无机化学基本原理课件-分子结构b.ppt

1、说明了共价健的本质和特点说明了共价健的本质和特点;(1)未成对价电子自旋方式相反；未成对价电子自旋方式相反；(2)原子轨道最大程度地重叠。原子轨道最大程度地重叠。但不能说明但不能说明:(1)一些分子的一些分子的成键数目成键数目及及几何构型几何构型。如如C 2s22p2，仅，仅2个成单电子，个成单电子，CH4?(2)H2+，O3早期早期VB法的优缺点：法的优缺点：(五五)杂化轨道理论杂化轨道理论发展了的发展了的VB法法C：2s22p2s3p sp3 2s2p 激发激发2s2p 杂化杂化sp3激发激发 2s12p3杂化杂化(sp3)4 杂化轨道构型杂化轨道构型分子构型：正四面体分子构型：正四面体(

2、五五)杂化轨道理论杂化轨道理论发展了的发展了的VB法法 1930年代，由年代，由L.Pauling提出，提出，未有实验证据未有实验证据。要点：要点：（）（）原子轨道杂化：原子轨道杂化：同一原子的同一原子的能量相近能量相近的原子轨道可以互相叠加的原子轨道可以互相叠加，重新重新组成组成能量完全相等能量完全相等的杂化原子轨道的杂化原子轨道。（）（）轨道数目守恒轨道数目守恒：参与参与“杂化杂化”的原子轨道数目的原子轨道数目=组成的杂化轨道数目组成的杂化轨道数目 （）与原来的原子轨道相比，（）与原来的原子轨道相比，杂化轨道的杂化轨道的空间伸展空间伸展方向改变，成键能力更强方向改变，成键能力更强;不同的杂

3、化轨道的空间分不同的杂化轨道的空间分布不同，由此布不同，由此决定了分子的空间几何构型决定了分子的空间几何构型不同。不同。杂化轨道类型杂化轨道类型 sp，sp2，sp3，dsp2，sp3，sp3d，sp3d2，d2sp3 n波函数（原子轨道）的波函数（原子轨道）的角度分布图角度分布图(剖面图剖面图)(1)sp杂化杂化(续续)sp-sp轨道间夹角轨道间夹角180，呈直线型。，呈直线型。例：例：BeCl2(g)分子的形成：分子的形成：(1)sp杂化杂化(续续)例：例：BeCl2(g)分子的形成分子的形成 激发激发sp杂化杂化Be 2s2 2s1 2px1 (sp)1(sp)1|3px1 3px1 C

4、l Cl()sp2杂化杂化例：例：B3(g)分子的形成分子的形成n 激发激发 sp2杂化杂化nB 2s 2 2p 1 2s 1 2px 1 2p y1 2pz0 n (sp2)1(sp2)1(sp2)1 2pz0n|n 2s 2 2py2 2px1 2p n 2px1 2p n 2px1 2p 总成键：总成键：每个每个sp2杂化轨道：杂化轨道：1/3 s成分成分,2/3 p 成分成分.n sp2杂化轨道间夹角杂化轨道间夹角120，呈，呈平面三角形平面三角形。()sp2杂化杂化例：例：BF3(g)分子的形成分子的形成()sp杂化（续）sp2杂化（续）杂化（续）例：例：BF3(g)或或BCl3(g

5、)分子的形成分子的形成BF3:B 2s22p1 F 2s22p5()sp2杂化（续）杂化（续）n大大 键键的的形成条件形成条件：n 有有相互平行相互平行的的p 轨道轨道(或或d 轨道，或轨道，或p,d 轨道轨道)n 参与成键的参与成键的电子数目小于轨道数目电子数目小于轨道数目的的2倍倍。n 形成大形成大 键的原子轨道键的原子轨道能量相近能量相近。n1985年，发现年，发现“富勒烯富勒烯”（C60、C70、C140），使），使大大 键形成条件放宽键形成条件放宽。大大 键键的的形成条件（续）形成条件（续）n第二周期元素原子半径小，第二周期元素原子半径小，2p-2p重叠好，形重叠好，形成大成大 键较

6、稳定键较稳定;3p-3p 次之，次之，4p-4p 更差。更差。n对比对比BX3的的 B-X 键能键能/kJmol-1：n B-F B-Cl B-Br B-In 613.1 456 377 272nsp2杂化杂化更多例子更多例子：BCl3，NO3-,CO32-,SO3.3 +46,分子是分子是平面三角形平面三角形，键角，键角120.()sp2杂化（续）杂化（续）乙烯分子乙烯分子 H2C=CH2 每个每个C原子作原子作sp2杂化，杂化，与另一个与另一个C原子和二个原子和二个H原子形成原子形成3个个 键键，两个两个C原子余下的各原子余下的各1个个2pZ轨道轨道“肩并肩肩并肩”重叠形成重叠形成 键：键

7、：(3)sp3杂化杂化 n例例1：CH4n激发激发n 2s 2 2p 2s 2px 2py 2p z n sp杂化杂化n (sp)1(sp)1(sp)1(sp)1n|nH 1s 1nH 1s 1nH 1s 1n H 1s 1(3)sp3杂化（续）杂化（续）杂化轨道间夹角杂化轨道间夹角109.5，正四面体结构。，正四面体结构。例1：CH4(3)sp3杂化杂化（续（续）nCH4 总成键：总成键：4 nsp 3杂化轨道的空间分布:正四面体正四面体 电子和分子几何几何构型构型:正四面体正四面体。n 4个sp3杂化轨道等价轨道等价sp3等性杂化等性杂化(3)sp3杂化杂化（续）（续）n 例例2：NH3n

8、激发激发n 2s 2 2p 2s 2px 2py 2p z n sp杂化杂化n (sp)1(sp)1(sp)1(sp)n|nH 1s 1nH 1s 1nH 1s 1(3)sp3杂化杂化（续）（续）n 4个个sp3杂化轨道不等价杂化轨道不等价不等性杂化不等性杂化。n电子互斥作用电子互斥作用：孤对电子成键电子对孤对电子成键电子对 成键电子对成键电子对成键电子对成键电子对键角键角 nNH3中，中，HNH=1070 1090 28n价电子价电子几何构型几何构型:变形四面体变形四面体n分子分子几何构型几何构型:三角锥形三角锥形(3)sp3杂化杂化（续）（续）n 例例3.H2On 激发激发nO 2s 2

9、2p 4 2s 2px 2py2 2p z n sp杂化杂化n (sp)1(sp)1(sp)2(sp)n|nH 1s 1nH 1s 1(3)sp3杂化杂化（续）（续）nH2O中，中，键角键角HOH=104.5 0 109 0 28 n价电子价电子几何构型几何构型:变形四面体变形四面体 分子分子几何构型几何构型:V形形The sp3 Hybrid Orbitals in NH3 and H2O(4)dsp2杂化杂化（续）（续）n(n-1)dx2-y2 ns npx npy 杂化杂化 （分子在（分子在xy平面上，平面上，平面正方形平面正方形结构结构）n例：例：CuCl42-配离子配离子的形成的形成

10、 (4)dsp2杂化杂化 dsp2 杂化轨道的形成杂化轨道的形成CuCl42-配离子的形成配离子的形成n 激发激发nCu2+3d 9 3d 8 3dx2-y2 04s 04px 0 4py0 4p z1 ndsp2杂化杂化n (dsp2)0(dsp2)0(dsp2)0(dsp2)0 4p z1 n|nCl-3px 2nCl-3px 2nCl-3px 2 n Cl-3px 2CuCl42-配离子的形成配离子的形成n价电子价电子几何构型：几何构型：正方形正方形n分子分子几何构型：正方形几何构型：正方形（CuCl42-与与XeF4相同）相同）键角：键角：90,180（5）sp3d 杂化杂化（d 指指

11、 dZ2)sp3d 杂化轨道的形成杂化轨道的形成 例:PCl5（5）sp3d 杂化杂化（d 指指 dZ2)（续）（续）例例:PCl5杂化成键过程杂化成键过程(5)sp3d 杂化 三角双锥形三角双锥形结构，键角键角为120,90,180 分子分子几何构型几何构型:三角双锥体三角双锥体（tbp）价电子价电子几何构型几何构型:三角双锥体三角双锥体（tbp）(5)sp3d 杂化（续）nPCl5 键角键角：120,90,180 n分子分子几何构型几何构型:三角双锥体三角双锥体（tbp）n价电子价电子几何构型几何构型:三角双锥体三角双锥体（tbp）（6）sp3d 2杂化杂化（d 2指指d x2-y2 和和

12、d Z2)sp3d2 杂化轨道的形成杂化轨道的形成 例:SF6（6）sp3d 2杂化杂化（d 2指指d x2-y2 和和d Z2)（续）（续）例例.SF6 杂化成键过程杂化成键过程（6）sp 3d 2杂化 正八面体构型，键角为90 和180 例例.SF6（d 2指指d x2-y2 和和d Z2)分子分子几何构型几何构型:正八面体正八面体价电子价电子几何构型几何构型:正八面体正八面体（6）sp3d 2杂化杂化nSF6n分子分子几何构型几何构型:正八面体正八面体n价电子价电子几何构型几何构型:正八面体正八面体 键角为键角为90 和和180 杂化轨道理论解释烃分子构型：杂化轨道理论解释烃分子构型：C

13、-C单键单键杂化轨道理论解释烃分子构型：烯烃杂化轨道理论解释烃分子构型：烯烃CC双键双键杂化轨道理论解释烃分子构型：炔烃杂化轨道理论解释烃分子构型：炔烃 C C 三键三键杂化轨道类型杂化轨道类型小结小结n杂化类型杂化类型 例例 价价 电电 子子 分分 子子 几何构型几何构型 几何构型几何构型nsp BeCl2 直直 线线 直直 线线 nsp2 BF3 正三角形正三角形 正三角形正三角形nsp3 等性杂化等性杂化 CH4 正四面体正四面体 正四面体正四面体 不等性杂化不等性杂化 NH3 四面体四面体 三角锥体三角锥体ndsp2 CuCl42-正方形正方形 正方形正方形nsp3d PF5 三角双锥

14、体三角双锥体（tbp）三角双锥体三角双锥体nsp3d2 SF6,Fe(CN)63-正八面体正八面体 正八面体正八面体3 杂化轨道类型小结杂化轨道类型小结 sp sp2 sp3dsp2 sp3d，sp3d2，d2sp3杂化轨道类型杂化轨道类型小结小结3.杂化轨道理论的优缺点杂化轨道理论的优缺点n(1)解释了一些解释了一些分子分子（CH4、PCl5、SF6）的）的形形成过程成过程，在，在预测预测分子几何构型分子几何构型方面十分成功。方面十分成功。n(2)不能解释不能解释H2+（单电子键单电子键）和一些）和一些复杂分子复杂分子的结构的结构。n(3)有时有时难以判断难以判断中心原子的中心原子的杂化态杂化态。