结构化学课件:3.3同核双原子.ppt
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- 关 键 词:
- 结构 化学课件 3.3 原子
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1、3.3 同核双原子分子的结构同核双原子分子的结构满足成键三条件的原子线性组合成分子轨道,具有一定的能级次序。分子中的电子排列按照:由O2F2的分子轨道能级次序: *2*2*2222*22*11xyzyzxppppppssss能量最低原理能量最低原理保里不相容原理保里不相容原理洪特规则洪特规则1. 氟分子氟分子F2 氟原子的基态结构是1s22s22p5。首先考虑能量相近原则,不能将一个氟原子的1s轨道和另一个氟原子的2s或2p轨道组合成分子轨道,应该是两个原子的能级相近的原子轨道组合成分子轨道。再考虑对称性匹配原则和最大重叠原则 F2分子轨道能级图 注意:注意:由于两个F原子的1s电子是内层电子
2、,在正常的情况下,内层电子轨道实际上很少重叠,可以认为基本上不起作用。相互重叠的主要是原子的外层电子及其轨道。外层电子及其轨道。 可将F2的成键情况表示为: )()()()()()()(2*22*22222222*222zyzxpppyppssKK 式中KK代表两个氟原子的内层1s电子基本上维持原子轨道的状态。 由于成键和反键作用正好相互抵消,实际上有效成键的只有1对电子,因此F2分子中实际上只形成1个键,即单键。 2. 氧分子氧分子O2 氧原子轨道组合成分子轨道的情形如下图所示。 O2分子轨道能级图 O2的成键情况可表示为: )()()()()()()(1*21*22222222*222zy
3、zysppppxpsKK 根据洪特规则,为了使体系能量降低,电子应尽可能分开占据两个轨道且自旋平行;两个电子占据两个能量相同的反键轨道,这就使O2分子有顺磁性。O2F2 在生物体内在生物体内, O2可以依次转变为可以依次转变为O2- 、HOOH和和.OH等中间等中间产物,统称活性氧,其中产物,统称活性氧,其中O2- 和和.OH为自由基为自由基. 活性氧是生物体需要的,但过多时却会引起损伤活性氧是生物体需要的,但过多时却会引起损伤. .OH与生与生物体内几乎所有物质都能反应,将非自由基转化为自由基,在细物体内几乎所有物质都能反应,将非自由基转化为自由基,在细胞内越来越多,引发多种疾病;胞内越来越
4、多,引发多种疾病; O2- 会使核酸链断裂,导致肿瘤、会使核酸链断裂,导致肿瘤、炎症、衰老和一些重要脏器病变炎症、衰老和一些重要脏器病变. 目前,活性氧与人体健康的关目前,活性氧与人体健康的关系成为引人瞩目的新兴领域系成为引人瞩目的新兴领域. SOD(超氧化物歧化酶)是生物体内的活性氧清除剂(超氧化物歧化酶)是生物体内的活性氧清除剂.元素周期表中第二周期元素的同核双原子分子,由Li2N2分子轨道的能级次序为: *2*2*2222*22*11xyzxyzppppppssssO2 F2 B2 C2 N222u u ( (强反键强反键) )22g g( (弱成键或非键弱成键或非键) )11u u (
5、 (弱反键或非键弱反键或非键) )11g g( (强成键强成键) )11u u11g g* *2p2pz z2p2pz z2s2s* *2s2s* *2p2px x* *2p2py y2p2px x2p2py y3. 氮分子氮分子N2 N2分子轨道能级图 N2的成键情况可表示为为: 31222422guugKK经光电子能谱证实,N2分子轨道和F2的情况不同 , 成键的轨道能量比1 成键的轨道能量要高一些。这种组态N2中的轨道比较稳定,因而N2有较大的惰性。 g3u N2的键级为的键级为3, 与与Lewis结构一致结构一致, 键解焓高达键解焓高达946 kJ.mol-1,打断,打断N2中的键是非
6、常困难的中的键是非常困难的. 所以,现代合成氨是先制成所以,现代合成氨是先制成1: :3的氮氢混合的氮氢混合气体,在气体,在150300 atm、400500 下通过装下通过装Fe系催化剂的合成塔进系催化剂的合成塔进行行. 2007年诺贝尔化学奖授予德国科学家格哈特年诺贝尔化学奖授予德国科学家格哈特埃尔特(埃尔特(Gerhard Ertl)。)。基于他对哈伯基于他对哈伯-博施法的研究,应用哈伯博施法的研究,应用哈伯-博施法可以从空气中提取氮,这一博施法可以从空气中提取氮,这一点具有重要的经济意义点具有重要的经济意义 。 固氮微生物,例如大豆、三叶草、紫花苜蓿等根瘤菌的固氮菌固氮微生物,例如大豆
7、、三叶草、紫花苜蓿等根瘤菌的固氮菌株具有固氮作用,能在常温常压下以极高的速率合成氨株具有固氮作用,能在常温常压下以极高的速率合成氨. 固氮过程涉固氮过程涉及固氮酶及其复合物的作用及固氮酶及其复合物的作用. 大量研究表明固氮酶由两种蛋白质构成大量研究表明固氮酶由两种蛋白质构成, 但要彻底搞清其结构和作用机理仍有很长的路要走但要彻底搞清其结构和作用机理仍有很长的路要走. 生物固氮和化生物固氮和化学模拟固氮在学模拟固氮在21世纪将是重要的研究领域世纪将是重要的研究领域.成键电子与反键电子 占据在成键轨道上的电子称为成键电子。 占据在反键轨道上的电子称为反键电子。KK12131422N2键长:键长:1
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