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1、第二章第二章 分子结构分子结构复习复习: : 几种非金属原子的几种非金属原子的外围电子构型外围电子构型H:Be:B:C:1s12s22s22p12s22px12py02pz02s22p22s22px12py12pz0复习复习: : 几种非金属原子的几种非金属原子的外围电子构型外围电子构型N:O:F:Cl: 3s23px23py23pz1P: 3s23px13py13pz1S: 3s23px23py13pz12s22p32s22px12py12pz12s22p42s22px22py12pz12s22p52s22px22py22pz11.由原子由原子 宏观物质的几种结合方式宏观物质的几种结合方式金
2、属原子金属原子 金属物质：金属物质： 金属键金属键(metallic bonding）金属原子和非金属原子金属原子和非金属原子 盐：盐： 离子键（离子键（ionic bonding）非金属原子非金属原子 分子分子 非金属物质：非金属物质： 共价键（共价键（covalent bonding）2.化学键化学键-原子间强的作用力原子间强的作用力化学键化学键(chemical bonding )：物质中，原子之：物质中，原子之间的强烈作用力。间的强烈作用力。化学键分为：离子键，共价键和金属键。化学键分为：离子键，共价键和金属键。化学反应的本质化学反应的本质: 旧化学键的断裂，新化学键旧化学键的断裂，新
3、化学键的形成。的形成。3.分子结构的研究内容分子结构的研究内容非金属原子之间非金属原子之间 用用共价键共价键 形形成分子，分子之间成分子，分子之间 用用分子间作用分子间作用力力(van der Waals interactions) 形形成宏观物质成宏观物质 。本章主要内容本章主要内容2.1共价键的基本理论共价键的基本理论2.2简单分子的几何构型简单分子的几何构型2.5分子之间的作用力分子之间的作用力2.1 共价键共价键（covalent bonding） 原子之间原子之间电负性电负性相差相差不大不大, ,甚至甚至相同相同时，时，通过通过共享电子共享电子的形式形成的形式形成化学键化学键，就是，
4、就是共价共价键键。共价键理论的发展共价键理论的发展 最早的共价键理论，最早的共价键理论，1916年路易斯提出：年路易斯提出：原子通过共用电子对来达到稀有气体稳定结原子通过共用电子对来达到稀有气体稳定结构，即构，即八电子规则八电子规则。可以解释可以解释H2 , O2 , N2 , HCl , H2O, NH3 等。等。不能解释不能解释BCl3 , PCl5等的存在。等的存在。不能说明共价键的本质和分子的几何构型。不能说明共价键的本质和分子的几何构型。1927年（薛定谔方程提出的第二年）德国物理学家年（薛定谔方程提出的第二年）德国物理学家海特勒（海特勒（Heitler）和伦敦（）和伦敦（Londo
5、n）用量子力学处）用量子力学处理了理了H2分子，提出了分子，提出了价键理论价键理论（Valence Bond Theory简称简称VB法），阐明了共价键的本质，奠定了法），阐明了共价键的本质，奠定了现代共价键理论。现代共价键理论。但不能说明复杂分子的几何构型，也不能解释但不能说明复杂分子的几何构型，也不能解释PCl5等的存在。等的存在。1931年美国化学家鲍林（年美国化学家鲍林（L. Pauling）提出了）提出了杂杂化轨道理论化轨道理论（Hybrid Orbital Theory），对分子），对分子的几何构型作出了解释，发展了的几何构型作出了解释，发展了VB法。法。1932年美国化学家密立根
6、（年美国化学家密立根（R.S.Muliken）和德）和德国化学家洪德（国化学家洪德（F. Hund）从另一角度提出了）从另一角度提出了分分子轨道理论子轨道理论（Molecular Orbital Theory简称简称MO法），成功地解释了许多分子的性质和反应的性法），成功地解释了许多分子的性质和反应的性能。能。2.1.1 现代价键理论现代价键理论-VB-VB法法1.共价键的形成共价键的形成海特勒（海特勒（Heitler）和伦敦（）和伦敦（London）对）对H2分分子进行量子力学处理时发现：子进行量子力学处理时发现：两个氢原子相互靠近时会出现两个氢原子相互靠近时会出现两种两种情况情况情况情况1
7、：两个氢原子各自带一个自旋：两个氢原子各自带一个自旋相同相同的电子的电子相靠近相靠近得到的得到的总能量总能量高于高于两个原子轨道两个原子轨道能量能量总和总和体系处于激发态，不形成化学键。体系处于激发态，不形成化学键。 两个两个H原子之间的距离原子之间的距离RH+HE2能能量量变变化化距离减小距离减小H原子原子1H原子原子2靠近靠近1s轨道轨道1s轨道轨道情况情况2：两个氢原子各自带一个自旋：两个氢原子各自带一个自旋相反相反的电子的电子相靠近相靠近得到的总能量在原子间距离为得到的总能量在原子间距离为R0时时能量最低能量最低体系处于基态，形成化学键。体系处于基态，形成化学键。H原子原子1H原子原子
8、2靠近靠近E1两个两个H原子之间的距离原子之间的距离RH+H能能量量变变化化距离减小距离减小R0E0核间距离的计算值核间距离的计算值R0（87pm），与实验值），与实验值（74pm）基本一致。说明）基本一致。说明Heitler和和London的的量子力学处理结果基本正确。量子力学处理结果基本正确。氢分子中两个氢原子的核间距氢分子中两个氢原子的核间距74pm比氢原子比氢原子的半径和（的半径和（52.9pm2）小，即）小，即 74pm 双键双键 叁键。叁键。键键 角角分子中键和键之间的夹角称为键角分子中键和键之间的夹角称为键角()。键角和键长是表征分子几何构型的重要参数。键角和键长是表征分子几何构
9、型的重要参数。双原子分子，总是直线型；双原子分子，总是直线型；对于多原子分子，几何构型要根据原子在空间对于多原子分子，几何构型要根据原子在空间排列情况而定。排列情况而定。键键 矩矩键的键的偶极矩偶极矩称为键矩，是衡量称为键矩，是衡量键的极性键的极性的物理量。的物理量。极性键：极性键：电负性不同的原子形成的共价键，为极性共价电负性不同的原子形成的共价键，为极性共价键，简称极性键键，简称极性键非极非极 性键：性键：电负性相同的原子形成的共价键。电负性相同的原子形成的共价键。H Cl2.13.0H H2.12.1q+q -q+q-l成键原子电负性差值越大，键矩越大，键的极性越大成键原子电负性差值越大
10、，键矩越大，键的极性越大。2.2杂化轨道理论与分子的几何构型杂化轨道理论与分子的几何构型* 价键理论无法解释多原子分子的几何构型，价键理论无法解释多原子分子的几何构型，例如，例如，BeCl2，BCl3，CH4等。等。1931年鲍林在价键理论的基础上，根据电子年鲍林在价键理论的基础上，根据电子的波动性和波的叠加原理提出了杂化轨道理的波动性和波的叠加原理提出了杂化轨道理论。论。杂化理论的要点杂化理论的要点一个原子和周围原子成键时，一个原子和周围原子成键时，其价层中的若干个能量相近的不同类型的原其价层中的若干个能量相近的不同类型的原子轨道（子轨道（s，p，d）经过叠加，）经过叠加，重新分配能量和调整
11、伸展方向，组合成新的重新分配能量和调整伸展方向，组合成新的有利于成键的轨道，有利于成键的轨道，这个过程称为原子轨道的这个过程称为原子轨道的杂化杂化，形成的新轨，形成的新轨道称为道称为杂化轨道杂化轨道。杂化理论的要点杂化理论的要点杂化轨道比原来未杂化的轨道成键能力更强，杂化轨道比原来未杂化的轨道成键能力更强，形成的化学键更牢固，分子更稳定。形成的化学键更牢固，分子更稳定。2.2.1 sp杂化杂化由一个由一个ns轨道和一个轨道和一个np轨道进行杂化的过程轨道进行杂化的过程叫叫sp杂化。形成杂化。形成两个两个sp杂化轨道。杂化轨道。+-+-+-+-+-+-+-两个两个spsp杂化轨道的空间分布，以及
12、与未参与杂杂化轨道的空间分布，以及与未参与杂化的化的p p轨道的关系轨道的关系以气态以气态BeCl2为例为例Be原子基态外围电子结构为原子基态外围电子结构为2s22p0。每个轨。每个轨道用圆圈表示。每个电子用道用圆圈表示。每个电子用或或表示。表示。2s22p0激发激发2s12p1杂杂化化两个两个sp杂化轨道杂化轨道的空间分布呈线的空间分布呈线形形+-+-两个两个sp杂化轨道。分别与两杂化轨道。分别与两个个Cl原子原子3p轨道重叠成键轨道重叠成键+-+-BeClCl直线型分子直线型分子作作 业业P541，2，9，11，13第第13题说明如下：题说明如下：液态水；液态水；氨水（氨分子和水分子之间）；氨水（氨分子和水分子之间）；酒精（乙醇分子和水分子之间）；酒精（乙醇分子和水分子之间）；碘的四氯化碳溶液；碘的四氯化碳溶液；碘的酒精溶液（碘分子和乙醇分子之间）碘的酒精溶液（碘分子和乙醇分子之间）硫化氢水溶液（硫化氢分子和水分子之间）硫化氢水溶液（硫化氢分子和水分子之间）
