第十章--分子结构学习教案

1、会计学1第十章第十章-分子结构分子结构(fn z ji u)第一页，共67页。2化学键：分子内相邻两原子间或化学键：分子内相邻两原子间或(jin hu)晶体中晶体中相邻离子间强烈的相互作用力称为相邻离子间强烈的相互作用力称为。化学键化学键离子键：离子键： 正、负离子间通过正、负离子间通过静电引力静电引力形成。形成。金属键：金属键： 通过共用能流动的通过共用能流动的自由电子自由电子形成。形成。共价键共价键： 通过通过共用电子对共用电子对形成。形成。 人类人类(rnli)发现和合成的化合物发现和合成的化合物90%以上以上都是以共价键相结合的。都是以共价键相结合的。第1页/共67页第二页，共67页。

2、3一、经典一、经典(jngdin)价价键理论键理论第2页/共67页第三页，共67页。4第3页/共67页第四页，共67页。5基态基态(j ti)：两个氢原子的单电子自旋方向相反：两个氢原子的单电子自旋方向相反时，两个时，两个1s轨道才能有效重叠，形成共价键。轨道才能有效重叠，形成共价键。图图1 氢分子的两种可能状态氢分子的两种可能状态 排斥态：电子自旋方向相同的两个氢原子相互接近排斥态：电子自旋方向相同的两个氢原子相互接近时，核间电子云密度减小，两原子不能成键。时，核间电子云密度减小，两原子不能成键。第4页/共67页第五页，共67页。6第5页/共67页第六页，共67页。7第6页/共67页第七页，

3、共67页。8第7页/共67页第八页，共67页。9只能与只能与键共存。键共存。第8页/共67页第九页，共67页。10px - pxH2 ：HF ：F2 ：N2 ：第9页/共67页第十页，共67页。11N原子原子(yunz)的外层价电子构型为：的外层价电子构型为：2s22px12py12pz1图图4 N2分子分子(fnz)形成示形成示意图意图3.3.示例示例(shl)(shl)第10页/共67页第十一页，共67页。12(AA制）制）2.2.配位配位(pi wi)(pi wi)共价键：成键原子一方提供空轨道，另共价键：成键原子一方提供空轨道，另一方提供孤对电子（含轨道）形成共价键。一方提供孤对电子（

4、含轨道）形成共价键。（一方请客）（一方请客）3.3.注意注意 二者形成过程不同，但效果相同。如二者形成过程不同，但效果相同。如NH3 + H+ NH4+ （NH ）第11页/共67页第十二页，共67页。13nPauling和Slater提出了杂化轨道理论第12页/共67页第十三页，共67页。14第二节第二节 杂化轨道杂化轨道(gudo)理论理论一、杂化轨道理论的基本要点一、杂化轨道理论的基本要点 二、杂化轨道类型二、杂化轨道类型(lixng)(lixng)与分子的空间与分子的空间构型构型第13页/共67页第十四页，共67页。15(CH4)第14页/共67页第十五页，共67页。16等性杂化：中心

5、原子的各杂等性杂化：中心原子的各杂化轨道都含有单电子或都是空轨化轨道都含有单电子或都是空轨道；不等性杂化：有孤对电子参道；不等性杂化：有孤对电子参与的杂化。与的杂化。第15页/共67页第十六页，共67页。17等性杂化和不等性杂化的比较等性杂化和不等性杂化的比较(bjio) 等性杂化轨道等性杂化轨道 不等性杂化轨道不等性杂化轨道成分相同；成分相同；都含有单电子或均具有都含有单电子或均具有空轨道；空轨道；与分子构型相同。与分子构型相同。成分不同；成分不同；含有不参加成键的孤对含有不参加成键的孤对电子；电子；与分子构型不相同。与分子构型不相同。第16页/共67页第十七页，共67页。18第17页/共6

6、7页第十八页，共67页。19第18页/共67页第十九页，共67页。20O的价层电子的价层电子(dinz)构型：构型：2s22p4：() ( ) ( ) ( ) 2s 2p第19页/共67页第二十页，共67页。21O价电子构型：价电子构型：2s22p4：() ( ) ( ) ( ) 2s 2p34第20页/共67页第二十一页，共67页。22C的价层电子的价层电子(dinz)构型：构型：() ( ) ( ) ( ) 2s 2p杂化后：杂化后：( ) ( ) ( ) ( ) sp py pz 第21页/共67页第二十二页，共67页。23分子构型：分子构型：平面三角平面三角形形第22页/共67页第二十

7、三页，共67页。24第23页/共67页第二十四页，共67页。25sp2杂化：杂化：C6H6C的价层电子的价层电子(dinz)构型：构型：() ( ) ( ) ( ) 2s 2p杂化后：杂化后：( ) ( ) ( ) ( ) sp2 p第24页/共67页第二十五页，共67页。263. sp3杂化杂化轨道构成轨道构成(guchng)： 1个个ns + 3个个np 4个个sp3杂化轨道夹角杂化轨道夹角： 109.5o分子构型：分子构型： 四面体形四面体形第25页/共67页第二十六页，共67页。27第26页/共67页第二十七页，共67页。28第27页/共67页第二十八页，共67页。29第28页/共67

8、页第二十九页，共67页。30第29页/共67页第三十页，共67页。31表表10-1 sp型的三种型的三种(sn zhn)杂化与分子构型关杂化与分子构型关系系杂化类型杂化类型spsp2sp3（等性）（等性） sp3（不等性）（不等性）参与杂化的参与杂化的原子轨道原子轨道个个个个个个个个个个个个个个个个杂化轨道数杂化轨道数2个个sp3个个sp24个个sp34个个sp3 (含含1或或2对孤对电子对孤对电子)杂化轨道夹杂化轨道夹角角180120109 .590109 .5分子构型分子构型直线直线平面三角平面三角正四面体正四面体三角锥、三角锥、 V形形实例实例BeCl2、C2H2BF3CH4、CCl4N

9、H3 、 H2O第30页/共67页第三十一页，共67页。32 第三节第三节 价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论(lln) (lln) Valence-shell Electron-pair Repulsion Theory Valence-shell Electron-pair Repulsion Theory一、作用一、作用二、要点二、要点三、判断三、判断(pndun)分子空间构型的步骤分子空间构型的步骤四、应用实例四、应用实例一、作用（预测分子的空间构型）一、作用（预测分子的空间构型） 若知分子的中心原子的杂化类型若知分子的中心原子的杂化类型则可知分子则可知分子的空间构型；但事先无法预知

10、杂化类型。的空间构型；但事先无法预知杂化类型。Sidgwick：ALn第31页/共67页第三十二页，共67页。33二、基本要点：二、基本要点： 1.分子的空间构型取决于中心原子的价层电子分子的空间构型取决于中心原子的价层电子 对的数目和构成对的数目和构成(guchng)。 VP = BP + LP (价层价层) (成键成键) (孤对孤对)2.中心原子的价层电子对尽可能远离，以使斥中心原子的价层电子对尽可能远离，以使斥 力最小。力最小。LP-LP LP-BP BP-BP3. VP和和LP的数目和构成的数目和构成(guchng)决定分子的决定分子的空间构型。空间构型。 第32页/共67页第三十三页

11、，共67页。34第33页/共67页第三十四页，共67页。35第34页/共67页第三十五页，共67页。36 第35页/共67页第三十六页，共67页。37系统系统状态状态未成键未成键成成键键第36页/共67页第三十七页，共67页。38*反键分子反键分子(fnz)轨道轨道 能量升高。能量升高。一、分子轨道一、分子轨道(gudo)的理论要点的理论要点第37页/共67页第三十八页，共67页。393. 轨道形成三原则轨道形成三原则 原子轨道组合成分子轨道时，要遵循对原子轨道组合成分子轨道时，要遵循对 称性匹配、能量相近和轨道最大重叠称性匹配、能量相近和轨道最大重叠(chngdi)三原三原则。则。 (组成分

12、子轨道的必要条件组成分子轨道的必要条件) （1）对称性匹配原则）对称性匹配原则 ：只有对称性匹配：只有对称性匹配 的原子轨道才能组合成分子轨道。的原子轨道才能组合成分子轨道。 第38页/共67页第三十九页，共67页。40图图15 原子轨道对称性示意图原子轨道对称性示意图第39页/共67页第四十页，共67页。41第40页/共67页第四十一页，共67页。42第41页/共67页第四十二页，共67页。43第42页/共67页第四十三页，共67页。44第43页/共67页第四十四页，共67页。45（一）部分（一）部分(b fen)同核双原子分子的分子轨道能级同核双原子分子的分子轨道能级图图1.O2，F2分子

13、轨道能级分子轨道能级(nngj)顺序：顺序：1s 1s* 2s 2s* 2px 2py =2pz 2py* = 2pz* 2px * 2.Li2，Be,2 B2, C2, N2分子分子(fnz)轨道能级顺序轨道能级顺序：1s 1s* 2s 2s*2py =2pz 2px 2py* = 2pz* 14 14，则采用，则采用O2O2分分子的能级顺序（子的能级顺序（NONO） 。 CO CO分子结构（为分子结构（为N2N2分子的等电子体分子的等电子体 ）：COCO的分子轨道式为：的分子轨道式为： (1s)2( (1s)2(* *1s 1s )2(2s)2()2(2s)2(* *2s)2 2s)2 (

14、2py)2(2pz)2(2px)2(2py)2(2pz)2(2px)2。 结构相似结构相似性质也非常相似。性质也非常相似。 （三）异核双原子（三）异核双原子(yunz)分子的分子分子的分子轨道轨道第51页/共67页第五十二页，共67页。532.异核双原子分子的分子轨道能级异核双原子分子的分子轨道能级 根据能量相近原则根据能量相近原则(yunz)两个异核原子可以利两个异核原子可以利用最外层原子轨道组成不对称分子轨道。用最外层原子轨道组成不对称分子轨道。 如如HF的形成：的形成：HF分子轨道表示式：分子轨道表示式：2224(1) (2) (3 ) (1)nonnonnon成键轨道：成键轨道： 3

15、3反键轨道：反键轨道：44空轨道空轨道 非键轨道：非键轨道： 1 1、 2 2 和和11轨道基本上保持原来轨道基本上保持原来(yunli)(yunli)原子轨道的性质，其能量未变，称为原子轨道的性质，其能量未变，称为。第52页/共67页第五十三页，共67页。54N2p2p2s2s1s1sNOO21543261HHFF22s11snonnon1s2p341non图图17 HF17 HF分子分子(fnz)(fnz)轨道能级图轨道能级图 第53页/共67页第五十四页，共67页。55第54页/共67页第五十五页，共67页。56第55页/共67页第五十六页，共67页。57第56页/共67页第五十七页，共

16、67页。581.取向(q xin)力（orientation force）（2）作用范围）作用范围(fnwi) 极性分子极性分子 极性分子极性分子（1）定义）定义 由极性分子由极性分子(fnz)的永久偶极的定向排列的永久偶极的定向排列而产生的分子而产生的分子(fnz)间吸引力。间吸引力。第57页/共67页第五十八页，共67页。59（3）产生原因）产生原因 极性分子具有永久偶极，当相互接近极性分子具有永久偶极，当相互接近(jijn)时时，分子将产生转动，产生极性交替的定向排列。，分子将产生转动，产生极性交替的定向排列。（4）影响取向力大小的因素）影响取向力大小的因素 分子的极性愈强，则其取向力愈

17、强。分子的极性愈强，则其取向力愈强。（5）取向力的本质）取向力的本质 静电引力静电引力第58页/共67页第五十九页，共67页。602.诱导(yudo)力（induction force）（2）作用）作用(zuyng)范围范围 极性分子极性分子 极性分子；极性分子极性分子；极性分子 非极性分子非极性分子（1）定义）定义(dngy) 诱导力：诱导力： 极性分子的永久偶极与诱导偶极之极性分子的永久偶极与诱导偶极之间的相互作用力。间的相互作用力。第59页/共67页第六十页，共67页。61（3）产生原因）产生原因 极性分子极性分子(fnz)具有永久偶极，会使其他分子具有永久偶极，会使其他分子(fnz)产

18、生诱导偶极，由此产生了诱导力。产生诱导偶极，由此产生了诱导力。（4）影响诱导力大小）影响诱导力大小(dxio)的因素的因素 分子的极性愈强，被诱导分子的变形性愈分子的极性愈强，被诱导分子的变形性愈强，则产生的诱导力愈强。强，则产生的诱导力愈强。（5）诱导）诱导(yudo)力的本质力的本质 静电引力静电引力第60页/共67页第六十一页，共67页。623.色散(ssn)力（dispersion force）（2）作用）作用(zuyng)范围范围 极性分子极性分子 极性分子；极性分子极性分子；极性分子 非极性分子；非极性分子； 非极性分子非极性分子 非极性分子。非极性分子。（1）定义）定义色散力：由瞬间色散力：由瞬间(shn jin)偶极产生的分子之间的作用偶极产生的分子之间的作用力。力。第61页/共67页第六十二页，共67页。63（3）产生原因）产生原因 电子的运动和原子核的振动电子的运