大學(xué)無機(jī)化學(xué)分子結(jié)構(gòu)市公開課金獎(jiǎng)市賽課一等獎(jiǎng)?wù)n件

1、分子結(jié)構(gòu)分子: 化學(xué)反應(yīng)基本單元物質(zhì)性質(zhì)分子性質(zhì)分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)化學(xué)鍵空間構(gòu)型分子間力結(jié)構(gòu)與物質(zhì)物理、 化學(xué)性質(zhì)關(guān)系離子鍵共價(jià)鍵金屬鍵第1頁8.1 離子鍵8.2 共價(jià)鍵8.3 分子間作用力8.4 離子極化(自學(xué))8.5 原子晶體和分子晶體(參考p253，表9-12)第2頁8.1 離子鍵8.1.1 離子鍵形成8.1.2 離子特征8.1.3 離子晶體第3頁活潑金屬原子活潑非金屬原子離子型化合物NaClKClCsClMgOCaO1. 離子鍵形成2. 離子鍵本質(zhì)：靜電作用力3. 離子鍵特點(diǎn)：沒有方向性和飽和性4. 鍵離子性取決于元素電負(fù)性5. 離子晶體特點(diǎn)：較高熔點(diǎn)和沸點(diǎn)，熔融狀 態(tài)或溶于水后其水溶液均能

2、導(dǎo)電第4頁8.2 共價(jià)鍵8.2.1 價(jià)鍵理論8.2.2 共價(jià)鍵類型8.2.3 雜化軌道理論8.2.4 價(jià)層電子互斥理論(自學(xué))8.2.5 分子軌道理論8.2.6 鍵參數(shù)第5頁共價(jià)鍵: 分子中原子間經(jīng)過共用電子對(duì)結(jié)合而成 化學(xué)鍵H + H = H:H:Cl + Cl: = :Cl:Cl:N + N: = :N N:H + Cl: = H:Cl:Lewis 共價(jià)鍵不足 有些穩(wěn)定分子中心原子最外層電子數(shù)可 以少于 8 (如: BF3) 或多于 8 (如PCl5, SF6) 共價(jià)鍵特征: 方向性, 飽和性 單電子鍵 (如 H2+), O2含有磁性第6頁1927年, Heitler 和 London 應(yīng)

3、用量子力學(xué)研究 H2分子結(jié)構(gòu), 初步解答了共價(jià)鍵本質(zhì).1930年, Pauling 和 Slater 等發(fā)展出當(dāng)代價(jià)鍵 理論(電子配對(duì)理論)、雜化軌道理論、 價(jià)層電子對(duì)互斥理論1932年, 美國(guó)化學(xué)家密立根和德國(guó)化學(xué)家洪特 提出分子軌道理論第7頁8.2.1 價(jià)鍵理論電子配對(duì)法 (VB): 量子力學(xué)為基礎(chǔ)(1) 共價(jià)鍵本質(zhì)圖9-1 H2形成過程E-R圖 兩個(gè)氫原子電子自旋方式相反，靠近、重合，在R074pm處系統(tǒng)能量降低，形成穩(wěn)定化學(xué)鍵。第8頁H2分子中兩種狀態(tài)|2和原子軌道重合示意圖共價(jià)鍵本質(zhì)原子軌道重合，核間電子概率 密度大吸引原子核而成健第9頁(2) 價(jià)鍵理論基本關(guān)鍵點(diǎn) 成鍵前原子要含有自

4、旋方向相反未成對(duì)電子。 共價(jià)鍵數(shù)目取決于原子中未成對(duì)電子數(shù)目。 兩原子成鍵時(shí)，兩原子軌道重合越多，形成共 價(jià)鍵越牢靠軌道最大重合原理。(3) 共價(jià)鍵特點(diǎn) 成鍵時(shí)，組成原子電子云發(fā)生了很大改變。 含有飽和性：每個(gè)原子成鍵總數(shù)是一定。含有方向性：軌道最大重合方向。第10頁8.2.2 共價(jià)鍵類型（1）鍵：兩原子成鍵軌道沿鍵軸（或兩核間連線）方向，以“頭碰頭”方式發(fā)生軌道重合，軌道重合部分是沿著鍵軸呈圓柱型對(duì)稱，這么形成共價(jià)鍵叫鍵。 xxxs-spx-spx- px第11頁（2）鍵：兩個(gè)原子軌道沿鍵軸方向，經(jīng)過鍵軸一個(gè)平面?zhèn)让?，以“肩并肩”方式發(fā)生軌道重合，軌道重合部分垂直于鍵軸呈鏡面反對(duì)稱，在鍵軸上

5、下對(duì)稱電子云密度最大，這么形成共價(jià)鍵叫鍵。 xzzpz- pz形成鍵例：N2分子中，每個(gè)N原子有三個(gè)未成對(duì)3p電子，形成了一個(gè)鍵和兩個(gè)鍵。一般用N三N表示。第12頁(3) 配位鍵形成條件：成鍵原子一方有孤對(duì)電子， 另一方有空軌道。例：OC第13頁8.2.3 雜化軌道理論CH4空間構(gòu)型為正四面體C：2s22p2第14頁(1) 雜化與雜化軌道概念 在形成份子時(shí)，因?yàn)樵酉嗷ビ绊?，若干不一樣類型能量相近原子軌道混合起來，重新組合成一組新軌道，該過程稱為雜化，所形成新軌道被稱為雜化軌道。sp3重合CH4形成sp3s 成鍵第15頁(2) 雜化軌道類型 sp雜化1 ns + 1 np 2 sp每個(gè)sp雜化

6、軌道含有 s和 p成份1212sp雜化軌道間夾角 = 180, 呈直線型BeCl2分子形成第16頁 sp2雜化1 ns + 2 np 3 sp2每個(gè)sp2雜化軌道含有 s和 p成份1323sp2雜化軌道間夾角 = 120, 呈平面三角形BF3分子形成2s2pB原子基態(tài)2s2p激發(fā)態(tài)激發(fā)雜化sp2雜化態(tài)重合sp2p第17頁sp2雜化軌道示意圖BF3空間構(gòu)型為平面三角形第18頁 sp3雜化1 ns + 3 np 4 sp3每個(gè)sp3雜化軌道含有 s和 p成份1434sp3雜化軌道間夾角 = 10928, 呈四面體形CH4分子形成激發(fā)雜化重合2s2pC原子基態(tài)2s2p激發(fā)態(tài)sp3雜化態(tài)sp3s第19

7、頁sp3雜化軌道示意圖CH4分子空間結(jié)構(gòu)第20頁 sp3d2雜化1 ns + 3 np + 2 nd 6 sp3d2六個(gè)sp3d2雜化軌道指向正八面體六個(gè)頂點(diǎn)sp3d2雜化軌道間夾角 = 180或90 第21頁雜化SF6分子形成3s3pS原子基態(tài)3d3s3p激發(fā)態(tài)3dsp3d2雜化態(tài)sp3d2p激發(fā)重合第22頁SF6分子空間結(jié)構(gòu)第23頁(3) 不等性sp3雜化第24頁第25頁(3) 雜化軌道理論基本關(guān)鍵點(diǎn) 成鍵時(shí)能級(jí)相近價(jià)電子軌道混合雜化，形成 能量相等價(jià)電子軌道雜化軌道 雜化前后軌道數(shù)目不變。 雜化軌道可分為等性和不等性雜化軌道。 采取sp3雜化軌道成鍵分子，其空間構(gòu)型可 能為四面體型，V型

8、或者三角錐型。 雜化軌道成鍵時(shí)，滿足原子軌道最大重合原理雜化軌道成鍵時(shí)，滿足化學(xué)鍵間最小排斥原理。(4) 小結(jié)：p226，表9-5第26頁8.2.5 分子軌道理論 (MO)問題：價(jià)鍵理論把電子只限于兩個(gè)相鄰原子間小區(qū)域運(yùn)動(dòng)，缺乏對(duì)分子作為整體全方面考慮。例O2分子中電子全部成對(duì)，應(yīng)為逆磁性，而實(shí)際上為順磁性。不能解釋H2+中單電子鍵。順磁性：分子因含有未成對(duì)電子而含有永久磁矩。在外磁場(chǎng)作用下，本身磁力線與外磁場(chǎng)方向一致。逆磁性：分子因電子均已成對(duì)而凈磁矩為零，在外磁場(chǎng)作用下，被誘導(dǎo)磁矩方向與外磁場(chǎng)相反。第27頁(1) 分子軌道理論基本關(guān)鍵點(diǎn) 在分子中電子在遍布整個(gè)分子范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)。 分子軌道|2

9、 幾率密度或電子云 分子軌道為原子軌道線性組合， 分子軌道數(shù)目 = 原子軌道數(shù)目。 每個(gè)分子軌道 i 都有一響應(yīng)能量Ei和圖象 分子軌道中電子排布三標(biāo)準(zhǔn)：能量最低原理、泡利不相容原理和洪特規(guī)則1932年, 美國(guó)化學(xué)家密立根和德國(guó)化學(xué)家洪特提出分子軌道理論（MO法）第28頁(2) 原子軌道線性組合標(biāo)準(zhǔn) 能量相近:1s-1s, 2s-2s, 2p-2p; 對(duì)稱性匹配:重合部分原子軌道正、負(fù)號(hào)相同； 正正(或負(fù)負(fù))重合成鍵，能量低 正負(fù)重合反鍵，能量高 非鍵組合，能量不變。 最大重合：使軌道能量低，有利于成鍵。第29頁第30頁 對(duì)稱：繞 x 軸旋轉(zhuǎn)180，形狀不變，符號(hào)改變。比如：原子軌道pz，py

10、，dxy，dxz，dyz為對(duì)稱。第31頁(3) 原子軌道線性組合類型比如： A+BAB成鍵反鍵第32頁 s s 重合1s原子軌道1s原子軌道分子軌道s1s *s1s第33頁 s p 重合第34頁 p p 重疊第35頁2pZ,2pZ,B原子軌道分子軌道反鍵成鍵小結(jié)：若以x軸為鍵軸，則ss，pxpx重合形成分子軌道； pypy 、pzpz 、pydxy 、dxy dxy重合形成分子軌道。第36頁(4) 同核雙原子分子分子軌道能級(jí)圖O2 (O,F)第二周期同核雙原子分子第37頁有兩個(gè)三電子鍵，含有順磁性。:O O:第38頁N2 (B,C,N)第二周期同核雙原子分子第39頁或二個(gè) 鍵，一個(gè)鍵，電子均成

11、對(duì)，所認(rèn)為逆磁性。第40頁第二周期元素同核雙原子分子軌道能量改變第41頁(5) 鍵級(jí):表示共價(jià)鍵強(qiáng)度同一周期和同一區(qū)內(nèi)，鍵級(jí)越大，鍵越牢靠，分子越穩(wěn)定；若鍵級(jí)等于零，分子不能穩(wěn)定存在。 Be2 8e B.O = ( 4 - 4 )/2 = 0，不能存在B2 10eB.O = ( 4 - 2 )/2 = 1，有順磁性第42頁B.O = ( 10 - 6 )/2 = 2B.O = ( 10 - 4 )/2 = 3B.O = ( 10 - 5 )/2 = 2.5，穩(wěn)定性大于O2B.O = ( 9 - 4 )/2 = 2.5，穩(wěn)定性小于N2第43頁價(jià)鍵理論(VB): 簡(jiǎn)明扼要; 不能解釋分子幾何構(gòu)型和

12、分子磁性雜化軌道理論(HO):可解釋分子幾何構(gòu)型；但缺乏預(yù)見性VSEPR:可預(yù)言分子幾何構(gòu)型，對(duì)d0,d5, d10中心原子有效；但不能說明成鍵原理及鍵強(qiáng)度分子軌道理論(MO):引入分子軌道概念，能夠說明分子成鍵情況，鍵強(qiáng)弱和分子磁性；不能處理構(gòu)型問題化學(xué)鍵理論第44頁8.2.6 鍵參數(shù)(鍵能，鍵長(zhǎng)，鍵角和鍵級(jí)) 1、鍵能1）單位為kJ/mol。2）鍵能：叁鍵雙鍵單鍵(相同原子間形成)3）鍵能是化學(xué)鍵最主要參數(shù)，它表示化學(xué)鍵牢 固程度。鍵能越大，鍵越牢靠，分子越穩(wěn)定。第45頁2、鍵長(zhǎng) 1)定義:分子或晶體中成鍵原子(離子)核間平均距離。2)兩原子間所形成鍵長(zhǎng)越短，表示鍵越牢靠。 3)相同原子間

13、形成鍵數(shù)越多，則鍵長(zhǎng)越短。 例：C-C(154pm),C二C(134pm),C三C(120pm).3、鍵角1）定義：分子中鍵與鍵之間夾角。2）鍵角是決定分子空間構(gòu)型主要原因。 依據(jù)分子中鍵鍵角和鍵長(zhǎng)，不但能夠推測(cè)分子空間構(gòu)型，還可推斷出其它物理性質(zhì)。第46頁8.3 分子間作用力8.3.1 分子極性8.3.2 分子間作用力8.3.3 氫鍵第47頁8.3.1 分子極性（一）極性鍵與非極性鍵 非極性鍵: 同種原子所形成共價(jià)鍵;極性鍵: 不一樣種原子所形成共價(jià)鍵。 （二）極性分子與非極性分子第48頁8.3.2分子間作用力 (1) 取向力極性分子間正、負(fù)極定向排列所產(chǎn)生作用力。 + + + +(2) 誘

14、導(dǎo)力極性分子-非極性分子，產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極作用力。 + + + +(3) 色散力：瞬時(shí)偶極作用力+ + + +范德華力 第49頁8.2.3 氫鍵 1、氫鍵條件：(1) 有一個(gè)與電負(fù)性很大、原子半徑很小元素以共價(jià)鍵相結(jié)合氫原子。 (2) 一個(gè)電負(fù)性很大（非金屬性很強(qiáng)）、原子半徑很小含有孤對(duì)電子原子，如O、F、N等原子。 H2O, H2S, H2Se, H2Te中，水分子量最小，但其熔點(diǎn)，沸點(diǎn)最高；HF在鹵化氫系列中，NH3在氮族三氫化物中也有相同現(xiàn)象，WHY?例：XHY共價(jià)鍵氫鍵FHFHOHO HHH第50頁2、氫鍵特點(diǎn)(1) 氫鍵只存在于一些含有氫原子分子之間(或分子內(nèi))。(2) 氫鍵有飽和性和方向性。(3) 氫鍵不是化學(xué)鍵而是分子間一個(gè)特殊作用力，比共價(jià)鍵鍵能小得多，比范德華力大一點(diǎn)。 第51頁3、氫鍵對(duì)物質(zhì)性質(zhì)影響有氫鍵化合物熔點(diǎn)和沸點(diǎn)比沒有氫鍵同類化合物為高。例:HF, HCl, HBr和HI中，HF熔、沸點(diǎn)都最高。(2) 氫鍵存在會(huì)影響物質(zhì)溶解度、密度、粘度等。比如冰中一個(gè)水分子與四