转移，一般是由成健原子双方提供生电子的转移，一般是由成健原子双方提供单电子形成电子对结合成分子，单电子形成电子对结合成分子，原子间通过原子间
6、通过共用电子对形成的化学键共用电子对形成的化学键称为称为共价键。共价键。v分子中相邻原子间强烈作用力分子中相邻原子间强烈作用力-价键理论价键理论(valence bond theory,VB法法)v分子的几何构型分子的几何构型-杂化轨道理论杂化轨道理论 （hybrid orbital theory）v分子中电子的运动状态分子中电子的运动状态-分子轨道理论分子轨道理论v(molecular orbital theory,MO法法)v分子与分子之间较弱的作用力分子与分子之间较弱的作用力-分子间力分子间力本章重点解决的四个问题本章重点解决的四个问题第一节第一节 现代价键理论现代价键理论一、氢分子的形
7、成一、氢分子的形成 19261926年年年年 Heitler Heitler 和和和和 London London 用量子力学研究氢分子用量子力学研究氢分子用量子力学研究氢分子用量子力学研究氢分子的形成，解释共价键的本质。的形成，解释共价键的本质。的形成，解释共价键的本质。的形成，解释共价键的本质。HH相互靠拢相互靠拢相互靠拢相互靠拢1S11S1HH电子云相互重叠电子云相互重叠电子云相互重叠电子云相互重叠HH形成形成形成形成HH2 2分子分子分子分子74pm74pmv两氢原子靠近，原子轨道重叠，核间电子云密度两氢原子靠近，原子轨道重叠，核间电子云密度两氢原子靠近，原子轨道重叠，核间电子云密度两
8、氢原子靠近，原子轨道重叠，核间电子云密度增大，系统能量降低，核间距达增大，系统能量降低，核间距达增大，系统能量降低，核间距达增大，系统能量降低，核间距达74 pm74 pm (理论值理论值理论值理论值87pm87pm）时形成稳定共价键。）时形成稳定共价键。）时形成稳定共价键。）时形成稳定共价键。第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 v两个氢原子的电子自旋相反，轨道才能重叠成两个氢原子的电子自旋相反，轨道才能重叠成两个氢原子的电子自旋相反，轨道才能重叠成两个氢原子的电子自旋相反，轨道才能重叠成键，称为氢分子的基态键，称为氢分子的基态键，称为氢分子的基态键，称为氢分子的基态(ground sta
9、te)(ground state)。电子自。电子自。电子自。电子自旋方向相同时，轨道重叠部分的波函数旋方向相同时，轨道重叠部分的波函数旋方向相同时，轨道重叠部分的波函数旋方向相同时，轨道重叠部分的波函数 值相值相值相值相减，互相抵消，核间电子的概率密度几乎为零，减，互相抵消，核间电子的概率密度几乎为零，减，互相抵消，核间电子的概率密度几乎为零，减，互相抵消，核间电子的概率密度几乎为零，称为氢分子的排斥态称为氢分子的排斥态称为氢分子的排斥态称为氢分子的排斥态(repulsion state)(repulsion state)。v共价键的本质是电性的，是两核间的电子云密共价键的本质是电性的，是两核
10、间的电子云密共价键的本质是电性的，是两核间的电子云密共价键的本质是电性的，是两核间的电子云密集区对两核的吸引力。集区对两核的吸引力。集区对两核的吸引力。集区对两核的吸引力。第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 二、现代价键理论的要点二、现代价键理论的要点（valence bond theory,VBvalence bond theory,VB法法法法 ）1.1.两个原子自旋相反的单电子配对，原子轨道重叠，两个原子自旋相反的单电子配对，原子轨道重叠，两个原子自旋相反的单电子配对，原子轨道重叠，两个原子自旋相反的单电子配对，原子轨道重叠，核间电子云密集，系
11、统能量降低，形成稳定的共价键。核间电子云密集，系统能量降低，形成稳定的共价键。核间电子云密集，系统能量降低，形成稳定的共价键。核间电子云密集，系统能量降低，形成稳定的共价键。2.2.原子中单电子才能配对。所以每个原子形成共价原子中单电子才能配对。所以每个原子形成共价原子中单电子才能配对。所以每个原子形成共价原子中单电子才能配对。所以每个原子形成共价键的数目等于单电子数目。这就是共价键的饱和性。键的数目等于单电子数目。这就是共价键的饱和性。键的数目等于单电子数目。这就是共价键的饱和性。键的数目等于单电子数目。这就是共价键的饱和性。3.3.原子轨道重叠愈多，核间电子云愈密集，共价键原子轨道重叠愈多
12、，核间电子云愈密集，共价键原子轨道重叠愈多，核间电子云愈密集，共价键原子轨道重叠愈多，核间电子云愈密集，共价键愈牢固，称为原子轨道最大重叠原理。因此原子轨道愈牢固，称为原子轨道最大重叠原理。因此原子轨道愈牢固，称为原子轨道最大重叠原理。因此原子轨道愈牢固，称为原子轨道最大重叠原理。因此原子轨道将沿最大程度方向重叠，决定了共价键的方向性。将沿最大程度方向重叠，决定了共价键的方向性。将沿最大程度方向重叠，决定了共价键的方向性。将沿最大程度方向重叠，决定了共价键的方向性。Cl 1s22s22p6 3s23p5H 1s1H +Cl HCl 第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 y yx xHCl 分
13、子形成时，图分子形成时，图(a)为最大重叠为最大重叠第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 v按电子对来源按电子对来源第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 三、共价键的类型三、共价键的类型v按成键重叠方式按成键重叠方式 键键键键 键键键键正常共价键正常共价键正常共价键正常共价键配位共价键配位共价键配位共价键配位共价键 1.键和键和 键键键：键：原子轨道沿键轴（成键核间连线，原子轨道沿键轴（成键核间连线，设为设为x轴）以轴）以“头碰头头碰头”方式进行重叠，方式进行重叠，重叠部分沿键轴呈圆柱形对称分布，形重叠部分沿键轴呈圆柱形对称分布，形成成共价键。共价键。如如s-s、s-px 和和px-px
14、轨道重叠。轨道重叠。第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 x xs-ss-pp-px第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 HF 的生成的生成第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 键的特点键的特点v 键键 的轨道重叠程度比的轨道重叠程度比键的轨道重叠程键的轨道重叠程度大，因而度大，因而键比键比键牢固键牢固。v 键键可单独存在于两原子间，是可单独存在于两原子间，是构成分子构成分子的骨架的骨架，两原子间只可能有两原子间只可能有1个个键。键。v一般地，一般地，p-p重叠形成重叠形成键（记为键（记为p-p）比）比s-s重叠形成重叠形成键（记为键（记为s-s）牢固。）牢固。第一节第一节 现代价键理论
15、现代价键理论 键：键：互相平行的互相平行的互相平行的互相平行的p py y或或或或p pz z轨道则以轨道则以轨道则以轨道则以“肩并肩肩并肩肩并肩肩并肩”方式进行重叠，的重叠部分垂直于键轴并呈镜方式进行重叠，的重叠部分垂直于键轴并呈镜方式进行重叠，的重叠部分垂直于键轴并呈镜方式进行重叠，的重叠部分垂直于键轴并呈镜面反对称。面反对称。面反对称。面反对称。第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 键：键：例例N2:NN:第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 键特点键特点v键较易断开，键较易断开，化学活泼性强化学活泼性强。v一般它是一般它是与与键共存于具有双键或叁键的键共存于具有双键或叁键的 分子中
16、。分子中。第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 键键键键 键键键键存在方式存在方式存在方式存在方式任何分子骨架任何分子骨架任何分子骨架任何分子骨架只能与只能与只能与只能与 共存共存共存共存重叠方式重叠方式重叠方式重叠方式头碰头头碰头头碰头头碰头肩并肩肩并肩肩并肩肩并肩特特特特 点点点点沿键轴呈圆柱形对称沿键轴呈圆柱形对称沿键轴呈圆柱形对称沿键轴呈圆柱形对称分布分布分布分布 重叠部分键轴呈镜面反重叠部分键轴呈镜面反重叠部分键轴呈镜面反重叠部分键轴呈镜面反对称对称对称对称 类类类类 型型型型s-ss-s、s-ps-px x 和和和和p px x-p-px xp py y-p-py y 、p pz
17、 z-p-pz z性性性性 质质质质键牢固；成键的键牢固；成键的键牢固；成键的键牢固；成键的2 2个原个原个原个原子可沿键轴自由旋转子可沿键轴自由旋转子可沿键轴自由旋转子可沿键轴自由旋转键不够牢固；成键的键不够牢固；成键的键不够牢固；成键的键不够牢固；成键的2 2个个个个原子不能沿键轴自由旋原子不能沿键轴自由旋原子不能沿键轴自由旋原子不能沿键轴自由旋转转转转结结 论论第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 第一节第一节 现代价键理论现代价键理论v如果共价键是由成键两原子各提供如果共价键是由成键两原子各提供如果共价键是由成键两原子各提供如果共价键是由成键两原子各提供1 1个电子配个电子配个电子配
18、个电子配对成键的，称为对成键的，称为对成键的，称为对成键的，称为正常共价键正常共价键正常共价键正常共价键。v如果共价键的形成是由成键两原子中的一个如果共价键的形成是由成键两原子中的一个如果共价键的形成是由成键两原子中的一个如果共价键的形成是由成键两原子中的一个原子单独提供电子对进入另一个原子的空轨原子单独提供电子对进入另一个原子的空轨原子单独提供电子对进入另一个原子的空轨原子单独提供电子对进入另一个原子的空轨道共用而成键，这种共价键称为道共用而成键，这种共价键称为道共用而成键，这种共价键称为道共用而成键，这种共价键称为配位共价键配位共价键配位共价键配位共价键（coordinate covale
19、nt bondcoordinate covalent bond），简称），简称），简称），简称 配位键配位键配位键配位键（coordination bondcoordination bond）。）。）。）。v配位键配位键配位键配位键用用用用“”表示，箭头表示，箭头表示，箭头表示，箭头从提供电子对的从提供电子对的从提供电子对的从提供电子对的原子指向接受电子对的原子。原子指向接受电子对的原子。原子指向接受电子对的原子。原子指向接受电子对的原子。2.正常共价键和配位共价键正常共价键和配位共价键 例例:HH+:NH+:NH3 3 H NH H NH3 3 +C OC O第一节第一节 现代价键理论现代价
20、键理论 v表征化学键性质的物理量称为表征化学键性质的物理量称为表征化学键性质的物理量称为表征化学键性质的物理量称为键参数键参数键参数键参数（bond bond parameterparameter）v共价键的键参数主要有共价键的键参数主要有共价键的键参数主要有共价键的键参数主要有键能、键长、键角键能、键长、键角键能、键长、键角键能、键长、键角及及及及键键键键的极性的极性的极性的极性。四、键参数四、键参数四、键参数四、键参数第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 键能键能 从能量因素从能量因素(EA-B)衡量共价键衡量共价键(bond energy)强度的物理量强度的物理量键长键长(bond l
21、ength)成键两原子核间距成键两原子核间距键角键角(bond angle)键与键之夹角键与键之夹角键极性键极性（bond polarity）反映分子中正、负反映分子中正、负 电荷分布状况（由成键电荷分布状况（由成键 原子电负性不同引起原子电负性不同引起）反映空反映空反映空反映空间结构间结构间结构间结构双原子分子双原子分子 EABDAB多原子分子多原子分子 EABD平均平均第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 1.1.键能（键能（键能（键能（bond energybond energy）从能量因素来衡量共价键强度的物理量从能量因素来衡量共价键强度的物理量从能量因素来衡量共价键强度的物理量从能
22、量因素来衡量共价键强度的物理量 双原子分子的键能双原子分子的键能双原子分子的键能双原子分子的键能(E E)就等于分子的解离能就等于分子的解离能就等于分子的解离能就等于分子的解离能(D D)。v在在在在 100kPa100kPa和和和和298.15K298.15K下，将下，将下，将下，将1 1摩尔理想气态分子摩尔理想气态分子摩尔理想气态分子摩尔理想气态分子ABAB解离为理想气态的解离为理想气态的解离为理想气态的解离为理想气态的A A、B B原子所需要的能量，原子所需要的能量，原子所需要的能量，原子所需要的能量，称为称为称为称为ABAB的解离能，单位为的解离能，单位为的解离能，单位为的解离能，单位
23、为 kJmolkJmol-1-1。例如例如例如例如:对于对于对于对于HH2 2分子分子分子分子HH2 2(g g)2H()2H(g g)E E(HH)(HH)D D(HH)(HH)436 kJmol436 kJmol-1-1 第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 对于多原子分子，键能和解离能不同。对于多原子分子，键能和解离能不同。对于多原子分子，键能和解离能不同。对于多原子分子，键能和解离能不同。例如例如例如例如:H:H2 2OO分子中有两个等价的分子中有两个等价的分子中有两个等价的分子中有两个等价的O-HO-H键，键，键，键，HH2 2O(O(g g)OH(OH(g g)+H()+H(g
24、g)HH1 1=502kJmol=502kJmol-1-1 OH(OH(g g)O(O(g g)+H()+H(g g)HH2 2=423.7kJmol=423.7kJmol-1-1E E(O-H)=(O-H)=463kJmol463kJmol-1-1 同一种共价键在不同的多原子分子中的键能虽有差同一种共价键在不同的多原子分子中的键能虽有差同一种共价键在不同的多原子分子中的键能虽有差同一种共价键在不同的多原子分子中的键能虽有差别，但差别不大。别，但差别不大。别，但差别不大。别，但差别不大。可用不同分子中同一种键能的平均值即平均键能可用不同分子中同一种键能的平均值即平均键能可用不同分子中同一种键能
25、的平均值即平均键能可用不同分子中同一种键能的平均值即平均键能作为该键的键能。一般键能愈大，键愈牢固。作为该键的键能。一般键能愈大，键愈牢固。作为该键的键能。一般键能愈大，键愈牢固。作为该键的键能。一般键能愈大，键愈牢固。第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 一些双原子分子的键能和某些键的平均键能一些双原子分子的键能和某些键的平均键能一些双原子分子的键能和某些键的平均键能一些双原子分子的键能和某些键的平均键能 (triple bonddouble bondsingle bondtriple bonddouble bondsingle bond )第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 2.2.
26、键长键长键长键长（bond lengthbond length）分子中两成键原子的核间平衡距离。分子中两成键原子的核间平衡距离。分子中两成键原子的核间平衡距离。分子中两成键原子的核间平衡距离。v键长愈短键长愈短键长愈短键长愈短,键愈牢固；键愈牢固；键愈牢固；键愈牢固；v相同两原子形成的键长：单键键长双键键长相同两原子形成的键长：单键键长双键键长相同两原子形成的键长：单键键长双键键长相同两原子形成的键长：单键键长双键键长叁键键长。叁键键长。叁键键长。叁键键长。例例例例：CCCC键长为键长为键长为键长为154 pm154 pm；C CC C键长为键长为键长为键长为134 pm134 pm；CCCC
27、键长为键长为键长为键长为120 pm 120 pm 第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 3.3.键角键角键角键角（bond anglebond angle）分子中同一原子形成的两个化学键间的夹角分子中同一原子形成的两个化学键间的夹角分子中同一原子形成的两个化学键间的夹角分子中同一原子形成的两个化学键间的夹角v它是反映分子空间构型的一个重要参数。如它是反映分子空间构型的一个重要参数。如它是反映分子空间构型的一个重要参数。如它是反映分子空间构型的一个重要参数。如HH2 2OO分子中的键角为分子中的键角为分子中的键角为分子中的键角为104104o o4545，分子为，分子为，分子为，分子为V V
28、形结构；形结构；形结构；形结构；COCO2 2分子中的键角为分子中的键角为分子中的键角为分子中的键角为180180o o，分子为直线形结构。，分子为直线形结构。，分子为直线形结构。，分子为直线形结构。v一般而言，根据分子中的键角和键长可确定分一般而言，根据分子中的键角和键长可确定分一般而言，根据分子中的键角和键长可确定分一般而言，根据分子中的键角和键长可确定分子的空间构型。子的空间构型。子的空间构型。子的空间构型。第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 4.4.键的极性键的极性键的极性键的极性（polarity of covalent bondpolarity of covalent bond
29、）由成键原子的电负性不同引起由成键原子的电负性不同引起由成键原子的电负性不同引起由成键原子的电负性不同引起v当成键原子的电负性相同，原子核形成的正电荷当成键原子的电负性相同，原子核形成的正电荷当成键原子的电负性相同，原子核形成的正电荷当成键原子的电负性相同，原子核形成的正电荷重心和核间电子云的负电荷重心重合，形成非极重心和核间电子云的负电荷重心重合，形成非极重心和核间电子云的负电荷重心重合，形成非极重心和核间电子云的负电荷重心重合，形成非极性共价键。性共价键。性共价键。性共价键。v当成键原子的电负性不同，核间电子云偏向电负当成键原子的电负性不同，核间电子云偏向电负当成键原子的电负性不同，核间电
30、子云偏向电负当成键原子的电负性不同，核间电子云偏向电负性较大原子的一端，使之带部分负电荷，而电负性较大原子的一端，使之带部分负电荷，而电负性较大原子的一端，使之带部分负电荷，而电负性较大原子的一端，使之带部分负电荷，而电负性较小原子的一端带部分正电荷，正电荷重心与性较小原子的一端带部分正电荷，正电荷重心与性较小原子的一端带部分正电荷，正电荷重心与性较小原子的一端带部分正电荷，正电荷重心与负电荷重心不重合，形成极性共价键。负电荷重心不重合，形成极性共价键。负电荷重心不重合，形成极性共价键。负电荷重心不重合，形成极性共价键。第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 键型与成键原子电负性差值的关系键型
31、与成键原子电负性差值的关系键型与成键原子电负性差值的关系键型与成键原子电负性差值的关系 物物物物 质质质质NaClNaClHFHFHClHClHBrHBrHIHIClCl2 2电负性电负性电负性电负性差值差值差值差值2.232.231.801.800.980.980.780.780.480.480 0键型键型键型键型离子键离子键离子键离子键极极极极 性性性性 共共共共 价价价价 键键键键非极性非极性非极性非极性共价键共价键共价键共价键如果如果如果如果:|X|XA A-X-XB B|1.7|1.7 形成形成形成形成离子键离子键离子键离子键HClCl2第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 第二节
32、第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论v价价价价键键键键理理理理论论论论说说说说明明明明了了了了共共共共价价价价键键键键的的的的形形形形成成成成，解解解解释释释释了了了了共共共共价价价价键键键键的的的的方方方方向向向向性性性性和和和和饱饱饱饱和和和和性性性性，但但但但阐阐阐阐明明明明多多多多原原原原子子子子分分分分子子子子的的的的空空空空间间间间构构构构型型型型却遇到困难。却遇到困难。却遇到困难。却遇到困难。vPauling Pauling L L等等等等人人人人在在在在价价价价键键键键理理理理论论论论的的的的基基基基础础础础上上上上提提提提出出出出了了了了杂杂杂杂化化化化轨轨轨轨道理论（道理论（道
33、理论（道理论（hybrid orbital theoryhybrid orbital theory）。）。）。）。v杂杂杂杂化化化化轨轨轨轨道道道道理理理理论论论论实实实实质质质质上上上上仍仍仍仍属属属属于于于于现现现现代代代代价价价价键键键键理理理理论论论论，但但但但在在在在成成成成键键键键能能能能力力力力、分分分分子子子子的的的的空空空空间间间间构构构构型型型型等等等等方方方方面面面面丰丰丰丰富富富富和和和和发发发发展展展展了了了了价键理论。价键理论。价键理论。价键理论。第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论1.1.成键过程中，同一原子中几个能量相近类型不同成键过程中，同一原子中几个能量相
34、近类型不同成键过程中，同一原子中几个能量相近类型不同成键过程中，同一原子中几个能量相近类型不同的原子轨道线性组合，重新分配的原子轨道线性组合，重新分配的原子轨道线性组合，重新分配的原子轨道线性组合，重新分配 能量和空间方向，能量和空间方向，能量和空间方向，能量和空间方向，组成等数目的杂化轨道（组成等数目的杂化轨道（组成等数目的杂化轨道（组成等数目的杂化轨道（hybrid orbitalhybrid orbitalhybrid orbitalhybrid orbital）。）。）。）。2.2.杂化轨道的角度波函数在某方向的值比杂化前大杂化轨道的角度波函数在某方向的值比杂化前大杂化轨道的角度波函数
35、在某方向的值比杂化前大杂化轨道的角度波函数在某方向的值比杂化前大得多，更有利于原子轨道间最大程度地重叠，因得多，更有利于原子轨道间最大程度地重叠，因得多，更有利于原子轨道间最大程度地重叠，因得多，更有利于原子轨道间最大程度地重叠，因而杂化轨道比原来轨道的成键能力强。而杂化轨道比原来轨道的成键能力强。而杂化轨道比原来轨道的成键能力强。而杂化轨道比原来轨道的成键能力强。3.3.杂化轨道之间力图在空间取最大夹角分布，使相杂化轨道之间力图在空间取最大夹角分布，使相杂化轨道之间力图在空间取最大夹角分布，使相杂化轨道之间力图在空间取最大夹角分布，使相互间的排斥能最小，故形成的键较稳定。不同类互间的排斥能最
36、小，故形成的键较稳定。不同类互间的排斥能最小，故形成的键较稳定。不同类互间的排斥能最小，故形成的键较稳定。不同类型的杂化轨道之间的夹角不同，成键后所形成的型的杂化轨道之间的夹角不同，成键后所形成的型的杂化轨道之间的夹角不同，成键后所形成的型的杂化轨道之间的夹角不同，成键后所形成的分子就具有不同的空间构型。分子就具有不同的空间构型。分子就具有不同的空间构型。分子就具有不同的空间构型。一、一、一、一、杂化轨道理论的要点杂化轨道理论的要点杂化轨道理论的要点杂化轨道理论的要点1.sp型和型和spd型杂化型杂化 vsp杂化杂化 二、杂化轨道类型及实例分析二、杂化轨道类型及实例分析第二节第二节 杂化轨道理
37、论杂化轨道理论vABAB2 2 型分子型分子型分子型分子:BeCl2 Be:2s2 第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论vsp2杂化杂化 s p p sp2第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论v ABAB3 3 型分子型分子型分子型分子:BF3 B:2s22p1 第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论vsp3杂化杂化 第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论乙烯分子的成键结构乙烯分子的成键结构乙烯分子的成键结构乙烯分子的成键结构第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论vABAB4 4 型分子型分子型分子型分子:CHCH4 4 C:2s C:2s2 22p2p2 2 第二节第二节 杂化轨道理论杂
38、化轨道理论杂化类型杂化类型杂化类型杂化类型spspspsp2 2spsp3 3参与杂化的参与杂化的参与杂化的参与杂化的原子轨道原子轨道原子轨道原子轨道1 1个个个个s+1s+1个个个个p p1 1个个个个s+2s+2个个个个p p1 1个个个个s+3s+3个个个个p p杂化轨道数杂化轨道数杂化轨道数杂化轨道数2 2个个个个spsp杂化轨道杂化轨道杂化轨道杂化轨道3 3个个个个spsp2 2杂化轨道杂化轨道杂化轨道杂化轨道4 4个个个个spsp3 3杂化轨道杂化轨道杂化轨道杂化轨道杂化轨道间杂化轨道间杂化轨道间杂化轨道间夹角夹角夹角夹角180180o o120120o o109109o o 28
39、28 空间构型空间构型空间构型空间构型直直直直 线线线线正三角形正三角形正三角形正三角形正四面体正四面体正四面体正四面体实实实实 例例例例BeClBeCl2 2，C C2 2HH2 2BFBF3 3,BCl,BCl3 3CHCH4 4，CClCCl4 4s 和和 p 轨道的三种杂化轨道的三种杂化第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论vspd杂化杂化 能量相近的能量相近的(n-1)d、ns、np轨道或轨道或ns、np、nd轨道组合成新的轨道组合成新的dsp型或型或spd型杂化型杂化轨道的过程。轨道的过程。杂化类型杂化类型杂化类型杂化类型dspdsp2 2 spsp3 3d dd d2 2spsp
40、3 3 或或或或spsp3 3d d2 2杂化轨道数杂化轨道数杂化轨道数杂化轨道数4 45 56 6空间构型空间构型空间构型空间构型平面四方形平面四方形平面四方形平面四方形三角双锥三角双锥三角双锥三角双锥正八面体正八面体正八面体正八面体实实实实 例例例例Ni(CN)Ni(CN)4 4 2-2-PClPCl5 5Fe(CN)Fe(CN)6 6 3-3-,Co(NHCo(NH3 3)6 6 2+2+第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论1.等性杂化和不等性杂化等性杂化和不等性杂化 NHNH3 3 H H2 2OO二、杂化轨道类型及实例分析二、杂化轨道类型及实例分析二、杂化轨道类型及实例分析二、杂化
41、轨道类型及实例分析第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论v等性杂化等性杂化杂化轨道杂化轨道杂化轨道杂化轨道spspspsp2 2spsp3 3s s成分成分成分成分1/21/21/31/31/41/4p p成分成分成分成分1/21/22/32/33/43/4第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论v不等性杂化：不等性杂化：sp3杂化为例杂化为例电子对类型电子对类型电子对类型电子对类型孤电子对孤电子对孤电子对孤电子对成键电子对成键电子对成键电子对成键电子对s s成分成分成分成分1/41/41/41/4p p成分成分成分成分3/43/43/4第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论 一、问题的提出及主
42、要用途一、问题的提出及主要用途一、问题的提出及主要用途一、问题的提出及主要用途 杂化轨道理论成功地解释了共价分子的空间构型，杂化轨道理论成功地解释了共价分子的空间构型，杂化轨道理论成功地解释了共价分子的空间构型，杂化轨道理论成功地解释了共价分子的空间构型，但是，一个分子的中心原子究竟采取哪种类型的轨道但是，一个分子的中心原子究竟采取哪种类型的轨道但是，一个分子的中心原子究竟采取哪种类型的轨道但是，一个分子的中心原子究竟采取哪种类型的轨道杂化，有时是难以预先确定的，因而就难以预测分子杂化，有时是难以预先确定的，因而就难以预测分子杂化，有时是难以预先确定的，因而就难以预测分子杂化，有时是难以预先确
43、定的，因而就难以预测分子的空间构型。的空间构型。的空间构型。的空间构型。PbCl2 Pb:5d106s26p2 Pb2+sp杂化？直线？杂化？直线？HgCl2 Hg:5d106s2 Hg2+sp杂化？直线？杂化？直线？第三节第三节 价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论 在在ABn型分子中，分子的立体构型是价型分子中，分子的立体构型是价层电子对相互排斥的结果，价层电子对指层电子对相互排斥的结果，价层电子对指包括成键电子对和未成键的孤对电子对，包括成键电子对和未成键的孤对电子对，分子的几何构型总是采取电子对相互排斥分子的几何构型总是采取电子对相互排斥最小的那种结构。最小的那种结构。二、价层电子对互
44、斥理论要点二、价层电子对互斥理论要点 （一）中心原子和配位原子（一）中心原子和配位原子BeCl2 BF3 CH4 NF3 H2O 第三节第三节 价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论 第三节第三节 价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论 （二）用价层电子对互斥理论（二）用价层电子对互斥理论（二）用价层电子对互斥理论（二）用价层电子对互斥理论（VSEPRVSEPR）判断主族元素判断主族元素判断主族元素判断主族元素ABABn n型分子或离子的空间构型型分子或离子的空间构型型分子或离子的空间构型型分子或离子的空间构型 1.1.确定中心原子价层电子对数确定中心原子价层电子对数确定中心原子价层电子对数确定中
45、心原子价层电子对数 中心原子的价层电子数和配体所提供的共用电子数的中心原子的价层电子数和配体所提供的共用电子数的中心原子的价层电子数和配体所提供的共用电子数的中心原子的价层电子数和配体所提供的共用电子数的总和除以总和除以总和除以总和除以2 2 作为配体，氧族元素的原子不提供电子作为配体，氧族元素的原子不提供电子作为配体，氧族元素的原子不提供电子作为配体，氧族元素的原子不提供电子 对于复杂离子，在计算价层电子对数时，还应加上负对于复杂离子，在计算价层电子对数时，还应加上负对于复杂离子，在计算价层电子对数时，还应加上负对于复杂离子，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离
46、子的电荷数或减去正离子的电荷数离子的电荷数或减去正离子的电荷数离子的电荷数或减去正离子的电荷数 双键、叁键等多重键作为双键、叁键等多重键作为双键、叁键等多重键作为双键、叁键等多重键作为1 1对电子看待对电子看待对电子看待对电子看待 2.确定中心原子价层电子对的理想空间构型确定中心原子价层电子对的理想空间构型第三节第三节 价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论 3.3.确定分子或离子的空间构型确定分子或离子的空间构型确定分子或离子的空间构型确定分子或离子的空间构型中心原子中心原子中心原子中心原子电子对数电子对数电子对数电子对数价层电子对价层电子对价层电子对价层电子对构型构型构型构型分子分子分子分子
47、 类型类型类型类型成键电成键电成键电成键电子对数子对数子对数子对数孤电子孤电子孤电子孤电子对数对数对数对数分子构型分子构型分子构型分子构型实实实实 例例例例2 2直线直线直线直线ABAB2 22 20 0直线直线直线直线HgClHgCl2 2,CO,CO2 23 3平面三角形平面三角形平面三角形平面三角形ABAB3 33 30 0正三角形正三角形正三角形正三角形BFBF3 3,NO,NO3 3-ABAB2 22 21 1V V形形形形PbClPbCl2 2,SO,SO2 24 4四面体四面体四面体四面体ABAB4 4 4 40 0正四面体正四面体正四面体正四面体SiFSiF4 4,SO,SO4
48、 42-2-ABAB3 33 31 1三角锥三角锥三角锥三角锥NHNH3 3,H,H3 3OO+ABAB2 22 22 2V V形形形形HH2 2O,HO,H2 2S S第三节第三节 价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论 第三节第三节 价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论 3.3.确定分子或离子的空间构型确定分子或离子的空间构型确定分子或离子的空间构型确定分子或离子的空间构型中心原子中心原子中心原子中心原子电子对数电子对数电子对数电子对数价层电子对价层电子对价层电子对价层电子对构型构型构型构型分子分子分子分子 类型类型类型类型成键电成键电成键电成键电子对数子对数子对数子对数孤电子孤电子孤电子孤
49、电子对数对数对数对数分子构型分子构型分子构型分子构型实实实实 例例例例5 5三角双锥三角双锥三角双锥三角双锥ABAB5 55 50 0三角双锥三角双锥三角双锥三角双锥PClPCl5 5,PF,PF5 5ABAB4 44 41 1变形四面体变形四面体变形四面体变形四面体SFSF4 4,TeCl,TeCl4 4ABAB3 33 32 2T T形形形形ClFClF3 3 ABAB2 22 23 3直线直线直线直线I I3 3-,XeF,XeF2 26 6正八面体正八面体正八面体正八面体ABAB6 66 60 0正八面体正八面体正八面体正八面体SFSF6 6,AlF,AlF6 63-3-ABAB5 5
50、5 51 1四方锥四方锥四方锥四方锥BrFBrF5 5,SbF,SbF5 52-2-ABAB4 44 42 2平面正方形平面正方形平面正方形平面正方形IClICl4 4-,XeF,XeF4 4第四节第四节 分子轨道理论简介分子轨道理论简介 1.电子在整个分子空间范围内运动，运电子在整个分子空间范围内运动，运动状态用波函数动状态用波函数（称为分子轨道）描述。（称为分子轨道）描述。原子轨道原子轨道用用s、p、d符号表示符号表示，分子轨分子轨道道用用、符号表示符号表示。分子轨道是多。分子轨道是多核系统。核系统。一、分子轨道理论的要点一、分子轨道理论的要点 2.2.几个原子轨道线性组合（几个原子轨道线