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1、1 分子结构 2 化学键 分子或晶体中相邻原子之间的强烈相互作用力 化学键分类 离子键 共价键 配位键 金属键 分子 保持物质化学性质的最小微粒 参加化学反应的基本单元 原子为什么能聚集在一起形成分子或晶体 H2O NaCl Fe C 金刚石 3 1离子键 6 1 1离子键的形成 离子键 靠正 负离子之间的静电引力所形成的化学键 离子型化合物 由离子键所形成的化合物 如NaCl CaO KCl Na2SO4等 4 1 2离子键的特点 离子键的本质是静电引力 离子键没有饱和性和方向性 离子型化合物常以晶体形式存在 没有独立的分子 1 3形成离子键的条件 两种原子间电负性相差较大 一般要相差1 7
2、以上 5 1 4离子的特征 1 离子的电荷主族元素生成的离子 稀有气体结构 p轨道全充满 过渡元素 它们生成的离子的d轨道一般都处于半充满状态 Fe3 3d64s2 3d5 Mn2 3d54s2 3d5 6 2 离子的电子层结构 主要指离子的外层电子构型 简单的负离子 8电子结构 如 F Cl O2 等 简单正离子 有多种构型 如下所列 2电子构型 Li Be2 s区 8电子构型 Na Mg2 Al3 s p区 18电子构型 Zn2 Hg2 Ga3 Cu ds区 p区 18 2电子构型 Pb2 Sn2 p区 9 17电子构型 Fe2 Cr3 Cu2 d区 7 3 离子的半径 正 负离子间静电吸
3、引力和排斥力达平衡时 正 负离子间保持着一定的平衡距离为正 负离子半径之和 核间距 d r r 离子的特征影响化合物的性质 8 电负性相差不大的非金属元素之间是如何形成化学键的 同种元素之间为什么能形成化学键 四种共价键理论 价键理论 杂化轨道理论 分子轨道理论 价层电子对互斥理论 9 2共价键 2 1价键理论 电子配对理论 VB理论 1 共价键的形成 共价键 靠共用电子对形成的化学键 10 11 2 价键理论基本要点 两原子中自旋方向相反的未成对电子可以相互配对形成共价键 2 发生相互重叠的两个原子轨道的正 负号要相同 对称性匹配原则 3 相互重叠的两个原子轨道要尽可能沿着能发生最大重叠的方
4、向进行重叠 最大重叠原则 12 3 共价键的特征 A 饱和性 H 1s1 Cl 3s23p5 H ClN 2s22px12py12pz1 N N 几个未成对电子只能和几个自旋方向相反的单电子配对成键 H2NH3 13 两个电子配对 就是两个原子轨道发生重叠 重叠的结果是电子云密度在两核之间增大 B 方向性 14 HCl1s 3px 重叠越大 形成的键越牢固 共价键具有方向性 H21s 1s 15 F2 H2 HF 电子云重叠示意图 16 4 共价键的类型 a 键两原子轨道沿键轴方向进行同号重叠所形成的键 根据轨道重叠的方向方式及重叠部分的对称性划分为不同的类型 头对头 17 轨道重叠 电子云分
5、布 18 电子云分布 b 键两原子轨道沿键轴方向在键轴两侧平行同号重叠所形成的键 肩并肩 z 轨道重叠 19 键和 键的特征比较 两原子间若只形成一个共价键 一定是 键 两原子间若形成多个共价键 其中一个是 键 其余为 键 如N2 CH2 CH2 CH CH 20 N2分子中的3个共价键为什么不全是 键呢 21 配位键 由一个原子提供空轨道 另一个原子提供孤对电子所形成的化学键 用箭头 表示 C原子 2s22px12py12pz0O原子 2s22px12py12pz2 5 配位键 如 CO 22 配位键与共价键的区别与联系 两者的形成过程不同 但配位键一旦形成 其结果与共价键没有区别 是一种特
6、殊的共价键 配位键广泛存在于配位化合物及一些无机含氧酸根中 配位键形成条件 一方有空轨道 另一方有孤对电子 23 2 2杂化轨道理论 形成分子时 同一原子中的若干不同类型 能量相近的原子轨道混合起来 从新分配能量和调整空间方向组成数目相同 能量相等的新的原子轨道 这种混合平均化的过程称为原子轨道的 杂化 1 杂化轨道概念 杂化轨道 杂化后所形成的若干新原子轨道 sp型杂化 同一原子的1个s轨道与p轨道进行的杂化 有 spsp2sp3 24 2 杂化轨道理论的要点 1 发生轨道杂化的原子一定是中心原子 2 参加杂化的各原子轨道能量要相近 同一能级组或相近能级组的轨道 3 杂化前后原子轨道数目不变
7、 参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目 但杂化轨道在成键时更有利于轨道间的重叠 4 杂化轨道在空间构型上都具有一定的对称性 以减小化学键之间的排斥力 25 实验测得 两个共价键 直线形分子 键角180 Cl Be Cl 1 BeCl2分子的形成 Be原子 1s22s2没有单个电子 Cl Cl Be 26 一个s和一个p轨道杂化 27 sp轨道杂化过程示意图 每个sp杂化轨道的形状为一头大 一头小 含有1 2s轨道和1 2p轨道的成分两个轨道间的夹角为180 呈直线型 28 BeCl2分子结构 规律 第 A族 B族元素与第 A族元素所形成的MX2型共价化合物 中心原子采取sp杂化 如BeBr
8、2 HgCl2 29 2 sp2杂化 BF3分子的形成 每个sp2杂化轨道的形状也为一头大 一头小 含有1 3s轨道和2 3p轨道的成分每两个轨道间的夹角为120 呈平面三角形 sp2杂化 1个s轨道与2个p轨道进行的杂化 形成3个sp2杂化轨道 30 31 BF3分子的形成 实验测得 三个共价键 平面三角形分子 键角120 B原子 1s22s22p1 规律 第 A族元素与第 A族元素所形成的MX3型共价化合物 中心原子采取sp2杂化 如BBr3 32 3 sp3杂化 CH4分子的形成 sp3杂化 1个s轨道与3个p轨道进行的杂化 形成4个sp3杂化轨道 每个sp3杂化轨道的形状也为一头大 一
9、头小 含有1 4s轨道和3 4p轨道的成分每两个轨道间的夹角为109 5 空间构型为正四面体型 33 sp3杂化轨道 34 实验测得 四个共价键 正四面体形分子 键角109 28 CH4分子的形成 35 规律 第 A族元素与第 A族 A族元素所形成的MX4型共价化合物 中心原子采取sp3杂化 如CCl4 SiF4 CHCl3 C原子 1s22s22p2只有2个单电子 36 37 3 等性杂化与不等性杂化 等性杂化 参与杂化的各原子轨道进行成分的均匀混合 杂化轨道每个轨道的成分轨道间夹角 键角 sp1 2s 1 2p180 sp21 3s 2 3p120 sp31 4s 3 4p109 28 p
10、 p90 随p轨道成分的增大 夹角向90 靠拢 不等性杂化 参与杂化的各原子轨道进行成分上的不均匀混合 38 实验测得 三角锥形分子 键角107 NH3分子 39 孤电子对占据的杂化轨道 不参与成键 电子云密集在中心原子周围 s轨道成分相对增大 其余3个杂化轨道p成分相对增大 N原子 2s22p3有3个单电子 可形成3个共价键 杂化 产生不等性杂化的原因 参与杂化的原子轨道中电子数目多于轨道数目 出现孤电子对 40 41 42 H2O分子 实验测得 V字形分子 键角104 29 O原子 2s22p4有2个单电子 可形成2个共价键 键角应当是90 Why 43 H2O分子 O原子成键前先进行了S
11、P3不等性杂化 其中的两条杂化轨道由成对电子占据 其余两条P成分更多 键角更靠近90 实测 104 29 杂化 O原子 2s22p4 44 45 杂化轨道情况一览表中心原子外层电子构型杂化类型分子几何形状键角举例 A Bns2sp等性直线形180 BeCl2 HgCl2 Ans2np1sp2等性平面三角形120 BF3 BBr3 Ans2np2sp3等性 正 四面体109 28 CCl4 SiHCl3 Ans2np3sp3不等性三角锥形 109 28 NH3 PH3 Ans2np4sp3不等性V字形 109 28 H2O H2S 46 四价层电子对互斥理论 一 价层电子对互斥理论的基本要点二
12、价层电子对互斥理论的应用实例 47 一 价层电子对互斥理论的基本要点 价层电子对互斥理论的基本要点 1 分子或离子的空间构型取决于中心原子的价层电子对数 中心原子的价层电子对是指 键电子对和未参与成键的孤对电子 2 中心原子的价层电子对之间尽可能远离 以使斥力最小 并由此决定了分子的空间构型 48 静电斥力最小的价层电子对的排布方式 3 价层电子对之间的斥力与价层电子对的类型有关 价层电子对之间静电斥力大小顺序为 孤对电子 孤对电子 孤对电子 成键电子对 成键电子对 成键电子对 49 利用价层电子对互斥理论预测分子或离子的空间构型的步骤如下 1 确定中心原子的价层电子对数 价层电子对数 中心原
13、子的价电子数 配位原子提供的电子数 2 2 根据中心原子的价层电子对数 找出相应的电子对排布 这种排布方式可使电子对之间静电斥力最小 50 3 根据中心原子的价层电子对的排布方式 把配位原子排布在中心原子周围 每一对电子连接一个配位原子 未结合配位原子的电子对就是孤对电子 若中心原子的价电子对全部是成键电子对 则分子或离子的空间构型与中心原子的价层电子对的排布方式相同 若价层电子对中有孤对电子 应根据成键电子对 孤对电子之间的静电斥力的大小 选择静电斥力最小的结构 即为分子或离子的空间构型 51 二 价层电子对互斥理论的应用实例 在CH4中 C有4个电子 4个H提供4个电子 C的价层电子总数为
14、8个 价层电子对为4对 C的价层电子对的排布为正四面体 由于价层电子对全部是成键电子对 因此CH4的空间构型为正四面体 一 CH4的空间构型 52 二 的空间构型 在中 Cl有7个价电子 不提供电子 再加上得到的1个电子 价层电子总数为个 价层电子对为4对 Cl的价层电子对的排布为四面体 四面体的3个顶角被3个O占据 余下的一个顶角被孤对电子占据 因此为三角锥形 53 三 PCl5的空间构型 在PCl5中 P有5个价电子 5个Cl分别提供1个电子 中心原子共有5对价层电子对 价层电子对的空间排布方式为三角双锥 由于中心原子的价层电子对全部是成键电子对 因此PCl5的空间构型为三角双锥形 利用价
15、层电子对互斥理论 可以预测大多数主族元素的原子所形成的共价化合物分子或离子的空间构型 54 中心原子的价层电子对的排布和ABn型共价分子的构型 2 3 平面三角形 20AB2 直线形HgCl2 30AB3 21AB2 价 层 电 子 对 数 平面三角形BF3 角形 PbCl2 55 布 方式 4 四面体 40AB4 31AB3 22AB2 正四面体CH4 三角锥形NH3 角形 H2O 56 布 布方式 体 5 三角双锥 50AB5 41AB4 32AB3 23AB2 三角双锥PCl5 变形四面SF4 T形ClF3 直线形 57 布 布方式 形 6 八面体 60AB6 51AB5 42AB4 正
16、八面体SF6 四方锥形 IF5 平面正方 58 59 2 3分子轨道理论 1 分子轨道的形成及理论的基本要点 1 分子中的电子不再从属于某个原子 而是在整个分子范围内运动 分子中单个电子的运动状态也用波函数来描述 称为分子轨道 2 分子轨道可以近似地通过原子轨道的线性组合 相加或相减 而得到 原子轨道有效地组成分子轨道的条件是 能量相近 对称性匹配和最大重叠 60 3 组合出的分子轨道数目等于参加组合的原子轨道数目 在组成的分子轨道中 有一半轨道的能量低于组合前原子轨道的能量 称为成键分子轨道 另一半轨道的能量高于组合前原子轨道的能量 称为反键分子轨道 4 分子轨道能量的高低取决于参加组合的原子轨道能量的高低 5 分子轨道中电子的排布遵守能量最低原则 保利不相容原则和洪特规则 61 2 分子轨道能级图以同核双原子分子为例 只考虑两原子中相同轨道之间的组合 62 63 1s 1s 2s 2s 2p 2py 2pz 2py 2pz 2p 氧分子轨道能级次序 1s 1s 2s 2s 2py 2pz 2p 2py 2pz 2p N C B三种分子轨道的能级次序 64 3 分子轨道理论的应用 1
