分子空間構型與物質性質

關于分子空間構型與物質性質第1頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三109°28’第2頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三雜化軌道理論

—解釋分子的立體構型雜化軌道的概念在形成多原子分子的過程中，中心原子的若干能量相近的原子軌道間通過相互的混雜后，形成相同數量的幾個能量與形狀都相同的新軌道?！s化軌道只用于形成σ鍵或者用來容納孤對電子剩余的p軌道可以形成π鍵第3頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三雜化軌道理論sp3第4頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三第5頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三sp3雜化軌道一個s軌道與三個p軌道“混合”起來，形成能量相等、成分相同的4個sp3雜化軌道，它們的空間取向是四面體結構，相互的鍵角θ=109.5o。2s2p2s2psp3雜化軌道如CH4,CCl4：C的電子構型:1s22s22p2激發(fā)雜化

NH4+、金剛石中的C原子、晶體硅和二氧化硅中的硅原子均采用sp3雜化軌道形成共價鍵第6頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三兩個碳原子上都有一個與σ骨架平面垂直的未雜化的p軌道，它們互相平行，彼此肩并肩重疊形成π鍵：sp2雜化軌道如CH2=CH2：C的電子構型:1s22s22p22s2p2s2psp2雜化軌道激發(fā)雜化第7頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三sp2雜化軌道一個s軌道與兩個p軌道雜化，得三個sp2雜化軌道，三個雜化軌道在空間分布是在同一平面上，互成120o。如BF3：B的電子構型:1s22s22p12s2p2s2psp2雜化軌道激發(fā)雜化在F原子與硼原子之間形成了3個等價的σ鍵：

第8頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三BCl3中的B原子、NO3-中的N原子、CO32-、HCHO以及苯分子和平面石墨中的C原子都是sp2雜化。

sp2雜化軌道石墨、苯中碳原子的sp2雜化第9頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三

sp雜化軌道

碳原子在形成乙炔（C2H2）時發(fā)生sp雜化，兩個碳原子以sp雜化軌道與氫原子結合。兩個碳原子的未雜化2p軌道分別在Y軸和Z軸方向重疊形成π鍵。所以乙炔分子中碳原子間以叁鍵相結合。乙炔第10頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三sp雜化軌道一個s軌道與一個p軌道雜化后，得兩個sp雜化軌道，雜化軌道的空間取向為直線型，夾角為180o

。如BeCl2、BeF2：Be的電子構型:1s22s22s2p2s2psp激發(fā)雜化2p第11頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三CO2sp雜化軌道如CO2：C的電子構型:1s22s22p22s2p2s2psp雜化軌道激發(fā)雜化第12頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三雜化類型spsp2sp3參與雜化的原子軌道1s+1p1s+2p1s+3p雜化軌道數2個sp雜化軌道3個sp2雜化軌道4個sp3雜化軌道雜化軌道間夾角180?120?109?28’空

間

構

型直線正三角形正四面體實

例BeCl2,

C2H2BF3

,C2H4CH4

,CCl4雜化軌道的類型第13頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三

與中心原子鍵合的是同一種原子，分子呈高度對稱的正四面體構型，其中的4個sp3雜化軌道自然沒有差別，這種雜化類型叫做等性雜化。

中心原子的4個sp3雜化軌道用于構建不同的σ軌道，如H2O的中心原子的4個雜化軌道分別用于σ鍵和孤對電子對，這樣的4個雜化軌道顯然有差別，叫做不等性雜化。等性雜化和不等性sp3雜化第14頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三不等性sp3雜化第15頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三常見雜化軌道及其幾何構型

①sp3雜化——正四面體②sp2雜化——平面三角形③sp雜化——直線型CH4、CCl4、NH4+、SiF4、SiCl4等BF3、BCl3、SO3、乙烯、苯、石墨等，SO2（V型）BeCl2、乙炔、CO2、CS2等不等性sp3雜化H2O（V型）、NH3（三角錐型）、PCl3第16頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三小結：雜化軌道的類型與分子的空間構型

中心原子Be(ⅡA)B(ⅢA)

C,Si(ⅣA)

N,P(ⅤA)

O,S(ⅥA)

Hg(ⅡB)直線形三角形四面體三角錐V型

雜化軌道類型SPSP2SP3不等性SP3s+ps+(3)ps+(2)ps+(3)p參加雜化的軌道2443雜化軌道數成鍵軌道夾角分子空間構型實例第17頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三等電子原理原子數相同、價電子數（指全部電子總數或價電子總數）相同的分子或離子，互稱為等電子體。等電子體的結構相似、物理性質相近。互為“等電子體”應滿足的條件1、在微粒的組成上，微粒所含原子數目相同2、在微粒的構成上，微粒所含的電子數相等（指全部電子總數或價電子總數）第18頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三（1）2原子10價電子（2）2原子11價電子幾組常見的等電子體及特征如：N2、CO、C22-、CN-——直線型如：NO、O2+、——直線型（3）3原子16價電子如：CO2、BeCl2、N2O、NO2+、N3-——直線型（4）3原子18價電子如：NO2-、SO2、O3

——V型或角型（5）3原子24價電子如：NO3-、BF3、CO32-、SO3——平面正三角形（6）5原子32價電子如：SiF4、CCl4、SO42-、PO43-——正四面體（7）(BN)n晶體和碳單質具有類似結構。B3N3H6與C6H6是等電子分子。第19頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三空間構型與價層電子對數目n的關系如下圖所示：n=23456直線形平面三角形正四面體三角雙錐體正八面體sp3sp2spdsp3d2sp3價層電子對互斥理論第20頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三利用價電子互斥理論推斷微粒的空間構型的具體步驟：

①確定中心原子A價層電子對數目n。對于ABm型分子（A為中心原子；B為配位原子）分子中心原子的價電子對數計算如下注：配位原子中鹵素原子、氫原子提供1個電子，氧原子和硫原子按不提供價電子計算第21頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三如何確定分子的空間構型1、計算中心原子的價層電子對數2、確定價層電子對的空間構型3、分子空間構型的確定2－直線型3－平面正三角形4－正四面體5－三角雙錐體6－正八面體a、若價層電子對全部成鍵，則分子構型=價層電子對構型b、若價層電子對有孤對電子，則分子構型≠價層電子對構型第22頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三常見分子的空間構型第23頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三常見分子的構型及其分子的極性類型實例結構鍵的極性分子極性A2型：H2N2非極性鍵均為直線型雙原子分子非極性分子非極性分子單原子分子NeAr第24頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三AB型HFNO極性鍵均為直線型類型實例結構鍵的極性分子極性雙原子分子極性分子第25頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三類型實例結構鍵的極性分子極性AB2型CO2(CS2)極性鍵極性鍵非極性分子極性分子直線型角型三原子分子H2OH2SSO2第26頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三類型實例結構鍵的極性分子極性AB3型BF3BCl3NH3PH3PCl3極性鍵平面三角形極性分子極性鍵三角錐形非極性分子四原子分子第27頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三類型實例結構鍵的極性分子極性AB4型CH4CCl4正四面體非極性分子極性鍵五原子分子第28頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三ⅣA族ⅤA族ⅥA族ⅦA族RH4RH3H2RHR非極性分子極性分子極性分子極性分子第29頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三手性分子

如果一對分子，其組成和原子的排列方式完全相同，但如同左手和右手互為鏡像，在三維空間里不能重疊，這對分子稱為手性異構體，有手性異構體的分子稱為手性分子。連接四個不同的原子或基團的碳原子稱為

——手性碳原子第30頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三2─丁醇α=(+)13.52°α=(-)13.52°它們之間的關系相當于左手和右手或物體和鏡象.這對物質不能重合，是一對異構體，互為對映，因此稱為對映異構體。如果物質具有這種性質被稱為手性。兩個對映異構體性質差別很小,但是葡萄糖只有右旋體才能在動物體內代謝。麻黃素只有左旋體才有藥效。手性分子第31頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三手性分子思考：具有手性碳原子的最簡單烷烴？C7H16例：第32頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三實驗證實，硫酸銅無論其是水溶液還是晶體，天藍色都是四水合銅離子[Cu(H2O)4]2+產生的顏色。向硫酸銅溶液滴加過量氨水，得到深藍色的透明溶液，若蒸發(fā)結晶，可以得到深藍色的硫酸四氨合銅晶體。無論在氨水溶液里還是在晶體里，深藍色都是四氨合銅離子[Cu(NH3)4]2+產生的顏色。取少量硫酸四氨合銅晶體用水溶解后滴加過量濃鹽酸，得到黃色透明溶液，分析證實，其中存在四氯合銅酸根離子[CuCl4]2-。并能在晶體里存在。我們把像[Cu(H2O)4]2+、[Cu(NH3)4]2+、[CuCl4]2-這樣的由金屬原子與中性分子或者陰離子結合形成的復雜離子叫做配離子(絡離子)，其中的金屬原子是配離子形成體或中心原子，其中的H2O、NH3、Cl-等叫做配體。

配合物第33頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三配合物是通過配位鍵結合而成的化合物。配合物不一定是離子，也可以是中性分子。配合物基本概念1.配位化合物的定義

配位化合物是由具有接受孤對電子的空軌道的原子或離子（中心原子）和可以提供孤對電子的離子或分子（配位體）按一定的組成和空間構型所形成的化合物。第34頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三中心原子或離子金屬原子、離子（特別是過渡金屬離子，特別是鐵系、鉑系、第IB、IIB族元素）配位體是含有孤電子對的分子或離子。如：NH3、H2O、CN－、OH－、F－、Cl－

其中直接和中心原子配位的原子稱為配位原子，如：N、O、C、F、Cl、S等。配位數

與中心原子配位的原子數目稱為該中心原子的配位數。一般為2、4、6、8等。2.配合物的組成第35頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三2.配合物的組成第36頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三[Ag(NH3)2]

+

[Zn(NH3)4]2+

[Ni(CN)4]2-

[AlF6]3-sp雜化

sp3雜化dsp2雜化sp3d2雜化4.配合物的空間