無(wú)機(jī)化學(xué)分子結(jié)構(gòu)、價(jià)鍵理論和分子軌道特點(diǎn)與作用

1、Chapter 6： Molecular Structure分子結(jié)構(gòu)、價(jià)鍵理論和分子軌道特點(diǎn)與作用1.掌握價(jià)鍵理論的內(nèi)容；會(huì)用價(jià)鍵理論解釋共價(jià)鍵的特征，會(huì)用價(jià)電子對(duì)互斥理論和雜化軌道理論解釋簡(jiǎn)單的分子結(jié)構(gòu)。2.認(rèn)識(shí)化學(xué)鍵的本質(zhì)；掌握離子鍵的形成及其特點(diǎn)，離子的特征，離子極化概念。3.初步認(rèn)識(shí)分子軌道，掌握第二周期元素的分子軌道特點(diǎn)。4.認(rèn)識(shí)分子間作用力和氫鍵的本質(zhì)，用其解釋對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響。 本章教學(xué)要求 研究分子結(jié)構(gòu)的主要內(nèi)容是研究原子是如何結(jié)合成分子的，即化學(xué)鍵問(wèn)題。 化學(xué)鍵一般可分為離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵,重點(diǎn)討論前兩者。 由于物質(zhì)的性質(zhì)與分子結(jié)構(gòu)有關(guān),因此,介紹一些物質(zhì)的性質(zhì),如：分子

2、極性，磁性，氫鍵。前言價(jià)鍵理論第一節(jié) 共 價(jià) 鍵 理 論 電負(fù)性相差較?。╔p）的原子之間將如何成鍵呢? 電負(fù)性相差較大的原子間發(fā)生電子的轉(zhuǎn)移，形成正、負(fù)離子,陰、陽(yáng)離子間通過(guò)靜電作用而形成離子鍵，構(gòu)成分子。第一節(jié) 共 價(jià) 鍵 理 論前言 1916年路易斯提出了原子之間共有電子對(duì)成鍵的概念（八 隅 律） 路易斯學(xué)說(shuō)為什么皆帶負(fù)電荷的兩個(gè)電子不相斥，反而互相配對(duì)呢？ClClNNClClNN前言一、價(jià)鍵理論（電子配對(duì)理論）VB法RoD能量0核間距穩(wěn)定態(tài)排斥態(tài)穩(wěn)定態(tài)HH1927年海特勒和倫敦用量子力學(xué)處理由氫原子形成氫氣分子的過(guò)程:一、價(jià)鍵理論（電子配對(duì)理論）VB法1.共價(jià)鍵的本質(zhì) 當(dāng)兩個(gè)原子接近時(shí)

3、，如兩個(gè)電子是反方向自旋，在達(dá)平衡距離之前原子是相互吸引的，體系能量隨距離的縮能量隨距離的縮短而不斷降低，從而形成穩(wěn)定的共價(jià)鍵。 氫分子的兩種狀態(tài) 核間距R能量0EaEsR0DHH+12（）排斥態(tài) （）基 態(tài)原子軌道發(fā)生有效重疊，電子在兩核間出現(xiàn)的機(jī)會(huì)較多，即電子云密度增大，此電子云加強(qiáng)了電子云對(duì)兩核的吸引力-電荷橋。有節(jié)面H2分子的整體電子云圖一、價(jià)鍵理論（電子配對(duì)理論）VB法電子云密度增大 共價(jià)鍵的定義 這種由自旋方向相反的單電子配對(duì),原子軌道發(fā)生空間上的最大可能的重疊, 從而增強(qiáng)兩核間的電子云的密度,有效地加強(qiáng)了核中心對(duì)兩核間的電子云吸引，所形成的化學(xué)鍵,稱為共價(jià)鍵。2.穩(wěn)定共價(jià)鍵的形成

4、條件1）電子配對(duì)原則: 自旋方向相反的單電子相互接近時(shí)，才可形成穩(wěn)定的共價(jià)鍵。2） 最大重疊原則: 成鍵電子的原子軌道重疊越多，兩核之間電子的幾率密度越大，形成的共價(jià)鍵越牢固。 一、價(jià)鍵理論（電子配對(duì)理論）VB法3.共價(jià)鍵的特征a.飽和性 基態(tài)原子的未成對(duì)電子數(shù)是一定的,因此它能形成的共價(jià)鍵數(shù) 也是一定的。例如：N : 1S22S22P33p1s2s 2Px 2Py 2PzN:3個(gè)單電子NH3分子的成鍵過(guò)程一、價(jià)鍵理論（電子配對(duì)理論）VB法3.共價(jià)鍵的特征：b.方向性s軌道與p軌道的三種重疊示意圖ss本質(zhì)原因是：原子軌道具有方向性s一、價(jià)鍵理論（電子配對(duì)理論）VB法 除了s原子軌道外，其余的p

5、、 d、f原子軌道在空間都有一定的 取向，而形成共價(jià)鍵要盡量達(dá)到 原子軌道的最大的重疊，因此， 這些軌道只有沿著一定的方向才 能發(fā)生最大程度的重疊。ZXZXZX原子軌道角度分布圖ssxy電子云角度分布圖原子軌道的方向性4.共價(jià)鍵的類型: 鍵鍵:能形成共價(jià)鍵的原子軌道是：ss 、spx、pxpx 特點(diǎn)：鍵成鍵方式是“沿鍵走，頭碰頭”的方式發(fā)生軌道重疊，因此鍵比較穩(wěn)定。一、價(jià)鍵理論（電子配對(duì)理論）VB法 鍵 的 形 成一、價(jià)鍵理論（電子配對(duì)理論）VB法S軌道與S軌道形成鍵 一、價(jià)鍵理論（電子配對(duì)理論）VB法 鍵 的 形 成S軌道與Px軌道形成鍵 Px軌道與Px軌道形成鍵 成鍵方式是“沿鍵走，頭碰頭

6、”的方式發(fā)生軌道重疊特點(diǎn)：鍵成鍵方式是“肩并肩”的方式發(fā)生軌道重疊，所以鍵不太穩(wěn)定。 鍵:能形成共價(jià)鍵的原子軌道是： pypy、 pzpz一、價(jià)鍵理論（電子配對(duì)理論）VB法4.共價(jià)鍵的類型: 鍵一、價(jià)鍵理論（電子配對(duì)理論）VB法特點(diǎn)：鍵成鍵方式是“肩并肩”的方式發(fā)生軌道重疊，所以鍵不太穩(wěn)定。 鍵:能形成共價(jià)鍵的原子軌道是： pypy、 pzpz4.共價(jià)鍵的類型: 鍵 課 堂 小 結(jié) 價(jià)鍵理論簡(jiǎn)明地描述了共價(jià)鍵的成鍵本質(zhì)與特點(diǎn):自旋方向相反的單電子配對(duì),原子軌道發(fā)生空間上的最大可能的有效重疊。這樣形成的共價(jià)鍵具有方向性與飽和性的特點(diǎn)。 根據(jù)原子軌道重疊的方式的不同分為： 鍵 、 鍵。鍵成鍵方式是

7、“沿鍵走，頭碰頭”的方式發(fā)生軌道重疊，軌道的重疊成分較多,因此鍵比較穩(wěn)定；鍵成鍵方式是“肩并肩”的方式發(fā)生軌道重疊，所以鍵不太穩(wěn)定,發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，優(yōu)先斷裂的是鍵。運(yùn)用價(jià)鍵理論來(lái)說(shuō)明N2的成鍵情況。N : 1S2 2S2 2Px1 2Py1 2Pz1 N : 1S2 2S2 2Px1 2Py1 2Pz1 NN隨堂練習(xí)： 鍵鍵鍵雜化軌道理論第一節(jié) 共 價(jià) 鍵 理 論 雜化軌道理論是價(jià)鍵理論的一部分,是對(duì)價(jià)鍵理論的發(fā)展和補(bǔ)充。它是在價(jià)鍵理論不能解釋的分子的空間構(gòu)型、穩(wěn)定性問(wèn)題時(shí)而形成的理論。第二節(jié)：共 價(jià) 鍵 理 論 二、雜化軌道理論前言C : 1S2 2S2 2Px1 2Py1 Question

8、 有四個(gè)完全等價(jià)的共價(jià)單鍵，空間構(gòu)型為正四面體，鍵角為10928。為什么甲烷能形成四個(gè)等同的共價(jià)鍵？且空間構(gòu)型為正四面體？按照共價(jià)鍵最初理論：碳原子只能和兩個(gè)H形成共價(jià)鍵，并且鍵角為90度。但事實(shí)上甲烷分子的結(jié)構(gòu)為： 1.雜化軌道理論基本要點(diǎn)（1）原子在結(jié)合成分子時(shí)，中心原子的能量相近的原子軌道在形成化學(xué)鍵過(guò)程中，重新組成為新軌道，此過(guò)程叫軌道的雜化，新軌道叫雜化軌道。 （線性組合）（2）雜化軌道的數(shù)目等于參加雜化的原子軌道的數(shù)（遵循原則）二、雜化軌道理論（3）雜化軌道在空間的伸展方向是盡可能取最大夾角，一般取對(duì)稱形，這樣排斥力最小，形成的分子體才系穩(wěn)定（數(shù)學(xué)理想建模）雜化軌道的數(shù)目23456

9、 理想模型空間的最佳排布直線型正三角型正四面體三角雙錐正八面體二、雜化軌道理論 1.雜化軌道理論基本要點(diǎn)（4）雜化軌道外形與原子軌道不同，它一端肥大，其成鍵能力比原子軌道成鍵能力強(qiáng)，形成的分子也就更穩(wěn)定。二、雜化軌道理論1. 雜化軌道理論基本要點(diǎn)二、雜化軌道理論 雜化軌道理論中心要點(diǎn)能量相近的原子軌道雜化2.具有最佳空間取向1.數(shù) 目 相 等3.利于成鍵的形狀雜 化 軌 道結(jié)果，當(dāng)然是更有利于成鍵啰！ 2.雜化軌道的類型 sp雜化 sp2雜化 sp3雜化 參與雜化的原子軌道的類型和數(shù)目不同，就形成不同類型的雜化軌道。常見(jiàn)的雜化軌道類型有：二、雜化軌道理論 BeCl2的雜化軌道Be 原 子 軌

10、道的 sp等 性 雜 化 過(guò) 程雜化 2Px 2Py 2Pz 2Px 2Py 2Pz sp雜化軌道 2P 2S 1S 二、雜化軌道理論BeCl2雜化軌道的形成二、雜化軌道理論FLASH 動(dòng) 畫sp等性雜化乙炔 2.請(qǐng)應(yīng)用現(xiàn)代價(jià)鍵理論合理地解釋乙炔的成鍵情況,有幾個(gè)鍵?幾個(gè) 鍵? HCCH隨堂練習(xí)： BF3的雜化軌道B 原 子 軌 道的 sp2等 性 雜 化 過(guò) 程雜化 2Px 2Py 2Pz 2Px 2Py 2Pz sp2雜化軌道 2P 2S 1S 二、雜化軌道理論BF3雜化軌道的形成二、雜化軌道理論FLASH 動(dòng) 畫sp2等性雜化解 釋Interpretation 2Px 2Py 2Pz 2

11、Px 2Py 2Pz sp3雜化軌道 2P 2S 1S 碳 原 子 軌 道的 sp3 等 性 雜 化 過(guò) 程基 態(tài) 激發(fā)態(tài) 雜化態(tài)雜化為什么甲烷能形成四個(gè)等同的共價(jià)鍵？且空間構(gòu)型為正四面體？FLASH 動(dòng) 畫甲烷的雜化軌道二、雜化軌道理論sp3等性雜化 NH3的雜化軌道sp3雜化Hybrid orbitalNH3中N 原子采取 sp3 不等性雜化Hybrid orbital二、雜化軌道理論sp3不等性雜化NH3雜化軌道的形成FLASH 動(dòng) 畫二、雜化軌道理論H2O中O原子采取 sp3 不等性雜化sp3 雜化 Valence bond pictures of H2Osp3Hybrid orbit

12、al30104HOHo= H2O的雜化軌道p2s2二、雜化軌道理論sp3不等性雜化 H2O的雜化軌道的形成 FLASH 動(dòng) 畫二、雜化軌道理論 雜化軌道的類型類型軌道數(shù)目空間構(gòu)型實(shí) 例sp2直線型HgCl2 BeCl2sp23平面三角BF3sp34四面體CCl4、H2O、NH3dsp24平面正方形NiCN42-sp3d（dsp3）5三角雙錐PCl5sp3d2（d2sp3）6正八面體SF6二、雜化軌道理論雜化軌道的類型隨堂練習(xí)：1.運(yùn)用雜化軌道理論來(lái)合理解釋乙烯分子的成鍵情況與分子構(gòu)型。 提示：中心原子C均采用sp2雜化，每個(gè)C原子的兩個(gè)sp2雜化軌道與配原子H形成兩個(gè)鍵，剩下的另一個(gè)sp2雜化

13、軌道彼此形成一個(gè)鍵，未參與雜化的原子軌道再肩并肩地形成一個(gè)鍵。分子構(gòu)型：六個(gè)成鍵原子在一個(gè)平面上，鍵角為120。 乙炔 2.請(qǐng)應(yīng)用現(xiàn)代價(jià)鍵理論合理地解釋乙炔的成鍵情況,有幾個(gè)鍵?幾個(gè) 鍵? HCCH隨堂練習(xí)：3.試用雜化軌道理論解釋下面問(wèn)題：（1） NH3、H2O 的鍵角為什么比 CH4 ?。緾O2 的鍵角為何是180？乙烯為何取120 的鍵角？ （2）在 sp2 和 sp 雜化軌道中，是否也存在不等性雜化？各舉一例！例如 SO2 和 CO隨堂練習(xí)： 課 堂 小 結(jié) 雜化軌道理論是價(jià)鍵理論的一部分,是對(duì)價(jià)鍵理論的發(fā)展補(bǔ)充。它能成功地解釋價(jià)鍵理論不能解釋的分子構(gòu)型、穩(wěn)定性問(wèn)題。 雜化并非是一實(shí)際

14、過(guò)程,而是基于數(shù)學(xué)理想建模思想，在量子力學(xué)的基礎(chǔ)上設(shè)想出來(lái)的理論。 雜化不僅提高了軌道的成鍵能力,而且雜化軌道在空間的分布更合適, 降低了成鍵電子間的排斥作用,有利于體系能量下降,這就是為什么我們要設(shè)想原子軌道在成鍵時(shí)雜化的原因。價(jià)層電子對(duì)互斥理論第一節(jié) 共 價(jià) 鍵 理 論 三、價(jià)層電子對(duì)互斥理論1940年由Sidgwich N. 和 Powell H. 提出價(jià)層電子對(duì)互斥理論，它在預(yù)言主族元素所形成的多原子分子空間構(gòu)型時(shí)，取得令人驚奇的的成功。 運(yùn)用雜化理論能合理地解釋分子空間構(gòu)型，但必須首先先知道分子的構(gòu)型。那么如何來(lái)預(yù)言分子的幾何構(gòu)型呢？第一節(jié)：共 價(jià) 鍵 理 論前言 確定分子構(gòu)型的原則

15、 在AXm型多原子分子或離子中,分子的幾何構(gòu)型主要決定于中心原子A的價(jià)層電子對(duì)數(shù)的互斥情況：價(jià)層電子對(duì)之間盡可能遠(yuǎn)離，采取靜電互斥力小、對(duì)稱性最好的排布。A.A最佳排布三、價(jià)層電子對(duì)互斥理論 （一）理論基本要點(diǎn)分子或離子的空間構(gòu)型與中心原子的 價(jià)層電子對(duì)數(shù)目有關(guān)VP = BP + LP價(jià)層 成鍵 孤對(duì)2.價(jià)層電子對(duì)盡可能遠(yuǎn)離, 以使斥力最小。LP-LP LP-BP BP-BP1.分子或離子的空間構(gòu)型與中心原子的 價(jià)層電子對(duì)數(shù)目有關(guān)。 3.根據(jù) VP 和 LP 的數(shù)目, 可以推測(cè)出分子的空間構(gòu)型。三、價(jià)層電子對(duì)互斥理論 （二）分子形狀的確定方法a.中心原子提供的電子數(shù):鹵素：7個(gè)價(jià)電子； 氧族：

16、6個(gè)價(jià)電子。b.配體提供的電子數(shù):氫、鹵素：一個(gè)電子；氧族：不提供電子。c.如是離子： 則應(yīng)加上或減去與電荷相應(yīng)的電子數(shù)。1.計(jì)算價(jià)層電子對(duì)數(shù)三、價(jià)層電子對(duì)互斥理論 2.價(jià)層電子對(duì)的最佳排布理想構(gòu)型的確定這時(shí)就可以確定分子的空間構(gòu)型嗎？ 電子對(duì)數(shù) 2 3 4 56 理想構(gòu)型 直線型 平面三角 正四面體 三角雙錐 正八面體 最佳排布 （二）分子形狀的確定方法三、價(jià)層電子對(duì)互斥理論 3.確定分子、離子的空間構(gòu)型 （二）分子形狀的確定方法三、價(jià)層電子對(duì)互斥理論中心離子周圍的價(jià)層電子對(duì)包含兩種：a.成鍵電子對(duì) b.孤電子對(duì)分子的空間構(gòu)型：是由中心原子和與它成鍵的原子來(lái)確定的，不包含孤電子對(duì)。因此，首先

17、考慮孤電子對(duì)的最佳位置，最后確定分子的空間構(gòu)型電子對(duì)互斥力的大?。汗聦?duì)電子之間孤對(duì)電子和成鍵電子成鍵電子之間提示：先考慮具有最少數(shù)目90度角的孤孤排斥的排布。 3.確定分子、離子的空間構(gòu)型 （二）分子形狀的確定方法三、價(jià)層電子對(duì)互斥理論因此，首先考慮孤電子對(duì)的最佳位置，最后確定分子的空間構(gòu)型1.運(yùn)用VSEPR 法判斷 ICl4- 的幾何構(gòu)型。平面四方形90度的孤孤夾角：0個(gè) 課 堂 例 題 排斥力最小ICl4-6對(duì)價(jià)層電子對(duì)成鍵電子對(duì)：4 孤電子對(duì)：2最佳排布為正八面體90度的孤孤夾角：1個(gè)中心原子價(jià)層有 6 對(duì)電子. 理想排布方式為正八面體, 但考慮到其中包括兩個(gè)孤對(duì), 所以分子的實(shí)際幾何形

18、狀為平面四方形： 中心原子 Xe 的價(jià)電子數(shù)為 8，F(xiàn) 原子的未成對(duì)電子數(shù)為 1. 可以算得中心原子價(jià)電子對(duì)的總數(shù)和孤對(duì)數(shù)分別為: (價(jià)層電子對(duì)總數(shù)) = (84)/2 = 6 (孤電子對(duì)的數(shù)目) = 64 = 22.運(yùn)用VSEPR 法判斷 XeF4 分子的幾何構(gòu)型。 課 堂 例 題 (價(jià)層電子對(duì)總數(shù)) = (73)/2 = 5 (孤電子對(duì)的數(shù)目) = 53= 290度的孤孤夾角：1個(gè)90度的孤孤夾角：0個(gè)90度的孤孤夾角：0個(gè)90度的孤成夾角：4個(gè)90度的孤成夾角：6個(gè) T形分子3.運(yùn)用VSEPR 法判斷 ClF3 分子的幾何構(gòu)型。 課 堂 練 習(xí) 分子軌道理論第二節(jié) 共 價(jià) 鍵 理 論 價(jià)

19、鍵理論有明確的鍵的概念,能成功的給出一些鍵的性質(zhì)和分子結(jié)構(gòu)的直觀圖象,但對(duì)有些問(wèn)題的解釋感到困難：氫分子離子單電子鍵的存在，氧分子的順磁性等。因此,在價(jià)鍵理論建立不久,洪特和密立肯又提出分子軌道理論。 四、分 子 軌 道 理 論-MO法前言Question 疑 問(wèn)氫分子離子如何形成的呢？能級(jí) 反鍵成鍵H+H體系能量下降，穩(wěn)定性增強(qiáng)前言1S1S1S*1S1.分子中的電子在遍及整個(gè)分子范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng),每一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可用一個(gè)分子軌道波函數(shù)來(lái)描述。 2 表示電子在(分子)空間各處出現(xiàn)的幾率密度。 理 論 要 點(diǎn)線性組合：四、分子軌道理論-MO法 四、理論要點(diǎn)分子軌道是由原子軌道線性組合而成2.分子軌

20、道由相應(yīng)的原子軌道線性組合而成,有幾個(gè)原子軌道就有幾個(gè)分子軌道,其中有一半能量低于原子軌道的叫成鍵分子軌道,另一半能量高于原子軌道的叫反鍵分子軌道。四、分子軌道理論-MO法 四、理論要點(diǎn) 反鍵成鍵1S1S1S*1S 理 論 要 點(diǎn)3.原子軌道有效組成分子軌道必須滿足三條原則：4.電子在分子軌道中的排布,遵循能量最低原理, 鮑林不相容原理和洪特規(guī)則。 理 論 要 點(diǎn)四、分子軌道理論-MO法 四、理論要點(diǎn)決定是否能成鍵 決定成鍵的效率(1) 對(duì)稱性匹配原則(2) 能量近似原則(3) 最大重疊原則對(duì)稱操作：旋轉(zhuǎn)和反映（照鏡子）Py和Py對(duì)稱性匹配示意圖 s和Px對(duì)稱性匹配示意圖對(duì)稱性匹配 對(duì)稱性匹配

21、原則x+-yyx+-yy + -xz +zs和 PZx-+zz+- PZ 和 PX對(duì)稱性不匹配對(duì)稱操作：旋轉(zhuǎn)和反映（照鏡子） 對(duì)稱性匹配原則Py z PZyy+-xz + - 對(duì)稱性匹配原則對(duì)稱操作：旋轉(zhuǎn)和反映（照鏡子）對(duì)稱性不匹配 原子軌道線性組合成分子軌道的情況 A11S2S2Px2Py2Pz A21S2S2Px2Py2Pz因此,原子軌道在線性組合成分子軌道時(shí),僅需考慮以下幾種情況:四、分子軌道理論-MO法分子軌道類型兩原子軌道以”頭碰頭”組合,則產(chǎn)生一個(gè)成鍵,一個(gè)*反鍵分子軌道四、分子軌道理論-MO法兩原子軌道以”肩并肩”組合則產(chǎn)生一個(gè)成鍵,一個(gè)*反鍵分子軌道四、分子軌道理論-MO法分子

22、軌道類型 分 子 軌 道 A11S2S2Px2Py2Pz A21S2S2Px2Py2Pz1s、 1s*2s、 2s*2px、 2px*2py、2py*2pz、2pz*四、分子軌道理論-MO法同核雙原子分子的分子軌道2px2py2pz2px2py2pz2Px *2Px2Py、*2Py2Pz 、*2Pz1S1S1S*1S2S2S2S*2S軌道的能量相對(duì)高低？四、分子軌道理論-MO法A1A1同核雙原子分子的分子軌道四、分子軌道理論-MO法分子軌道的能量高低由幾方面決定: 1) 參與組合的原子軌道自身能量的高低：例如:1S, 1S* 2s 2) 原子軌道之間重疊的方式: 2s2s* 3) 原子軌道之間

23、重疊的多少：例如:2Px2Py=2Pz 4) 由于原子軌道組成分子軌道時(shí),成鍵軌道和反鍵軌道與原子軌 道的能量差基本相同。由2p軌道組成2Px時(shí)能量降低的多,所以 *2Px能量升高也多.因此*2Py=*2Pz*2Px1S*1S2S*2S2Px2Py=2Pz*2Px=*2Pz*2Px 同核雙原子的分子軌道圖（一） O2 型 分 子 軌 道 圖同核雙原子分子的分子軌道的能級(jí)圖：四、分子軌道理論-MO法適用于O2 、F2 、Ne2四、分子軌道理論-MO法元 素 BCNOFNe 2s-2p能量差 550849119615922084 2595 第二周期元素原子軌道的能量是隨著核電荷數(shù)而變化的,核電荷數(shù)

24、不同,軌道能量不同,軌道能量差也不同。能量差較小，因此2s與2px有可能線性組成分子軌道。那么，這種情況時(shí)分子軌道能級(jí)圖又如何呢？四、分子軌道理論-MO法此時(shí)，同核雙原子分子的分子軌道圖為： 1S*1S2S*2S 2Py=2Pz *2Px =*2Pz*2Px 2P x 2P x 1S*1S2S*2S2Py=2Pz2Px*2Py=*2Pz*2Px這是因?yàn)椋?s a2px a2s b2px b2s *2s 2px *2px 同核雙原子的分子軌道圖（二） N2 型 分 子 軌 道 圖同核雙原子分子的分子軌道的能級(jí)圖：適用于Li2 Be2 、B2、C2、N2四、分子軌道理論-MO法1.填充O2的分子軌

25、道電子排布圖，并說(shuō)明O2 的磁性。O (1S22S22P4)O (1S22S22P4)O2KK(2S)2(*2S)2(2Px)2(2Py)2 (2Pz)2(*2Py)1(*2Pz)1 課 堂 例 題有單電子的存在2.運(yùn)用分子軌道理論說(shuō)明 N 2 、N2+ 、N2 2+ 的穩(wěn)定性。N2 ：KK(2S)2 (*2S)2 (2Py)2 (2Pz)2 (2Px)2 因?yàn)椋篘2+ ：KK(2S)2 (*2S)2 (2Py)2 (2Pz)2 (2Px)1 N22+ ：KK(2S)2 (*2S)2 (2Py)2 (2Pz)2 (2Px)0 所以： 鍵級(jí)分別為 ：N 2 ： 3 N2+ ：2.5 N2 2+

26、：2穩(wěn)定性的大?。?N 2 N2+ N2 2+ 課 堂 例 題 分子軌道理論與價(jià)鍵理論的比較花開兩朵各表一枝，兩種理論各有千秋（1）價(jià)鍵理論將鍵的形成解釋為原子軌道的重疊 ，重疊越大, 形成的鍵越強(qiáng)。分子軌道也以原子軌道作為考慮問(wèn)題的出發(fā)點(diǎn)，所不同的是在原子軌道組合而成的分子軌道中，原子軌道失去了自己的個(gè)性。分子軌道理論把分子看做一個(gè)整體，參與成鍵的電子不再?gòu)膶儆谀骋粋€(gè)原子而是在整個(gè)分子勢(shì)場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。 Comparison of valence bond and molecular orbital approaches: (a) bond due to overlap of atomic orb

27、itals; (b) bond due to formation of molecular orbital.+(a)VB(b)MO（2）價(jià)鍵理論可以很好地說(shuō)明分子結(jié)構(gòu)與分子幾何形狀之間的關(guān)系，其圖形清楚地表示出原子中哪些軌道參與成鍵，可惜不能表示出軌道的相對(duì)能級(jí)。 分子軌道法的缺點(diǎn)是不能給出軌道的空間圖像，但卻能相當(dāng)成功地預(yù)言某一特定的化學(xué)鍵能否形成。 例如, 分子軌道理論預(yù)言不可能存在 Be2 分子, 價(jià)鍵理論做不到這一點(diǎn). 分子軌道理論與價(jià)鍵理論的比較花開兩朵各表一枝，兩種理論各有千秋 表征化學(xué)鍵的物理量：鍵級(jí)、鍵能、鍵角、鍵長(zhǎng)、鍵的極性，統(tǒng)稱為鍵參數(shù)。 例如:鍵能用來(lái)表征鍵強(qiáng)弱;鍵長(zhǎng)、鍵

28、角描述分子的空間結(jié)構(gòu)，鍵的極性表示共價(jià)鍵的屬性。鍵參數(shù)前言鍵 級(jí)鍵能鍵長(zhǎng)鍵角鍵的極性鍵 級(jí)O2 ：2例如：N2 ：3氮分子比氧分子穩(wěn)定。一、鍵級(jí) 鍵級(jí)的大小說(shuō)明兩相鄰原子間成鍵的強(qiáng)度，一般來(lái)說(shuō)，鍵級(jí)越大，鍵越牢固，分子也越穩(wěn)定 a.對(duì)于雙原子分子，鍵能等于離解能。 b.對(duì)于多原子分子，鍵能等于各等價(jià)鍵的平均離解能。 一般規(guī)定在1個(gè)大氣壓、25室溫下,將1摩爾理想氣態(tài)分子拆開成為理想氣態(tài)原子所需吸收的能量，叫分子的離解能。鍵能 鍵能：它是化學(xué)鍵的重要參數(shù)-衡量化學(xué)鍵的強(qiáng)弱。二、鍵能鍵長(zhǎng) 鍵長(zhǎng): 分子中兩原子核之間的平衡距離 。 在不同化合物中,差異較小,一般指平均值。鍵數(shù)越多,核間吸引力越強(qiáng),鍵

29、能越高,鍵長(zhǎng)越短。C-C鍵的類型C-C單鍵C-C雙鍵C-C叁鍵共價(jià)半徑（ pm ）776760鍵 長(zhǎng)154134120三、鍵長(zhǎng)鍵角 鍵角:分子中鍵與鍵之間的夾角。如: NH3 ： 10718NH3三角錐型.四、鍵角鍵角可以用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定,也可以根據(jù)VSEPR理論推測(cè)出來(lái)。鍵的極性 在化合物中,不同原子間形成共價(jià)鍵,由于不同原子吸引電子能力不同,電子云在兩核間分布不對(duì)稱,共用電子對(duì)偏向電負(fù)性大的原子,使正、負(fù)電荷重心不重合,叫極性共價(jià)鍵。例如:氯化氫分子、一氧化碳分子中的化學(xué)鍵都是極性共價(jià)鍵。五、鍵的極性分子的極性 在雙原子分子中,鍵的極性, 就是分子極性；鍵無(wú)極性,分子就無(wú)極性。 對(duì)多原子分子

30、,不僅與鍵是否有極性有關(guān), 還與分子空間結(jié)構(gòu)是否對(duì)稱有關(guān)。分子中正負(fù)電荷重心重合為非極性分子,反之為極性分子。例如： CH4中CH鍵為極性鍵， 而分子為非極性分子。 五、鍵的極性2.鍵能(E)3.鍵角4.鍵長(zhǎng)1.鍵級(jí)(BO)BO =1/2(成鍵軌道中的電子數(shù)-反鍵軌道中的電子數(shù)）鍵的強(qiáng)度分子的空間構(gòu)型鍵的極性5.鍵矩(m):m =ql鍵參數(shù)小結(jié) 化學(xué)鍵形成分子或晶體，而對(duì)物質(zhì)如何形成的，這需要通過(guò)分子間所存在的較弱的分子間力來(lái)說(shuō)明。第二節(jié)：分子間作用力和氫鍵前言 物質(zhì)的分子與分子之間有比較弱的作用力，一般在幾十kJ/mol。正是由于分子間作用力的存在，氣體分子才能凝聚成相應(yīng)液體和固體。分子間作

31、用力主要包括范德華力和氫鍵。一、分子間作用力取向力 發(fā)生在極性分子之間。由于極性分子具有偶極矩，當(dāng)它們相互靠近時(shí)，同極相斥，異極相吸，分子定向轉(zhuǎn)動(dòng)而互相吸引，使體系能量降低。 + + + +極性分子極性分子之間誘導(dǎo)力 極性分子的固有偶極的電場(chǎng)使得另一個(gè)分子（極性或非極性）的電子云產(chǎn)生變形，而形成誘導(dǎo)偶極。 誘導(dǎo)力存在于：極性分子與非極性分子之間。極性分子與極性分子之間。+ + 固有偶極誘導(dǎo)偶極誘導(dǎo)力一、分子間作用力色散力 由于電子運(yùn)動(dòng)和原子核震動(dòng)而使電子云分布發(fā)生瞬間變化，產(chǎn)生瞬間偶極；因此而產(chǎn)生的作用力叫色散力。色散力存在一切分子之中。色散力存在于： 極性極性分子 極性非極性分子 非極性非極

32、性分子+ -+ -瞬時(shí)偶極瞬時(shí)偶極色散力一、分子間作用力1.它是永存于分子近距離的作用力，作用范圍約幾個(gè)pm。2.作用能量一般是幾個(gè)千焦/摩爾，比化學(xué)鍵能約小12個(gè)數(shù)量級(jí)。分子間力沒(méi)有方向性，沒(méi)有飽和性。3.三種作用力中，色散力是主要的，誘導(dǎo)力是次要的，取向力只在較大極性分子間占一定比例。 分子間作用力的特點(diǎn)一、分子間作用力分子間作用力的特點(diǎn)二、氫 鍵 根據(jù)范德華力，同系物中分子量大的極化率也大，分子間作用力強(qiáng)，則熔點(diǎn)、沸點(diǎn)等應(yīng)比分子量小的高，但水卻反常。 同樣，HF在鹵化氫系列中， 在氮族氫化物中NH3也有類似反常現(xiàn)象。 可見(jiàn)，在H2O、HF、NH3中，分子間除范德華力外，還有其他力 氫鍵。

33、氧族的同系物H2O H2S H2Se H2Te沸點(diǎn)（K）373202232 271熔點(diǎn)（K）273187212.8 224二、氫 鍵1.氫鍵的形成 當(dāng)氫原子與電負(fù)性大而半徑很小的N、O、F以共價(jià)鍵結(jié)合而成NH3、H2O、 HF時(shí)，其共用電子對(duì)強(qiáng)烈地偏向N、O、F，即電子云密度基本上集中在N、O、F原子一邊。 這時(shí)，氫原子已成為帶正電的裸核，所以， 氫原子有從別的原子中吸引電子的能力。HF-電子云HF-電子云HF-氫 鍵氫鍵氫鍵氫鍵氫鍵蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)中的氫鍵DNA結(jié)構(gòu)中的氫鍵氫鍵二、氫 鍵2.氫鍵的特點(diǎn) H很小，X、Y又比較大，H與X、Y接觸后，第三個(gè)電負(fù)性大的原子就很難再接近H，這是具有飽和性

34、的原因 。a.飽和性：HXYZb.方向性： 為了減少X、Y之間斥力，需鍵角盡可能接近180，這是具有方向性的根據(jù)。Represent of hydrogen bond HXYRrd二、氫 鍵2.氫鍵的特點(diǎn)HXYZ二、氫 鍵3.氫鍵的類型氫鍵分子間氫鍵 分子內(nèi)氫鍵 分子間氫鍵:一個(gè)分子的XH與另一分子的Y原子間相互吸引所形成的氫鍵二、氫 鍵3.氫鍵的類型氫鍵分子間氫鍵 分子內(nèi)氫鍵 分子內(nèi)氫鍵:一個(gè)分子的XH與內(nèi)部的Y原子間相互吸引所形成的氫鍵。NOOHO硝酸分子NOOHO鄰硝基苯酚二、氫 鍵4.氫鍵對(duì)物質(zhì)的物理性質(zhì)的影響物理性質(zhì) 熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、比熱、粘度極性溶解度分子間氫鍵增大增大溶質(zhì)、溶劑間形成

35、氫鍵，則S增大分子內(nèi)氫鍵減小減小在極性溶劑中溶解度降低，在非極性溶劑中溶解度增大。 如生成分子內(nèi)氫鍵，分子極性降低，在極性溶劑中溶解度降低，在非極性溶劑中溶解度增大。哪個(gè)在水中溶解度最大？哪個(gè)在苯中溶解度最大？二、氫 鍵4.氫鍵對(duì)物質(zhì)的物理性質(zhì)的影響A、 B、 C、NO2OHNO2OHNO2OHQuestion 水分子彼此間通過(guò)氫鍵形成籠，將外來(lái)中性分子或離子 (Cl2,CH4, Ar, Xe等)包于籠內(nèi)的水合物(分子晶體)?？扇急?CH4 46H2O二、氫 鍵一個(gè)十分令人感興趣的問(wèn)題說(shuō)明下列每組分子之間存在著什么形式的分子間作用力？（1）苯和四氯化碳 （2）甲醇和水 （3）HBr氣體 （4

36、）He和水 （5）NaCl和水 （6）氬氣中分子作用力 課 堂 練 習(xí)隨堂練習(xí)：課 堂 習(xí) 題一、填空題1.氨水溶液中，分子間存在 _力，_ 力、_力，_ 鍵。2.根據(jù)分子軌道理論，O2、O2-、O+2的鍵極分別是_,其穩(wěn)定性由小到大的順序是_。3.用價(jià)層電子對(duì)互斥理論，推斷下列物質(zhì)的空間構(gòu)型， CO32-:_ NH4+:_ PCl5:_課 堂 習(xí) 題一、填空題 4.共價(jià)鍵的主要特征是具有_和 _性。具有飽和性的本質(zhì)原因是_。3為正三角形分子，中心原子采取 雜化，PH3為三角錐形分子，中心原子采取 雜化。課 堂 習(xí) 題二、選擇題 1.下列有關(guān)分子軌道的敘述中錯(cuò)誤的是（ ）A.成鍵分子軌道能級(jí)低

37、于相應(yīng)的原子軌道 B.反鍵分子軌道能級(jí)常高于相應(yīng)的原子軌道C.原子軌道能級(jí)相近即可組合成分子軌道 D.分子軌道數(shù)目等于組合的原子軌道數(shù)目 2.下列化合物中，不存在氫鍵的是（ ）33BO3 333.下列分子中共價(jià)鍵的鍵角最小的是（ ）A.NH3 B.CCl4 C.H2O D.CO2課 堂 習(xí) 題二、選擇題： 4.下列物質(zhì)中極性最強(qiáng)的是（ ）。 3 2 2 2 5.氮?dú)夥肿咏Y(jié)構(gòu)中，能量最低的空軌道是A.*2Px B.*2Pyx y 6.XeF4分子的空間構(gòu)型為（ ）。 A.正四面體 B.正方形 C.三角錐形 D.三角形 7. NCl3分子的空間構(gòu)型是三角錐形, 這是由于中心原子采用了( ) 。 A

38、.等性sp3雜化 B.不等性sp3雜化 2雜化 2雜化課 堂 習(xí) 題二、選擇題： 8.下列鍵角大小的順序正確的是（ ） A. NO3- CH4 NH3 H2O 3- H2O CH4 NH3 C. CH4 H2O NO3- NH3 3- CH4 H2O NH3 9.IF2-分子的空間構(gòu)型為（ ）。 A.正方形 B.正四面體 C. 三角錐形 D.直線形 10.下列物質(zhì)中，中心原子采取sp3雜化的是( ) 2 B. H23 D.Ni(CN)42- 11.NH4+的幾何構(gòu)型為（ ） A .三角錐型 B.正四面體 C.正方形 D.四方錐體12.既有sp3又有sp2雜化碳原子的化合物是( )3CH2CH3

39、2=CH2 33CH=CH213.對(duì)NH4Cl中化學(xué)鍵類型的敘述，正確的是 A.全部是離子鍵 B.全部是共價(jià)鍵 C.有離子鍵也有共價(jià)鍵 D.既有離子鍵和共價(jià)鍵，又有配位鍵課 堂 習(xí) 題二、選擇題：三、判斷題：課 堂 習(xí) 題3分子是非極性分子，因?yàn)樗怯煞菢O性共價(jià)鍵結(jié)合而成的。 ( ) 2.配合物中配體的數(shù)目就等于配位數(shù)。 2分子是以Be原子的s軌道與Cl原子的2個(gè)p軌道雜化而形成的。 ( ) 4.Py 與dxy原子軌道對(duì)稱性匹配,能量相近時(shí)有可能線性組合成分子軌道。 ( ) 5.按照現(xiàn)代價(jià)鍵理論，鍵不能單獨(dú)存在，共價(jià)雙鍵或三鍵中只有一個(gè)鍵。 一、離子鍵的形成與特點(diǎn) 第三節(jié)：離 子 鍵 理 論科

40、塞爾(Kossel)離子鍵：原子間發(fā)生電子轉(zhuǎn)移,形成正、負(fù)離子，并通過(guò)靜電作用而形成的化學(xué)鍵。NaCl + -Na +離子鍵Cl -Na:1s22s22p63s1Cl:1s22s22p63s23p5 a.條件：兩原子的電負(fù)性的差值：XP。 b.形成：電負(fù)性相差較大的原子間發(fā)生電子的轉(zhuǎn)移，正、負(fù)離子通過(guò)靜電作用而形成的化學(xué)鍵。 c.特點(diǎn)：沒(méi)有方向性，沒(méi)有飽和性。 一、離子鍵的形成與特點(diǎn)離子鍵的形成、條件與特點(diǎn)因?yàn)殡x子鍵的本性是靜電作用離子晶體 （a）NaCl型晶體 （b）立方ZnS型 （c）CsCl 型晶體 離 子 晶 體 模 型一、離子鍵的形成與特點(diǎn)離 子 晶 體 模 型二、離子的電荷、半徑、電子構(gòu)型 它對(duì)離子間作用有重要影響,電荷越高,對(duì)異性離子吸引越大,熔點(diǎn)越高。1.離子的電荷 相應(yīng)原子失去或獲得的電子數(shù) 離子晶體 KFNaClCaOMgO 熔點(diǎn)（） 8578002590 2800 1）同一周期陽(yáng)離子半徑隨正價(jià)增加而減少，例如：Na+ Mg2+ Al3+。 2) 同一主族元素離子半徑從上到下遞增， 例如：Li +Na+ K+ Rb +Cs+、F- Cl- Br- Fe3+。二、離子的電荷、半徑、電子構(gòu)型2.離子的