分子的结构与性质精选PPT.ppt
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1、关于分子的结构与性质关于分子的结构与性质第1页,讲稿共72张,创作于星期一16.1.1键能键能(BondEnergy,B.E.)键参数:键参数:表征化学键性质的量。表征化学键性质的量。键能、键级、键长、键角等。键能、键级、键长、键角等。键能:键能:298.15K、标准态,气体分子每断开、标准态,气体分子每断开1mol某键时的焓变某键时的焓变HCl(g)H(g)+Cl(g)298.15K标准态标准态E(H-Cl)=H =431kJmol-1键能越大,化学键越牢固键能越大,化学键越牢固298 15K双原子分子,键能双原子分子,键能=键的解离能键的解离能(D)E(H-H)=D =436kJmol-1
2、H2(g)2H(g)标准态标准态第2页,讲稿共72张,创作于星期一2多原子分子,键能多原子分子,键能=逐级离解能的平均值。逐级离解能的平均值。H-OH(g)H(g)+OH(g)D(H-OH)=498kJmol-1OH(g)H(g)+O(g)D(O-H)=428kJmol-1E(O-H)=D(H-OH)+D(O-H)=463kJmol-1同一种键在不同分子中,键能大小可能不同。同一种键在不同分子中,键能大小可能不同。N2O4(g)中中D (N-N)=167kJmol-1N2H4(g)中中D(N-N)=247kJmol-1第3页,讲稿共72张,创作于星期一36.1.2键级键级(BondOrder)
3、键级键级 =分子中两原子间分子中两原子间共享电子对的数目。共享电子对的数目。例如:例如:H3C-CH3键级键级=1H2C=CH2键级键级=2HC CH键级键级=3在在分子轨道法分子轨道法(MO)中:)中:键级越大,键能越大,分子结构越稳定。键级越大,键能越大,分子结构越稳定。键级只能粗略估计分子稳定性的相对大小,键级只能粗略估计分子稳定性的相对大小,实际上键级相同的分子稳定性也有差别。实际上键级相同的分子稳定性也有差别。第4页,讲稿共72张,创作于星期一46.1.2键长键长(BondLength)147C N125N=N109.8NN134C=C120CC146N N116154Lb/pmCN
4、C=NC C键键键级增大,键长减小,键级增大,键长减小,单键键长单键键长等于等于双键键长的双键键长的2倍?倍?键长:分子内成键两原子核间的平衡距离键长:分子内成键两原子核间的平衡距离键长越短键长越短,键能越大,键越牢固键能越大,键越牢固155丙烷丙烷154153154Lb/pm乙烷乙烷金刚石金刚石C-C键键91.8HF127.4HCl198.8ClCl228.4BrBr266.6II160.8140.874.0Lb/pmHIHBrHH键键同一种键在不同分子中的键长基本上是一个定值同一种键在不同分子中的键长基本上是一个定值第5页,讲稿共72张,创作于星期一56.1.3键角键角(Bondangle
5、)键角:键角:分子中两相邻化学键之间的夹角。分子中两相邻化学键之间的夹角。键长和键角键长和键角分子的空分子的空间构型间构型V形形直线形直线形三角锥形三角锥形正四面体形正四面体形第6页,讲稿共72张,创作于星期一66.2.16.2.1共价键理论共价键理论共价键理论共价键理论“八隅体规则八隅体规则”(OctetRule)1916年美国物化学家(年美国物化学家(G.N.Lewis)Atomstendtogain,loseorshareelectronssoastohaveeightelectronsintheirouterelectronshell.未能阐明共价键的本质及特征(未能阐明共价键的本质及
6、特征(带负电荷的带负电荷的2个电子不是互个电子不是互相排斥,而配对成键?共价键的方向性?等相排斥,而配对成键?共价键的方向性?等););例外很多例外很多(SF6等)等);不能解释一些分子的性质(不能解释一些分子的性质(O2、B2的顺磁性等的顺磁性等)。)。不足:不足:指出了共价键与离子键的差异;指出了共价键与离子键的差异;解释了一些简单的非金属单质和化合物分子的形成过程。解释了一些简单的非金属单质和化合物分子的形成过程。优点:优点:第7页,讲稿共72张,创作于星期一7一、共价键的形成一、共价键的形成一、共价键的形成一、共价键的形成以以H2为例为例H2分子的形成分子的形成两个电子自旋方式相反的两
7、个电子自旋方式相反的H,靠近、重叠,核间形成一个电靠近、重叠,核间形成一个电子概率密度较大的区域子概率密度较大的区域,系统能量降低,形成氢分子。系统能量降低,形成氢分子。1927年,德国年,德国W.Heitler F.London首先把首先把量子力学量子力学用用于研究于研究H2分子结构。分子结构。美国美国L.Pauling发展,发展,1930年提年提出出杂化轨道法杂化轨道法,建立了现代,建立了现代价键价键理论。理论。W.HeitlerF.LondonL.Pauling第8页,讲稿共72张,创作于星期一8二、价键理论要点二、价键理论要点二、价键理论要点二、价键理论要点v未成对的价电子自旋方向相反
8、。未成对的价电子自旋方向相反。v原子轨道最大程度地重叠。原子轨道最大程度地重叠。S3s3p3d3s3p3dS+6F:FSFFF/FF三、共价键的特性三、共价键的特性三、共价键的特性三、共价键的特性原子有几个未成对的价电子原子有几个未成对的价电子原子有几个未成对的价电子原子有几个未成对的价电子,一般一般一般一般 只能和几个自旋方向相只能和几个自旋方向相只能和几个自旋方向相只能和几个自旋方向相反的电子配对成键。反的电子配对成键。反的电子配对成键。反的电子配对成键。HHClHClHOOHNNHNN饱和性饱和性饱和性饱和性基于电子定域于两原子之间基于电子定域于两原子之间第9页,讲稿共72张,创作于星期
9、一9四、原子轨道的重叠四、原子轨道的重叠四、原子轨道的重叠四、原子轨道的重叠原原子子轨轨道道重重叠叠必必须须满满足足3个个条条件件:能能量量近近似似原原则则;最大重叠原则;最大重叠原则;对称性匹配原则。对称性匹配原则。方向性方向性为了实现最大重叠,决定了共价键的方向性。为了实现最大重叠,决定了共价键的方向性。+-第10页,讲稿共72张,创作于星期一10原子轨道波函数相同的部分才能发生有效重叠原子轨道波函数相同的部分才能发生有效重叠对称性匹配原则对称性匹配原则对称性匹配时,原子间对称性匹配时,原子间概率密度增大概率密度增大,形成化学键。形成化学键。对称性不匹配时,原子间对称性不匹配时,原子间概率
10、密度几乎为零,难成键。概率密度几乎为零,难成键。px-spx-pxpy-pydxy-pxs-spx-spy-pydxy-px第11页,讲稿共72张,创作于星期一116.2.2共价键的类型共价键的类型如:如:如:如:HH2 2OO,HClHCl如:如:如:如:HH2 2S S,HIHI键的极性键的极性一、一、一、一、键键键键原子轨道以原子轨道以“头碰头头碰头”的形式重叠所形成的键。的形式重叠所形成的键。键、键、键、键、键键轨道重叠具有的对称性轨道重叠具有的对称性 对键轴对键轴(x x轴轴)具有圆柱形对称性具有圆柱形对称性 第12页,讲稿共72张,创作于星期一12二、二、二、二、键键键键原子轨道以
11、原子轨道以“肩对肩肩对肩”的形式重叠所形成的键。的形式重叠所形成的键。重叠部分位于重叠部分位于xy平面的平面的上、下两侧,形状相同、上、下两侧,形状相同、符号相反。符号相反。对对xy平面具有反对称性平面具有反对称性 zzxyy第13页,讲稿共72张,创作于星期一13zNNyx化学键示意图化学键示意图价键结构式价键结构式例例N2:NN:分子结构式分子结构式NN电子:形成电子:形成键的电子键的电子电子:形成电子:形成键的电子键的电子第14页,讲稿共72张,创作于星期一14zxxyydxydxy三、三、三、三、键键键键两个原子相匹配的两个原子相匹配的d轨道以轨道以“面面对面对面”的方式重叠所形成的键
12、。的方式重叠所形成的键。第15页,讲稿共72张,创作于星期一156.2.3配位共价键配位共价键共价键的一种特殊形式,共用电子对由一个原子单方面提供。共价键的一种特殊形式,共用电子对由一个原子单方面提供。形成形成条件条件v一个原子价层有孤电子对一个原子价层有孤电子对(电子给予体电子给予体)。v另一个原子价层有空轨道另一个原子价层有空轨道(电子接受体电子接受体)。:C O:电子式电子式分子结构式分子结构式C=O电子接受体电子接受体电子给予体电子给予体OC2s2p:CO:键键配键配键键键价键结构式价键结构式第16页,讲稿共72张,创作于星期一16NaClNaClCsClCsCl6.2.36.2.3离
13、子键及键型过渡离子键及键型过渡离子键及键型过渡离子键及键型过渡离子键离子键本质:本质:阳、阴离子之间的静电引力阳、阴离子之间的静电引力存在:存在:离子晶体和少量气态分子中离子晶体和少量气态分子中特征:特征:无方向性和饱和性无方向性和饱和性第17页,讲稿共72张,创作于星期一17离子键中键的极性与离子键中键的极性与元素电负性的关系元素电负性的关系xA-xB0.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.62.83.03.201040915223039475563707682868992离子性百分率离子性百分率(%)可用可用Hannay&Smyth公式来计算键公式来计算
14、键的离子性。的离子性。离子性离子性(%)=16(x)+3.5(x)2没有没有100%的离子键的离子键第18页,讲稿共72张,创作于星期一18键型过渡键型过渡HHHI:HBr:HCl:HF:NaF:2.1-2.1=02.5-2.1=0.42.8-2.1=0.73.0-2.1=0.94.0-2.1=1.94.0-0.9=3.1非极性键非极性键极性键极性键离子键离子键Na+F-电电负负性性差差值值越越大大键键的的极极性性越越强强第19页,讲稿共72张,创作于星期一196.3.1杂化轨道理论杂化轨道理论一、价键理论的局限性一、价键理论的局限性 价键理论能较好地说明一些双价键理论能较好地说明一些双原子分
15、子价键的形成。原子分子价键的形成。v不能很好地解释多原子分子的价不能很好地解释多原子分子的价键形成和几何构型。键形成和几何构型。C2s2p不可能形成不可能形成4个等同个等同C-H键,仍与实验事实不符。键,仍与实验事实不符。C只能形成只能形成2个个C-H键,这与事实不符。键,这与事实不符。C2s2p如:如:CH4正四面体形正四面体形第20页,讲稿共72张,创作于星期一20二、杂化轨道理论二、杂化轨道理论二、杂化轨道理论二、杂化轨道理论n轨道成分变了轨道成分变了n轨道的能量变了轨道的能量变了n轨道的形状变了轨道的形状变了结果当然是更有利于成键结果当然是更有利于成键!总之,杂化后的轨道总之,杂化后的
16、轨道变了变了基本要点基本要点杂化后轨道伸展方向,形状和能量发生改变。杂化后轨道伸展方向,形状和能量发生改变。杂化前后轨道数目不变。杂化前后轨道数目不变。成键时能级相近的价电子轨道相混杂,形成新的价电子轨道成键时能级相近的价电子轨道相混杂,形成新的价电子轨道杂化轨道。杂化轨道。第21页,讲稿共72张,创作于星期一21轨道为什么要进行杂化呢?轨道为什么要进行杂化呢?注意注意原子轨道杂化是指原子轨道杂化是指同一个原子同一个原子能量相近、类型不同的轨道进能量相近、类型不同的轨道进行杂化,不同原子间的原子轨道不能进行杂化。行杂化,不同原子间的原子轨道不能进行杂化。原子轨道杂化只有在原子轨道杂化只有在分子
17、的形成过程分子的形成过程中、原子间相互影响才中、原子间相互影响才会发生。孤立的原子不会发生杂化。会发生。孤立的原子不会发生杂化。轨道杂化、电子激发、重叠成键过程都是轨道杂化、电子激发、重叠成键过程都是同时进行同时进行的。的。第22页,讲稿共72张,创作于星期一22三、杂化类型与分子的几何构型三、杂化类型与分子的几何构型三、杂化类型与分子的几何构型三、杂化类型与分子的几何构型+vsp杂化杂化个个s轨道个轨道个p轨道轨道第23页,讲稿共72张,创作于星期一23BeClClClBeCl直线形直线形直线形直线形分子分子构型构型杂化轨道杂化轨道数目数目BeCl2、CO2键键直线形直线形180s、p实例实
18、例成键成键类型类型杂化轨道杂化轨道构型构型轨道夹轨道夹角角杂化轨道杂化轨道含量含量1212激发激发2s2p2s2psp2p2个个 sp 杂化轨道杂化轨道杂化杂化 BeCl2分子结构分子结构第24页,讲稿共72张,创作于星期一24120BFFF正三角形正三角形分子分子构型构型3杂化轨道杂化轨道数目数目键键正三角形正三角形120s、p成键成键类型类型杂化轨道杂化轨道构型构型轨道夹轨道夹角角杂化轨道杂化轨道含量含量1323激发激发杂化杂化2s2p2s2psp23个个sp2杂化轨道杂化轨道vsp2杂化杂化个个s轨道轨道2个个p轨道轨道例例 BF3第25页,讲稿共72张,创作于星期一25C2H4的分子结
19、构图的分子结构图第26页,讲稿共72张,创作于星期一26正四面体正四面体分子分子构型构型4杂化轨杂化轨道数目道数目键键正四面体正四面体10928s、p成键类型成键类型杂化轨道构杂化轨道构型型轨道夹角轨道夹角杂化轨道杂化轨道含量含量3414HHH10928CHvsp3杂化杂化个个s轨道轨道3个个p轨道轨道例例 CH4杂化杂化 激发激发2s2p2s2psp3四个四个 sp3 杂化轨道杂化轨道第27页,讲稿共72张,创作于星期一27乙烷的空间构型乙烷的空间构型第28页,讲稿共72张,创作于星期一28spsp2sp3杂化轨道比较杂化轨道比较E Ep pspsp3 3spsp2 2spsps s键键角角
20、减减小小向向90度度接接近近v等性杂化等性杂化第29页,讲稿共72张,创作于星期一29三角锥形三角锥形10718v不等性杂化不等性杂化例例NH3N不等性不等性sp32s2p不等性不等性sp3杂化杂化第30页,讲稿共72张,创作于星期一30例例H2OO不等性不等性sp3不等性不等性sp3杂化杂化2s2p104.5o第31页,讲稿共72张,创作于星期一31PCl5sp3dSF6sp3d2vs-p-d杂化轨道杂化轨道不要求不要求第32页,讲稿共72张,创作于星期一32共用共用电子电子对数对数结构结构杂化杂化轨道轨道理想理想夹角夹角直线型直线型sp2平面平面三角形三角形sp23正四正四面体面体sp34
21、三角三角双锥双锥dsp35正八面正八面体体d2sp36小结小结第33页,讲稿共72张,创作于星期一336.3.2价电子对互斥理论(价电子对互斥理论(ValenceShellElectronPairRepulsion,VSEPR)一、基本要点一、基本要点分子或离子的空间构型与中心原子的分子或离子的空间构型与中心原子的价层电子对数价层电子对数目有关目有关VP=BP+LP价层价层成键成键孤对孤对价层电子对尽可能远离价层电子对尽可能远离,以使斥力最小以使斥力最小LP-LPLP-BPBP-BP根据根据VP和和LP的数目的数目,可以推测出分子的空间构型可以推测出分子的空间构型N.Sidgwick1940年
22、提出,用于年提出,用于讨论讨论分子的几何构型分子的几何构型,但但不涉及成键不涉及成键过程过程和和键的稳定性键的稳定性。第34页,讲稿共72张,创作于星期一34二、推测二、推测二、推测二、推测AXAXn nE Emm分子的分子几何构型分子的分子几何构型分子的分子几何构型分子的分子几何构型v确定中心原子(确定中心原子(确定中心原子(确定中心原子(A A)价电子对数(价电子对数(价电子对数(价电子对数(VPVP)BP=n(配位原子个数)配位原子个数)LP=(A原子价电子总数原子价电子总数-配原子单电子总数配原子单电子总数-离子电荷数)离子电荷数)VP=BP+LP例如例如SO42-BP=n=4LP=6
23、-24-(-2)=0VP=BP+LP=4例如例如PO43-BP=n=4LP=5-24-(-3)=0VP=BP+LP=4第35页,讲稿共72张,创作于星期一35v 确定电子对的空间排布方式确定电子对的空间排布方式确定电子对的空间排布方式确定电子对的空间排布方式中心原子上不含孤对电子的共价分子的几何形状中心原子上不含孤对电子的共价分子的几何形状通式通式共用共用电子对电子对原子原子A在原子在原子B周围的排列方式周围的排列方式(理想的(理想的BAB键角)键角)结构结构2直线直线(180)AB2AB33平面三角形平面三角形(120)AB44正四面体正四面体(10928)AB55三角双锥三角双锥(BaAB
24、a,180)(BeABe,120)(BeABa,90)Ba轴向轴向B原子,原子,Be平伏平伏B原子原子AB66正八面体正八面体(90,180)第36页,讲稿共72张,创作于星期一36CH4VP=(4+4)=4 LP=0v确定孤对电子数和分子空间构型确定孤对电子数和分子空间构型确定孤对电子数和分子空间构型确定孤对电子数和分子空间构型LP=0,分子的空间构型分子的空间构型=电子对的空间构型电子对的空间构型PC15VP=(5+5)=5 LP=0SF6VP=(6+6)=6 LP=0BF3VP=(3+3)=3 LP=0BeH2VP=(2+2)=2 LP=0第37页,讲稿共72张,创作于星期一37LP0,
25、电子对的空间构型使价层电子对斥力最小电子对的空间构型使价层电子对斥力最小220总电子总电子电子对电子对成键成键未成对未成对分子构型分子构型实例实例对数对数理想构型理想构型电子对电子对电子对电子对31303第38页,讲稿共72张,创作于星期一38总电子总电子电子对电子对成键成键未成对未成对分子构型分子构型实例实例对数对数理想构型理想构型电子对电子对电子对电子对4031224第39页,讲稿共72张,创作于星期一39孤对电子优先代替平孤对电子优先代替平伏位置上的原子和相伏位置上的原子和相关键对电子关键对电子50413223总电子总电子电子对电子对成键成键未成对未成对分子构型分子构型实例实例对数对数理
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