分子结构与结合键课件.ppt
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- 分子结构 结合 课件
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1、n1.2.1 离子键理论离子键理论n1.2.2 共价键理论共价键理论n1.2.3 金属键理论金属键理论1.2 分子结构和结合键分子结构和结合键n1.2.4 分子间作用力分子间作用力 1.2.1 离子键理论离子键理论一、离子键的形成 Na+:Cl Na+:Cl:二、离子键及其特点 定义:正负离子间的静电吸引力叫做离子键。特点:离子键既没有方向性也没有饱和性。NaCl 晶体晶体离子键:阴离子与阳离子之间的作用力,离子可以看成是均匀的带电小球,所以,既没有方向性,也没有饱和性,即,只要阴离子足够大,就能在表面的各个方向尽可能多的吸引阳离子,反之,阳离子也是这样。三、离子键强度与晶格能离子键强度与晶格
2、能 晶格能:表示相互远离的气态正离子和负离子结合成 1 mol 离子晶体时所释放的能量,或1 mol 离子晶体解离成自由气态离子时所吸收的能量。如:Ca2+(g)+2Cl-(g)CaCl2(s)H=U=2260 kJ/mol 离子键强度:用晶格能表示Born-Lande 公式公式 U =-Ve Z1Z2/r 其中:Ve 为正负离子间吸引力和排斥力达平衡时,体系的位能;Z1、Z2 分别为正负离子的电荷数;r为正负离子间距。Born-Haber 循环计算U四、离子化合物的类型(1)氯化钠型是由两种面心立方结构的离子沿晶轴平移1/2间距而成,配位数为6。NaCl、KCl、AgBr、PbS、MgO等皆
3、属此类;(2)氯花铯型是由两种简立方结构的离子沿空间对角线位移1/2长度套构而成,配位数为8。TiBr、TiI等皆属此类。(3)离子结合成分较大的半导体材料ZnS等,是由两种各为面心立方结构的离子沿空间对角线位移1/4程度套构而成的闪锌矿结构,配位数为4。五、离子化合物的性质离子化合物的性质 高熔点 High melting points 高沸点 High boiling points 易脆性 Brittleness 溶解性 Some are soluble,some not.1.2.2 共价键理论共价键理论共享电子对共享电子对 (1)价键理论价键理论 共价键的本质是由于原子相互接近时轨道重叠
4、(即波函数叠加),原子间通过共用自旋相反的电子对使能量降低而成键。共价键的主要特点是具有饱和性和方向性。一、共价键的本质和特点二、共价键的键型 键键(成键轨道)头碰头成键轨道)头碰头原子核连线为对称轴原子核连线为对称轴 键键,肩并肩肩并肩穿过原子核连线有一节面穿过原子核连线有一节面共价键形成实例共价键形成实例HF的生成的生成N2的生成的生成 键键 键键氮气分子的分子轨道式为,对成键有贡献的是 三对电子,即形成两个键和一个键。对键没有贡献,成键与反键能量近似抵消,它们相当于孤电子对。(2)杂化轨道理论杂化轨道理论 同一原子中,不同原子轨道的线性组合,改变原子轨道的分布方向,有利于成键,但原子轨道
5、的数目不变。实验测得实验测得 CCl4、CH4等的立体构型为正四面体等的立体构型为正四面体(tetrahedral)在同一个原子中能量相近的不同类型(在同一个原子中能量相近的不同类型(s,p,d,)的几个原子轨道波函数可以相互叠加而组成同等数目的的几个原子轨道波函数可以相互叠加而组成同等数目的能量完全相同的能量完全相同的杂化轨道杂化轨道。杂化轨道的主要类型杂化轨道的主要类型 sp 直线型 键角180 CO2,C2H2sp2 平面三角形 键角120 BF3,NO3-,C6H6,C2H4sp3 正四面体形 键角109 28 CH4,H2O,NH3dsp2 平面四方形 键角90 Ni(CN)42-d
6、sp3(sp3d)三角双锥 120和90 PCl5d2sp3(sp3d2)正八面体 90 SF6 sp sp杂化轨道杂化轨道激激发发杂杂化化 sp2杂化杂化乙烯乙烯 sp3杂化杂化(3)价层电子互斥理论价层电子互斥理论CH4 NH3 H2O PF3 ClF3PFFFNHHHOHHCHHHHClFFF分子构型和电子构型的区别分子构型和电子构型的区别原则:尽可能使电子对之间的排斥作用最小原则:尽可能使电子对之间的排斥作用最小高键级高键级低键级低键级孤对孤对孤对孤对 孤对键对孤对键对 键对键对键对键对价层电子对互斥理论可以定性判断和预见分子的几何构型价层电子对互斥理论可以定性判断和预见分子的几何构型
7、 分子的共价键中的价电子对以及孤对电子由于相互排斥作用而趋向尽可能彼此远离,分子尽可能采取对称的结构。若一个中心原子和几个配位原子形成分子时,分子的几何构型取决于中心原子周围的价电子数目。价电子包括价层轨道中成键电子对(bp)和孤电子对(lp).不同价电子对间排斥作用的顺序为:lplp lpbp bpbp 分子中的多重键按单键处理。价层电子对数确定方法:价层电子对数 (中心原子价电子总数配位原子提供电子数 离子电荷数)/2规定:(1)作为配体,卤素原子和H原子提供1个电子,氧族元素的原子不提供电子,N原子提供-1个电子;(2)作为中心原子,卤素原子按提供7个电子计算,氧族元素的原子按提供6个电
8、子计算;(3)对于复杂离子,在计算价层电子对数时,还应加上负离子的电荷数或减去正离子的电荷数;(4)计算电子对数时,若剩余1个电子,亦当作 1对电子处理。(5)双键、叁键等多重键作为1对电子看待。1、试判断PCl5 离子的空间构型。解:P离子的正电荷数为5,中心原子P有5个价电子,Cl原子各提供1个电子,所以P原子的价层电子对数为(5+5-0)/2=5,其排布方式为三角双锥。因价层电子对中无孤对电子,所以PCl5 为三角双锥构型。2、实例分析:试判断H2O分子的空间构型。解:O是H2O分子的中心原子,它有 6个价电子,与O化合的2个H原子各提供1个电子,所以O原子价层电子对数为(6+2)/2=
9、4,其排布方式为 四面体,因价层电子对中有2对孤对电子,所以H2O分子的空间构型为V形。价电子对数目与分子构型价电子对数目与分子构型23456分子构型:正四面体分子构型:正四面体甲烷甲烷ClO4分子构型:正四面体分子构型:正四面体含氧原子的情况:净结果含氧原子的情况:净结果是是O原子不提供价电子。原子不提供价电子。氨氨分子构型:角锥型分子构型:角锥型水水分子构型:角型分子构型:角型电子构型与分子构型不一致电子构型与分子构型不一致BF3分子构型:平面三角分子构型:平面三角PF6-分子构型:正八面体分子构型:正八面体ClF3分子构型:分子构型:T字型字型三种构型三种构型 选择选择电子构型与分子构型
10、不一致电子构型与分子构型不一致电子数为电子数为5 时,孤对总是尽时,孤对总是尽先处于三角双锥的腰部位置先处于三角双锥的腰部位置价层电子互斥理论的局限性价层电子互斥理论的局限性不能说明成键原理和键的相对稳定性不能说明成键原理和键的相对稳定性 氮气为什么稳定?与与O2的分子轨道能级图比较有何不同,的分子轨道能级图比较有何不同,why?(4)分子轨道理论分子轨道理论 原子中某个电子运动的波函数,用表示,分子轨道可由原子轨道线性组合而成。一、分子轨道理论的要点 原子轨道组成分子轨道时,轨道数不变。分子轨道的能量可以高于、低于和等于原子轨道,分别称为反键轨道、成键轨道和非键轨道。原子轨道组成分子轨道时,
11、必须满足原子轨道的能量相近、轨道最大重叠和对称性匹配。分子轨道中的电子排布和原子轨道中电子排布的规则相似,即遵循Pauli原理,能量最低原理及Hund 规则。成键轨道和反键轨道成键轨道和反键轨道 成键轨道成键轨道(bonding)反键轨道反键轨道(antibonding)二、分子轨道图二、分子轨道图(a)a)和分子轨道能级图和分子轨道能级图(b)b)(a)a)(b)b)成键轨道中,两原子之间的电子云密度增加;反键轨道中,两原子之间的电子云密度降低。H2的分子轨道能级图的分子轨道能级图(a)氢原子轨道 (b)氢分子轨道H2 与与 He2 的比较的比较三、简单双原子分子轨道能级三、简单双原子分子轨
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