[理学]基础化学

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1、授课教员 张欣荣 杨峰第十章第十章分子结构分子结构 H2O分子为什么有极性？ H2O分子中的两个H-O键是否在 一条直线上？ 能否形成H3O或HO2分子？教学基本要求v掌握现代价键理论要点和键、健的特征。 v掌握杂化轨道理论基本要点，杂化类型，特征 ；等性、不等性杂化概念及应用。 v熟悉用价层电子对互斥理论预测分子空间构型 。 v了解分子轨道理论要点，熟悉第一、二周期同 核双原子分子的分子轨道能级图，并能运用其 同核双原子分子磁性、稳定性。 v了解分子极性，熟悉分子间力类型、特点、产 生原因；氢键形成条件、特征、应用。DNADNA的双螺旋结构的双螺旋结构分子或晶体中相邻两原子或离子间的强烈作用

2、力，成键能量约为几十到几百千焦每摩。第一节 共价键理论covalent bond theory化学键化学键( (chemical bond)chemical bond)chemical bond 共价键(配位键)离子键金属键化学键理论的发展化学键理论的发展共价键是由成键原子双方各自提供外层 单电子组成共用电子对而形成的。形成共价 键后，成键原子一般都达到稀有气体最外层 电子结构。经典共价键理论经典共价键理论1. 自旋方向相反核间距r/pm系统能量E（kj/mol）基态74.3pm二、现代价键理论二、现代价键理论 valence bond theoryvalence bond theory2.自

3、旋方向相同推斥态74.3pm基态H H2 2的基态和排斥态中两核间的电子云分布的基态和排斥态中两核间的电子云分布价键理论的要点价键理论的要点1.成键的两个原子必须具有自旋方向相反的未成对电子。2.共价键具有饱和性3.共价键具有方向性-最大重叠原理一个原子能形成共价键的数目取决于该 原子中的单电子数目。 在形成共价键时，电子云总是尽可能地 达到最大程度的重叠。 例：HF9F：1s22s22p5H：非最大重叠 最大重叠2s2p1ss-ss-pp-p1.键：原子轨道沿键轴方向以“头碰头”的形式重叠形成的共价键。 共价键的类型共价键的类型键的电子云界面图 键的特点：电子云离核较近，能量低。故键比较牢固

4、，可旋转不断，是首选成键 方式。2.键:原子轨道沿键轴方向“肩并肩”式重 叠形成的共价键称为键。 7N 2s22p32s2pN2分子的成键方式：键特点： 电子云离核较远，较活泼，易断 ，不能任意旋转，且键一般不能单独存在。叁键： 键+ 2个键成键规律： 单键： 键 双键： 键+键电子云界面图3. 配位键 coordinate covalent bond 共用电子对由某个原子单方提供， 另一个原子提供空轨道。 键能键能 bond energybond energy一般指在298K和标准压力下(100kPa), 将1mol气态AB分子中的化学键断开,使它成为气态A 和B两原子所需能量。E/kJmo

5、l-1。 对于双原子分子: 分子的离解能D 和键能E 在数值上相等。如：DH-H=436kJ/molEH-H=436kJ/mol键参数键参数 bond parameterbond parameterHOH(g) H(g)+OH(g)OH(g) H(g)+O(g)H2O(g) 2H(g)+O(g) D总=926 kJ/molEO-H=D总/2=926/2=463 kJ/mol对于多原子分子 : D1=502 kJ/molD2=424 kJ/molAB键能: 单键1.7时，一般形成离子键 。 ClClClCl 非极性键ClHHCl 极性键-ClNa+NaCl 离子键分子的极性分子的极性整个分子正、

6、负电荷重心重合者为非极性分子 ，不重合者为极性分子。1.非极性共价键: 分子无极性 2.极性共价键 分子结构对称，电荷重心重合，无极性 分子结构不对称，分子有极性例：H2O例：BF3非极性分子极性分子OHHBFFF偶极矩偶极矩dipole moment dipole moment 极性强弱可用偶极矩来衡量。符号为。 表达式为：qLq为正、负电荷重心的电量；L为正、负电荷 重心间距离。的数量级为10-30Cm+q-qHClL1. 现代价键理论认为，N2分子的2个px轨道沿x 轴以_方式重叠可形成_。而具有单 电子的2个py和2个pz轨道以_方式重叠形 成_键。 2. 在Cl2、NH3、NH4Cl

7、、BaCl2、CCl4中，由 非极性键组成的非极性分子是_，由离 子键形成的化合物是_，由极性键形成 的极性分子是_，既有离子键又有共价 键的化合物是_。练习题8O 2s22p42s2p6C 2s22p22s2p问题H2O的键角为什么为104.5 ？如何解释CH4分子的空间构型？理论要点理论要点 ：1.原子在形成分子的过程中,同一原子能量相近的原 子轨道改变了原有轨道的状态(能量、形状、方向), 重新组合成新的轨道杂化轨道(一头大,一头小)。 杂化轨道具有更强的成绩成键能力。2.有几个原子轨道参加杂化,就能组合成几个杂化轨 道。然后,杂化轨道同其他成键原子的原子轨道(或杂 化轨道)成键。 3.

8、杂化轨道的空间取向是取尽可能大的键角,使键角 的斥力之和降低至最低值。杂化轨道理论杂化轨道理论 hybrid orbital theoryhybrid orbital theory2s2p激发态4Be 2s22s2p基态 2psp杂化杂化轨道的类型杂化轨道的类型 sp杂化2s2p激发态5B 2s22p12s2p基态sp2杂化2psp2杂化6C 2s22p2基态2s2p激发态2s2psp3杂化sp3杂化spsp3 3d d杂化杂化 spsp3 3d d2 2杂化杂化杂化轨道的类型与空间结构8O基态2s2p杂化态sp3不等性杂化这种由于有孤对电子存在而形成不完全等同的 杂化轨道的过程叫做不等性杂化

9、。不等性杂化不等性杂化7N基态2s2p杂化态sp3不等性杂化NH3三角锥形激发杂化 sp杂化2p判断C2H2的空间构型？2s2p6C能形成键HHCC判断C2H4的结构?激发能形成键能形成键杂化 sp2杂化6CCC HHHH2、杂化类型：分析中心原子的外层电子结构中心原子处在同一族，其杂化类 型相同小结:1、现代价键理论:饱和性，方向性 杂化理论:空间构型判断空间构型的方法：写出中心原子的电子排布式。找出中心原子与几个原子相连定确能形成几个键确定杂化类型 确定空间构型1.能否用价键理论解释H2O分子的空间 结构？2.是否只有s轨道和p轨道能进行杂化？3.空轨道能否参与杂化？思考题1、指出杂化类型

10、和分子构型PCl3：15P： 3s23p316S：3s23p4sp3不等性杂化， 三角锥形sp3不等性杂化， V型练习题H2S：5B：2s22p114Si：3s23p2sp2等性杂化， 正三角形sp3等性杂化， 正四面体BCl3：SiCl4：理论的基本要点： 分子或离子的空间构型取决于中心原子周围 的价层电子对数。价层电子对是指键电子 与孤对电子。 价层电子对间尽可能远离以使斥力最小。 价层电子对间的斥力大小：孤对孤对孤对成键成键成键 价层电子对互斥理论（价层电子对互斥理论（VSEPRVSEPR法）法） （V Valence alence S Shell hell E Electron lec

11、tron P Pair air R Repulsionepulsion）推断分子或离子的空间构型的具体步骤推断分子或离子的空间构型的具体步骤 确定中心原子的价层电子对数，判断电子 对的空间构型。AXm型分子中，中心原子价电子层中电子 对的数目为：确定中心原子的价电子对数(VP) ，推断分 子（或离子）的空间构型。 注意：a. 当氧族元素作为中心原子时，提供6个电 子；但 作为配位原子时，则可认不提供电子 。 b. 卤族元素作为中心原子时，提供7个电子; 但作为配位原子时，可认为提供1个电子。 c.如果是判断某种离子的结构时，则应加上 或 减 去与电荷数相应的电子数。 d. SEPR法判断共价分

12、子结构的方法：价电子 对（成键电子对+孤电子对）之间的斥力最小 。VP=2 直线形VP=3 平面三角形VP=4 正四面体VP=5 三角双锥VP=6 正八面体O O3 3分子的结构分子的结构O3 中心原子 O 价层电子对数： (6+02)/2=3价电子对构型平面三角形。分子构型为V型O3为sp2不等性杂化成键，2个 键，一个 键PClPCl3 3的分子结构的分子结构PCl3 中心原子P的价层电子对数：(5+13) /2= 4 价电子对的构型为四面体，分子构型为三角锥形。PCl3为sp3不等性杂化成键。COCO2 2的分子结构的分子结构CO2 中心原子C的价层电子对数为：（4+02)/2=2价电子

13、对构型和分子构型都为线形。CO2以sp杂化成键：一个 键，两个 键。OFOF2 2的分子结构的分子结构OF2 中心原子O的价层电子对数为：（6+12）/2=4价电子对构型为四面体，分子构型为V型OF2以sp3不等性杂化成键。1.分子中电子是属于整个分子的，电子是在 整个分子范围内运动。每个电子的运动状 态对应一个分子波函数分(即分子轨道)。 (与表示原子核外电子运动状态相似，不同 之处是分为多中心，而原为单中心）。 2.分子轨道是由原子轨道的线性组合而成， 且分子轨道数等于组合的原子轨道数。 分子轨道理论的基本要点分子轨道理论的基本要点 ：分子轨道理论分子轨道理论3.每个分子轨道分都有一定的能

14、量Ei和图象，分子的能量等于分子中电子所占据的分子轨道能量的总和。 4.分子轨道中，电子的排布与原子轨道中的电子排布规则相同（三原理）分子的性质取决于电子在分子轨道中的排布情况。 分子轨道是由原子轨道组成，原子轨道只有在符合 三条原则的情况下，才能形成有效的分子轨道。 对称性匹配原则：只有对称性相同的原子轨道，才能形成有效的分子轨道。 S-S SPx PxPx PyPy PzPz 是对称性一致的。它们可以组合成分子轨道。 SPy, PxPy, PxPz 是对称性不一 致的。它们不能组合成分子轨道。分子轨道的形成及图象分子轨道的形成及图象对称： 绕键轴旋转1800，轨道形状和符号不变。如：s、

15、px、dx2-y2、dz2轨道都有对称性，可相互组合成 分子轨道。例：px轨道属对称性:-+-+dx2-y2xy+-xzdz2具有对称的 原子轨道yy原子轨道和分子轨道的对称性原子轨道和分子轨道的对称性对称： 绕键轴旋转1800，轨道形状不变而符号相反。如 ：py、pz、dxy、dyz dxz轨道都是对称，可以相 互组合成分子轨道。 xy+-dxyyy节面ns ns 原子轨道的组合 ns ns原子轨道与分子 轨道的形状。ns不同对称性的原子轨道组成不同类型分子轨道ns ns原子轨轨道组组合：ns；nsp原子轨道与分子轨道的形状2pZ,A2pZ,A2pZ,B2pZ,B原子轨道分子轨道反键成键2pZ,A2pZ,B原子轨道分 子 轨 道反键成键p p原子轨道与原子轨道与 分子轨道的形状分子轨道的形状例：H、Cl、O、Na各原子有关价轨道的能量为： 1s(H)=-1318KJ/mnl 2p(O)=-1322KJmnl