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1、第二节配合物的化学键理论,第二节,普通化学多媒体电子教案,分子结构,自然界里，通常所遇到的物质，多数不是以单原子存在，而是以原子间相互作用结合成分子或晶体的状态存在。,如： O2(g) 双原子分子 金属铜 金属晶体 NaCl (s) 离子晶体,物质的性质不仅与原子结构有关，还与分子的结构有关。,分子结构,化学键 分子的几何构型,化学键类型：电价键(离子键) 共价键(原子键) 金属键,主要内容,主要内容,键参数 价键理论 杂化轨道理论 分子轨道理论 分子间力和氢键,第二节 分子的结构与性质,基本要求,基本要求,1. 价键理论的基本要点,2. 分子的几何构型和杂化轨道理论的基本要点及其应用,3.
2、分子轨道理论的基本概念及其应用,4. 分子间力和氢键,第二节 分子的结构与性质,第一节键参数,工程化学多媒体电子教案,第二节 分子结构与性质,2-1 键参数,键参数,表征化学键性质的物理量,如 键能、键长、键角,2-1-1键能,2-1-1 键能,如,键能越大，化学键越牢固,2-1-1 键能,对多原子分子, 键能=逐级离解能的平均值。 H2O(g) H(g) + OH(g) D (H-OH) = 498 kJmol-1 OH(g) H(g) + O(g) D (O-H) = 428 kJmol-1 E (O-H)=D (H-OH)+D (O-H)=463kJmol-1,2-1-2键长,2-1-2
3、 键长(Lb),2-1-3键角,2-1-3 键角,已知分子的键长和键角, 就可确定分子的几何构型。,共价键理论,现代价键理论是建立在量子力学 基础上，主要有：,价键理论：认为成键电子只能在以化 学键相连的两原子间的区 域内运动。,分子轨道理论：认为成键电子可以在 整个分子的区域内运动。,2-1共价键,2-2-1 共价键,实验测知: H2 核间距74pm H 玻尔半径53pm,说明H2分子的形成： 成键电子的轨道发生了重叠，使核间形成了 电子概率密度较大的区域，削弱了两核间的 正电排斥，增强了核间电子云对核的吸引， 使体系能量降低，形成共价键。,共价键的形成以H2为例,共价键：原子间由于成键电子
4、的原子轨道 重叠而形成的化学键,价键理论要点,价键理论(电子配对法)要点,共价键特征,共价键特征,饱和性:原子有几个未成对的价电子, 一般 只能和几个自旋方向相反的电子配对成键。,在特定的条件下，有的成对的价电子能被拆开为单电子参与成键。,例,共价键特征,方向性:为满足最大重叠原理，成键时原 子轨道只能沿着轨道伸展的方向重叠。,+,+,+,+,+,+,-,-,-,原子轨道的重叠,原子轨道的重叠,只有当原子轨道对称性相同的部分重叠，原子间的概率密度才会增大,形成化学键。,原子轨道重叠的对称性原则,当两原子轨道以对称性相同的部分(即”+”与”+”、”-”与”-”)重叠。,+,共价键的类型,共价键的
5、类型,键、键、键,对键轴(x轴)具有圆柱形对称性,x x,x,对xy平面具有反对称性,即重叠部分对xy平面的上、下两侧，形状相同、符号相反。,例N2,价键结构式,NN,分子结构式,化学键示意图,电子：形成键的电子,电子：形成键的电子,共价键的类型,配位共价键,2. 另一个原子价层有空轨道(电子接受体),例 CO,2-离子键,2-2-2 离子键,离子键,键型过渡,越大，键的极性越强。,极性键含有少量离子键和大量共价键成分， 大多数离子键只是离子键成分占优势而已。,键型过渡, 2.1-2.1=0 2.5-2.1=0.4 2.2-2.1=0.7 3.0-2.1=0.9 4.0-2.1=1.9 4.0
6、-0.9=3.1,2-1价键理论的局限性,2-3-1 价键理论的局限性,如CH4,形成四个CH 键不完全相同。 与实际不符。,2-3-2 杂化轨道理论,2-3-2 杂化轨道理论,杂化轨道理论的要点,为解决价键理论的局限性，鲍林在价键 理论中引入了杂化轨道的概念。,杂化轨道理论的要点,杂化轨道理论的要点,y y y,y,x x x x,y y y,y y y y,x x,x,x x x x,+ = =,+,+ = =,=, +,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,_,_,_,_,_,_,_,_,_,杂化轨道理论的要点,杂化类型,杂化类型,例 BeCl2,杂化类型,sp2杂化个
7、s 轨道+2个p 轨道,+,+,+,_,_,_,120,杂化类型,sp2杂化个s 轨道+2个p 轨道,杂化类型,sp3杂化个s 轨道+3个p 轨道,+,+,+,+,_,_,_,_,109 28,杂化类型,sp3杂化个s 轨道+3个p 轨道,例 CH4,杂化类型,不等性sp3杂化,例 NH3,N,三角锥形,杂化类型,不等性sp3杂化,例 H2O,O,不等性sp3,折线(V)形,其它杂化类型 如 s-p-d 或 d-s-p,例 SF6 sp3d2杂化,S,F,F,F,F,F,F,+,+,+,+,+,+,_,_,_,_,_,_,正八面体,不能解释有的分子的结构和性质,价键理论的局限性,如 O2,O
8、O,2s 2s,2p 2p,OO,O=O,根据价键理论，氧分子中有一个键和一个 键，其电子全部成对。 但经磁性实验测定，氧分子有两个不成对 的电子，自旋平行，表现出顺磁性。,如 O2,O O,2s 2s,2p 2p,OO,O=O,价键理论的局限性,2-4-1价键理论的局限性,2-4-1 分子轨道的基本概念,2-4-2分子轨道的形成,2-4-2 分子轨道的形成,s-s原子轨道的组合,p-p原子轨道的组合,2-4-2分子轨道的形成,2-4-3 分子轨道的能级,每种分子的每个分子轨道都有确定的能量， 不同种分子的分子轨道能量是不同的， 可通过光谱实验确定。,O2、F2分子的分子轨道能级,1s*1s2
9、s *2s2px 2py=2pz *2py=*2pz *2px,能量,O2、F2分子，分子轨道的能级,1s,1s,2s,2s,2p,2p,A.O M.O A.O,例F2,1s,1s,2s,2s,2p,2p,A.O M.O A.O,1s*1s2s *2s 2py=2pz 2px *2py=*2pz *2px,能量,能量,A.O M.O A.O,1s,1s,2s,2s,2p,2p,例 N2,2-4-分子轨道的应用,2-4-4 分子轨道的应用,推测分子的存在和阐明分子的结构,1s 1s,2s 2s,描述分子的结构稳定性,键级分子中净成键电子数的一半,注意：键级只能粗略估计分子稳定性的相 对大小，实际
10、上键级相同的分子稳 定性也有差别。,预言分子的磁性,顺磁性有未成对电子的分子，在磁场 中顺磁场方向排列的性质。 具有此性质的物质顺磁性物质。,反磁性无未成对电子的分子，在磁场 中无顺磁场方向排列的性质。 具有此性质的物质反磁性物质。,1s,1s,2s,2s,2p,2p,A.O M.O A.O,例 O2,1个键、 2个三电子键,O2为顺磁性物质,分子间力,气体液化成液体，液体凝固成固体。 表明在物质分子间还存在着相互作用力， 这种分子间力称为范德华力。,分子间力是决定物质的沸点、熔点、 气化热，熔化热、溶解度、表面张力、 粘度等性质的主要因素。,2-5-1 分子的极性和变形性,2-5-1 分子的
11、极性和变形性,分子的极性,电荷中心正电荷或负电荷的集中点,如果分子的正电荷中心和负电荷中心 不重合在同一点上,那么分子就具有极性。,分子的极性,两个相同原子组成的分子，正、负电荷中心重合，不具有极性，为非极性分子。,例 H2,不同原子组成的分子，负电荷中心比正电荷中心更偏向电负性大的原子，使正、负电荷中心不重合，为极性分子。,即 双原子分子 分子的极性取决于键的极性 有极性键的分子一定是极性分子 极性分子一定含有极性键,分子的极性,多原子分子,例 H2O,极性分子,CO2,非极性分子,分子的极性,键的极性 取决于成键两原子共用电子对的偏离,分子的极性 取决于分子中正、负电荷中心是否重合。,分子
12、类型,分子的极性,分子中电荷中心的电荷量(q)与正、负电荷中心距离(d)的乘积。,=q d,d偶极长度; 库米(Cm),=0 非极性分子 极性分子,越大, 分子极性越强。,根据可以推断某些分子的几何构型 如CS2 =0 则为直线形分子 SO2 =5.33 则为V形分子,分子的变形性,(诱导) E E 电场强度, 极化率 E一定时，越大，分子变形性越大。,分子的变形性,极性分子,取向 变形,定向极化 变形极化,固有偶极 诱导偶极,分子的偶极=固有偶极+诱导偶极,极性分子本身是个微电场， 因而，极性分子与极性分子之间， 极性分子与非极性分子之间 也会发生极化作用。,2-5-2 分子间力,2-5-2
13、 分子间力,分子间力的种类,色散力 诱导力 取向力,分子间力的产生,非极性分子正负电荷中心重合，分子没有极性。但电子在运动，原子核也在不停地振动。使原子核与电子云之间发生瞬时的相对位移。正、负电荷中心暂时不重合，产生瞬时偶极。这种瞬时偶极尽管存在时间极短，但电子和原子核总在不停地运动，瞬时偶极不断的出现。,色散力分子间由于瞬时偶极所产生 的作用力。,分子间力的产生,1. 由于电子与原子核的相对运动，极性分子也会出现瞬时偶极，所以非极性分子与极性分子之间也存在色散力。,2. 非极性分子在极性分子固有偶极作用下，发生变形，产生诱导偶极，诱导偶极与固有偶极之间的作用力称为诱导力。,分子间力的产生,3
14、. 存在色散力。,2. 极性分子定向极化后，会进一步产生诱 导偶极，存在诱导力。,1. 极性分子相互靠近时，发生定向极化， 由固有偶极的取向而产生的作用力称 为取向力。,分子间力的产生,分子间力的特点,分子间力的影响因素,分子间距离：分子间距离越大， 分子间力越弱。,分子间力对物质性质的影响,一般来说,结构相似的同系列物质 相对分子质量越大,分子变形性越大, 分子间力越强，熔、沸点越高。,分子间力对物质性质的影响,溶质或溶剂分子的变形性越大， 分子间力越大，溶解度越大。,2-5-3氢键,2-5-3 氢键,t/,周期数,2 3 4 5 2 3 4 5,同周期氢化物熔、沸点随相对分子质量的增大而升高，但NH3、H2O、HF特殊。,100 0 -10
