杂化轨道理论要点.ppt
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1、分子结构,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),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,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
2、1.7以上。,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+:3d 64s2 3d 5,Mn2+:3 d 54s2 3d 5,2.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)917电子构型:Fe2+、Cr3+、
3、Cu2+(d区),3.离子的半径,正、负离子间静电吸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,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。,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,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
4、)相互重叠的两个原子轨道要尽可能沿着能发生最 大重叠的方向进行重叠 最大重叠原则。,3.共价键的特征,A:饱和性,H(1s1)Cl(3s23p5)HCl N(2s22px12py12pz1)NN,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。,H2 NH3,两个电子配对,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,HCl 1s3px,重叠越大,形成的键越牢固 共价键具有方向性。,H2 1s1s,F2,H2,HF,电子云重叠示意图,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
5、类型,头对头,轨道重叠,电子云分布,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,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、CH2CH2、CHCH;,N2分子中的3个共价键为什么不全是键呢?,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:2s22px12py12pz0 O原子:2s22px12py12pz2,5.配位键,如:CO,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
6、种特殊的共价键。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。,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:sp sp2 sp3,2.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
7、前后原子轨道数目不变: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)。,实验测得:两个共价键,直线形分子(键角180)ClBeCl,(1)BeCl2分子的形成,Be原子:1s22s2 没有单个电子,,Cl,Cl,Be,一个s 和一个 p 轨道杂化,+,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1/2 s 轨道和1/2 p 轨道的成分两个轨道间的夹角为180,呈直线型,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
8、采取sp杂化。如BeBr2、HgCl2。,(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 1/3 s 轨道和 2/3 p 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。,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。,(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。
9、,每个sp3杂化轨道的形状也为一头大,一头小,含有 1/4 s 轨道和 3/4 p 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,sp3杂化轨道,实验测得,四个共价键,正四面体形分子(键角10928),CH4分子的形成:,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,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)sp 1/2 s,1/2 p 180 sp2 1/3 s,2/3 p 1
10、20 sp3 1/4 s,3/4p 10928(p)p 90,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。,实验测得,三角锥形分子,键角107,NH3 分子,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。,H2O 分子:实验测得,V字形分子,键角10429,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?
11、,H2O 分子,O原子成键前先进行了SP3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:10429,杂化,O原子:2s22p4,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、B ns2 sp等性 直线形 180 BeCl2、HgCl2 A ns2np1 sp2等性 平面三角形 120 BF3、BBr3 A ns2np2 sp3等性(正)四面体 10928 CCl4、SiHCl3 A ns2np3 sp3不等性 三角锥形 10928 NH3、PH3 A ns2np4 sp3不等性 V字形 10928 H2O、H2S,四
12、 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、价层电子对互斥理论的应用实例,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。,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,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
13、下:(1)确定中心原子的价层电子对数:价层电子对数(中心原子的价电子数 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。,(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。,二、价层电子对互斥理论的应用实例,在CH4
14、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,(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。,(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
15、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。,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,2 0 AB2,直线形HgCl2,3 0 AB3,2 1 AB2,价,层,电,子,对,数,平面三角形 BF3,角形,PbCl2,布,方式,4,四面体,4 0 AB4,3 1 AB3,2 2 AB2,正四面体 CH4,三角锥形 NH3,角形,H2O,布,布方式,体,5,三角双锥,50 AB5,4 1 AB4,3 2 AB3,2 3 AB2,三角双
16、锥 PCl5,变形四面 SF4,T形 ClF3,直线形,布,布方式,形,6,八面体,60 AB6,51 AB5,42 AB4,正八面体 SF6,四方锥形,IF5,平面正方,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,(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
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