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1、 两原子之间只能形成一个键而可形成多个键 原子成键形成分子举例 N2 CO NNCO5 VB理论的和没有解决的问题 同核双原子分子和电负性相近的两非金属原子可成键形成分子 解释了形成多重共价键的原因 分子的构型 CH4 H2O 不符合八隅电子体结构的分子也能稳定存在 BF3 PCl5 SF6 1 杂化轨道理论 杂化轨道理论是基于VB理论的 是VB理论的发展 能够较好地解决分子的构型问题 1 杂化与杂化轨道 杂化 不同类型的中心原子的轨道 s p d f 在形成共价键时 能量相近的轨道会互相作用 重新组合成新的轨道 其过程称杂化 形成的轨道称杂化轨道 重新组合 能量和成键能力都重新组合 成键能力
2、 轨道 或杂化轨道 越肥大 成键能力越强 能量 由不同能量的轨道组合成能量一致的轨道 BeCl2分子的sp杂化及构型示意图 sp杂化轨道 BeF2的立体结构为线性 Be 1s22s2 由原子中一个s轨道和两个p轨道杂化而产生3个等同的sp2杂化轨道每一个sp2杂化轨道中含有1 3个s轨道成分及2 3p轨道成分sp2杂化轨道间夹角为120o 呈平面三角型例如 BCl3 BF3 NO3 CO32 SO3 sp2杂化 BF3分子的sp2杂化及构型示意图 由原子中一个s轨道和三个p轨道杂化而产生4个等同的sp3杂化轨道每一个sp3杂化轨道中含有1 4个s轨道成分及3 4p轨道成分sp3杂化轨道间夹角为
3、109o28 呈四面体结构例如 CH4 CCl4 金刚石 NH3 H2O sp3杂化 sp3杂化 1s22s22px12py1 1s 2s 2p 1s22 sp3 12 sp3 12 sp3 12 sp3 1 1s22s12px12py12pz1 sp3杂化轨道及CH4分子构型示意图 dsp2杂化由原子中一个s轨道 两个p轨道和一个d轨道杂化而产生4个等同的dsp2杂化轨道只有第三周期以后的元素才可能有dsp2杂化 dsp2杂化轨道间夹角为90o及180o 呈平面正方形结构例如 Cu NH3 42 dsp2杂化 sp3d dsp3 杂化由原子中一个s轨道 三个p轨道和一个d轨道杂化而产生5个等
4、同的dsp3杂化轨道只有第三周期以后的元素才可能有sp3d dsp3 杂化sp3d杂化轨道间夹角为120o 90o及180o 呈三角双锥形结构例如 PCl5 sp3d杂化 sp3d2 d2sp3 杂化由原子中一个s轨道 三个p轨道和两个d轨道杂化而产生6个等同的sp3d2杂化轨道只有第三周期以后的元素才可能有sp3d2 d2sp3 杂化sp3d2杂化轨道间夹角为90o及180o 呈八面体结构 例如 SF6 sp3d2杂化 有d轨道参加的杂化轨道 有d轨道参加的杂化轨道 有d轨道参加的杂化轨道 2 杂化轨道的类型 sp sp2 sp3 dsp2 sp3d dsp3 sp3d2 d2sp3 不同杂
5、化轨道的成键能力及其原因 成键能力 sp sp2 sp3 sp3d dsp3 sp3d2 d2sp3 原因 轨道重叠多 能量下降多 成键能力增强 杂化后杂化轨道的特点 对称分布 成键能力均等 为什么 3 杂化形式 等性杂化与不等性杂化 等性杂化 参与杂化的轨道均带有一个电子 如CH4 BF3 不等性杂化 参与杂化的轨道有的带有一对孤对电子 但不可全带有孤对电子 如NH3 H2O 不等性杂化在分子结构方面造成的结果 由于孤对电子的斥力作用 使分子具有不对称性 孤对电子的排斥力大于成键电子对 不等性杂化 NH3分子的结构 立体三角锥 孤对电子对键角的影响 4 杂化轨道理论的总结 提出的原因 为了解
6、释分子的空间构型 基本要点 轨道重组 能量最低 最大重叠和对称性原理 形成杂化轨道的可能性依据 能量降低 成键能力增加 轨道对称分布 结构稳定 理论成立的关键 很好地解释了许多分子的空间结构 并与实验事实相符 为什么杂化轨道理论隶属于价键理论 杂化轨道理论总结 2 价层电子对互斥理论 一种简单可行 易操作的经验规则 但其结果被许多实验结果验证为正确的 其应用比杂化轨道理论简单 1 特点 无须考虑是否杂化及怎样杂化 无须考虑分子中原子之间怎样成键 可以判断任意的分子 离子 酸根基团 经验规则 理论性不强 NO3 CO32 SO3 NH3 H2O 2 理论的要点及原则 分子的构型由中心原子价电子层
7、中价层电子对的相互排斥作用所决定 分子总是倾向于使中心原子的价层电子对采取互相排斥作用最小的那种电子对的对称结构 结构对称 能量最低 最稳定 成键电子对 单一 多重 单电子 孤电子对 3 价层电子对的估算及排斥力的大小及原因 价层电子对的估算 两原子间的任意形式的化学键或作用力均视为一对电子 如 单键 单电子键 双键 叁键等 电子对之间排斥力的大小 孤 孤 成 孤 成 成 成 单 单 单 叁键 双键 单键 斥力排序原因 a 孤对电子离核近 中心原子周围电子密度大 斥力也大 b 多重键的共享电子对多 对其它电子对的斥力也大 4 操作规则及步骤 确定中心原子价层电子数 含配位原子提供的 要注意电子
8、数的算法 包括离子电荷 酸根基团的电荷 计算价层电子对数 单电子也算一对 确定价层电子对的空间构型 根据分子式 即配位数 确定分子的成键数 根据对称性 稳定性原则 确定分子的空间构型 价层电子对的空间构型不一定同于分子的空间构型 要特别注意 如何确定价层电子对的空间构型 中心原子的价层电子对排列方式 一般多考虑900及以下孤对电子的排斥作用尽可能少 键角与价层电子对的空间构型 常见AXm型化合物分子的几何构型 注 分子的空间构型列中红色为电子对的几何构型类型 常见AXm型化合物分子的几何构型 蓝 N 红 O 灰 C 等电子体 键角的比较 104 5 103 98 119 键角的比较 X相同 A
9、不同 比较键角的步骤 判断中心原子的杂化类型 判断价层电子对的性质 成键电子对 孤电子对 判断成键的两端原子电负性的大小 吸电子的能力 a 中心原子不同 则中心原子的电负性大 键角大 中心原子周围电子斥力大 b 配位原子不同 则配位原子的电负性大 键角小 中心原子周围电子斥力小 ONO 1340 键的组成与分子构型及性质 5 关于杂化轨道理论和价层电子对互斥理论 杂化轨道理论 共价键本质 讨论成键过程中的能量问题 成键方式 分子构型 价层电子对互斥理论 从中心原子价层的稳定性角度讨论分子的空间构型及分子的稳定性 前者是理论 说明实质 后者是经验规则 操作性强 两者可结合起来使用 最后均要为实验
10、所证实 关于大 键及共振体 6 共价键的键参数及意义 键能 成键时放出的能量 键能越大键越牢固 键级 象征共价键的个数 但可以是小数 键级大于或等于零 键角 分子中键与键之间的夹角 表征分子的空间结构 键长 成键的两个原子的核间距 象征键的强度 键长短 键强度大 键的极性 形成共价键的两个原子的电负性差值的表征 差值大 键的极性强 键能 键级 键长与能量有关 键角 键长与分子的空间结构有关 键的极性与偶极矩有关 判断下列物种的几何构型 并指出中心原子采取何种杂化方式 1 AsF4 2 XeOF3 3 SF5 4 Cl2CO 5 I3 6 I3 用价层电子对互斥理论预言下列分子或离子的尽可能准确的几何形状 并估计中心原子的杂化类型 PCl3 2 PCl5 3 SF2 4 SF4 5 SF6 6 ClF3 7 IF4 8 ICl2 9 PH4 10 CO32 11 OF2 12 XeF4
