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1、 第二节第二节 分子空间构型分子空间构型10928杂化轨道理论杂化轨道理论 解释解释分子的立体构型分子的立体构型杂化轨道的概念杂化轨道的概念 在形成多原子分子的过程中，在形成多原子分子的过程中，中中心原子心原子的若干的若干能量相近能量相近的原子轨道间通的原子轨道间通过相互的混杂后，形成过相互的混杂后，形成相同数量相同数量的几个的几个能量与形状都相同能量与形状都相同的新轨道。的新轨道。杂化轨道只用于形成杂化轨道只用于形成键或者用来容纳孤对电子键或者用来容纳孤对电子剩余的剩余的p轨道可以形成轨道可以形成键键杂化轨道理论杂化轨道理论sp3两个碳原子上都有一个与两个碳原子上都有一个与骨架平面垂直的未杂
2、化的骨架平面垂直的未杂化的p轨道，轨道，它们互相平行，彼此肩并肩重叠形成它们互相平行，彼此肩并肩重叠形成键：键：sp2杂化轨道杂化轨道如如如如CHCH2 2=CH=CH2 2 ：C C的电子构型的电子构型的电子构型的电子构型:1s:1s2 22s2s2 22p2p2 22s2p2s2psp2杂化轨道杂化轨道激发激发杂化杂化sp2杂化轨道杂化轨道 一个一个s轨道与两个轨道与两个p轨道杂化，得三个轨道杂化，得三个sp2杂化轨道，杂化轨道，三个杂化轨道在空间分布是在三个杂化轨道在空间分布是在同一平面同一平面上，互成上，互成120。如如如如BFBF3 3：B B的电子构型的电子构型的电子构型的电子构型
3、:1s:1s2 22s2s2 22p2p1 12s2p2s2psp2杂化轨道杂化轨道激发激发杂化杂化在在F原子原子与硼原子与硼原子之间形成之间形成了了3个等价个等价的的键：键：sp杂化轨道杂化轨道 一个一个s轨道与一个轨道与一个p轨道杂化后，得两个轨道杂化后，得两个sp杂化轨道，杂化轨道，杂化轨道的空间取向为杂化轨道的空间取向为直线型直线型，夹角为，夹角为180。如如如如BeClBeCl2 2、BeFBeF2 2：BeBe的电子构型的电子构型的电子构型的电子构型:1s:1s2 22s2s2 22s2p2s2psp激发激发杂化杂化2pCO2sp杂化轨道杂化轨道如如如如 CO CO2 2 ：C C
4、的电子构型的电子构型的电子构型的电子构型:1s:1s2 22s2s2 22p2p2 22s2p2s2psp杂化轨道杂化轨道激发激发杂化杂化杂杂 化化 类类 型型spspspsp2 2spsp3 3参与杂化的参与杂化的原子轨道原子轨道1s+1p1s+1p1s+2p1s+2p1s+3p1s+3p杂杂 化化 轨轨 道道 数数2 2个个spsp杂化轨道杂化轨道3 3个个spsp2 2杂化轨道杂化轨道4 4个个spsp3 3杂化轨道杂化轨道杂化轨道杂化轨道间夹角间夹角181812121010 28 28空空间间构构型型直直 线线正三角形正三角形正四面体正四面体实实例例BeCl2,C2H2BF3,C2H4
5、CH4,CCl4杂化轨道的类型杂化轨道的类型与中心原子键合的是同一种原子，分子呈高与中心原子键合的是同一种原子，分子呈高度对称的正四面体构型，其中的度对称的正四面体构型，其中的4 4个个spsp3 3杂化轨道杂化轨道自然没有差别，这种杂化类型叫做等性杂化。自然没有差别，这种杂化类型叫做等性杂化。中心原子的中心原子的4 4个个spsp3 3杂化轨道用于构建不同的杂化轨道用于构建不同的轨道，轨道，如如H H2 2O O的中心原子的的中心原子的4 4个杂化轨道分别用个杂化轨道分别用于于键和孤对电子对，键和孤对电子对，这样的这样的4 4个杂化轨道显然个杂化轨道显然有差别，叫做不等性杂化。有差别，叫做不
6、等性杂化。等性杂化和不等性等性杂化和不等性sp3杂化杂化不等性不等性sp3杂化杂化常见杂化轨道及其几何构型常见杂化轨道及其几何构型 sp3杂化杂化正四面体正四面体sp2杂化杂化平面三角形平面三角形sp杂化杂化直线型直线型CH4、CCl4、NH4+、SiF4、SiCl4等等BF3、BCl3、SO3、乙烯、苯、石墨等，乙烯、苯、石墨等，SO2（V型）型）BeCl2、乙炔、乙炔、CO2、CS2等等不等性不等性sp3杂化杂化 H2O（V型）、型）、NH3（三角锥型）、（三角锥型）、PCl3小结：杂化轨道的类型与分子的空间构型 中心原子中心原子Be(A)B(A)C,Si(A)N,P(A)O,S(A)Hg
7、(B)直线形 三角形 四面体 三角锥 V型 杂化轨道类型杂化轨道类型SP SP2 SP3 不等性 SP3s+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等电子原理等电子原理原子数相同、价电子数（指全部电子总数或价电子原子数相同、价电子数（指全部电子总数或价电子总数）相同的分子或离子，互称为等电子体。等电总数）相同的分子或离子，互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。子体的结构相似、物理性质相近。互为互为“等电子体等电子体”应满足的条件应满足的条件1 1、在微粒的组成上，微粒所含原
8、子数目相同、在微粒的组成上，微粒所含原子数目相同2 2、在微粒的构成上，微粒所含的电子数相等、在微粒的构成上，微粒所含的电子数相等（指全部电子总数或价电子总数）（指全部电子总数或价电子总数）（1 1）2 2原子原子1010价电子价电子 （2 2）2 2原子原子1111价电子价电子几组常见的等电子体及特征几组常见的等电子体及特征如：如：N N2 2、COCO、C C2 22-2-、CNCN-直线型直线型如：如：NONO、O O2 2+、直线型直线型 （3 3）3 3原子原子1616价电子价电子如：如：COCO2 2、BeClBeCl2 2、N N2 2O O、NONO2 2+、N N3 3-直线
9、型直线型 （4 4）3 3原子原子1818价电子价电子如：如：NONO2 2-、SOSO2 2、O O3 3 V V型或角型型或角型 （5 5）3 3原子原子2424价电子价电子如：如：NONO3 3-、BFBF3 3、COCO3 32-2-、SOSO3 3 平面正三角形平面正三角形 （6 6）5 5原子原子3232价电子价电子如：如：SiFSiF4 4、CClCCl4 4、SOSO4 42-2-、POPO4 43-3-正四面体正四面体（7 7）(BN)(BN)n n晶体和碳单质具有类似结构晶体和碳单质具有类似结构。B B3 3N N3 3H H6 6 与与C C6 6H H6 6是等电子分子
10、。是等电子分子。常见分子的构型及其分子的极性常见分子的构型及其分子的极性类型类型 实例实例 结构结构 键的极性键的极性 分子极性分子极性A2型：型：H2N2非极性键非极性键均为直线型均为直线型双原子分子双原子分子非极性分子非极性分子非极性分子非极性分子单原子分子单原子分子Ne ArAB型型HFNO极性键极性键均为直线型均为直线型类型类型 实例实例 结构结构 键的极性键的极性 分子极性分子极性双原子分子双原子分子极性分子极性分子类型类型 实例实例 结构结构 键的极性键的极性 分子极性分子极性AB2型型CO2(CS2)极性键极性键极性键极性键非极性分子非极性分子极性分子极性分子直线型直线型角型角型
11、三原子分子三原子分子H2OH2SSO2类型类型 实例实例 结构结构 键的极性键的极性 分子极性分子极性AB3型型BF3BCl3NH3PH3PCl3极性键极性键平面三角形平面三角形极性分子极性分子极性键极性键三角锥形三角锥形非极性分子非极性分子四原子分子四原子分子类型类型 实例实例 结构结构 键的极性键的极性 分子极性分子极性AB4型型CH4CCl4正四面体正四面体非极性分子非极性分子极性键极性键五原子分子五原子分子AA族族AA族族AA族族AA族族RH4RH3H2RHR非极性分子非极性分子极性分子极性分子极性分子极性分子极性分子极性分子手性分子手性分子 如果一对分子，其组成和原子的排如果一对分子
12、，其组成和原子的排列方式完全相同，但如同左手和右手列方式完全相同，但如同左手和右手互为镜像，在三维空间里不能重叠，互为镜像，在三维空间里不能重叠，这对分子称为这对分子称为手性异构体手性异构体，有手性异，有手性异构体的分子称为构体的分子称为手性分子。手性分子。连接四个不同的原子连接四个不同的原子或基团的碳原子称为或基团的碳原子称为 手性碳原子手性碳原子 2 2 2 2丁醇丁醇丁醇丁醇 =(+)13.52 =(-)13.52 =(+)13.52 =(-)13.52 =(+)13.52 =(-)13.52 =(+)13.52 =(-)13.52 它们之间的关系相当于它们之间的关系相当于它们之间的关系
13、相当于它们之间的关系相当于左手和右手或物体和镜象左手和右手或物体和镜象左手和右手或物体和镜象左手和右手或物体和镜象.这对物质不能重合，是一对异构体，互为对映，因此称这对物质不能重合，是一对异构体，互为对映，因此称这对物质不能重合，是一对异构体，互为对映，因此称这对物质不能重合，是一对异构体，互为对映，因此称为对映异构体。为对映异构体。为对映异构体。为对映异构体。如果物质具有这种性质被称为手性。如果物质具有这种性质被称为手性。如果物质具有这种性质被称为手性。如果物质具有这种性质被称为手性。两两两两个个个个对对对对映映映映异异异异构构构构体体体体性性性性质质质质差差差差别别别别很很很很小小小小,但
14、但但但是是是是葡葡葡葡萄萄萄萄糖糖糖糖只只只只有有有有右右右右旋旋旋旋体才能在动物体内代谢。麻黄素只有左旋体才有药效体才能在动物体内代谢。麻黄素只有左旋体才有药效体才能在动物体内代谢。麻黄素只有左旋体才有药效体才能在动物体内代谢。麻黄素只有左旋体才有药效。手性分子手性分子 配合物配合物是通过配位键结是通过配位键结合而成的化合物。配合物不一定合而成的化合物。配合物不一定是离子，也可以是中性分子。是离子，也可以是中性分子。配合物基本概念配合物基本概念1.1.配位化合物的定义配位化合物的定义 配位化合物是由具有接受孤对电子的配位化合物是由具有接受孤对电子的空空轨道轨道的原子或离子（中心原子）和可以提
15、供的原子或离子（中心原子）和可以提供孤对电子孤对电子的离子或分子（配位体）按一定的的离子或分子（配位体）按一定的组成和空间构型所形成的化合物。组成和空间构型所形成的化合物。中心原子或离子中心原子或离子 金属原子、离子（特别是金属原子、离子（特别是过渡金属过渡金属离子，特别离子，特别是铁系、铂系、第是铁系、铂系、第IBIB、IIBIIB族元素）族元素）配位体配位体 是含有孤电子对的分子或离子。是含有孤电子对的分子或离子。如：如：NH3、H2O、CN、OH、F、Cl 其中直接和中心原子配位的原子称为配位原子，如：其中直接和中心原子配位的原子称为配位原子，如：N、O、C、F、Cl、S等。等。配位数配
16、位数 与中心原子配位的原子数目称为该中心原子的配与中心原子配位的原子数目称为该中心原子的配位数。一般为位数。一般为2 2、4 4、6 6、8 8等。等。2.配合物的组成配合物的组成2.配合物的组成配合物的组成Ag(NH3)2+Zn(NH3)42+Ni(CN)42-AlF63-sp杂化杂化sp3杂化杂化dsp2杂化杂化sp3d2杂化杂化4.配合物的空间结构配合物的空间结构 直线型：直线型：平面三角形：平面三角形：平面四边形或正四面体：平面四边形或正四面体：三角双锥或正方锥体：三角双锥或正方锥体：正八面体：正八面体：配位数为配位数为2 2配位数配位数3 3配位数配位数4 4配位数配位数5 5配位数
17、配位数6 61.1.1.1.结构异构：结构异构：结构异构：结构异构：原子间连接方式不同引起的异构现象（键合异构，原子间连接方式不同引起的异构现象（键合异构，电离异构，电离异构，水合异构，配位异构，配位位置异构配位水合异构，配位异构，配位位置异构配位体异构）体异构）(1)(1)键合异构键合异构 Co(NO Co(NO2 2)(NH)(NH3 3)5 5ClCl2 2 硝基硝基 Co(ONO)(NH Co(ONO)(NH3 3)5 5ClCl2 2 亚硝酸根亚硝酸根(2)(2)电离异构电离异构 Co(SO Co(SO4 4)(NH)(NH3 3)5 5Br Br Co Br(NH Co Br(NH
18、3 3)5 5 SO SO4 4(3)(3)水合异构水合异构 Cr(HCr(H2 2O)O)6 6ClCl3 3 紫色紫色 CrCl(HCrCl(H2 2O)O)5 5ClCl2 2 H H2 2O O 亮绿色亮绿色 CrClCrCl2 2(H(H2 2O)O)4 4Cl 2HCl 2H2 2O O 暗绿色暗绿色6.配合物的异构现象配合物的异构现象当一种配合物中有不同的配体时，常常出现立体当一种配合物中有不同的配体时，常常出现立体异构体。下面是一些例子：异构体。下面是一些例子：四四氯氯合合铂铂酸酸钾钾K K2 2PtClPtCl4 4 用用氨氨水水处处理理得得到到一一种种棕棕黄黄色色的的配配合
19、合物物，经经测测定定，组组成成为为PtClPtCl2 2(NH(NH3 3)2 2，有有极极性性，在水中的溶解度是在水中的溶解度是0.26g/100gH0.26g/100gH2 2O;O;将将这这种种棕棕黄黄色色配配合合物物用用氯氯化化氢氢处处理理或或者者热热至至250,250,转转 变变 为为 浅浅 黄黄 色色,经经 测测 定定,组组 成成 仍仍 为为PtClPtCl2 2(NH(NH3 3)2 2,但但极极性性消消失失,在在水水中中的的溶溶解解度度减减小小至至0.037g/100gH0.037g/100gH2 2O O。怎样来分析这些事实呢？。怎样来分析这些事实呢？首首先先可可以以肯肯定定，这这两两种种四四配配位位络络合合物物的的几几何何构构型型不不是是四四面面体体而而是是平平面面四四边边形形的的，这这是是因因为为，如如果果是是四四面面体体，PtClPtCl2 2(NH(NH3 3)2 2 不不可可能能出出现现异异构构现现象象，而而平平面面四四边形的边形的PtClPtCl2 2(NH(NH3 3)2 2 则可以有则可以有两种异构体两种异构体：2.立体异构立体异构二氨二氯合铂的可能构型二氨二氯合铂的可能构型二氨二氯合铂的可能构型二氨二氯合铂的可能构型