11化学键和分子结构.ppt
《11化学键和分子结构.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《11化学键和分子结构.ppt(79页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、化学键与分子结构,分子结构,1. 化学键 键参数:键能、键长、键角、键的极性 分子的极性 共价分子的性质 分子的磁性 2. 共价键理论,键能:也称离解能。298K,1atm时,1mol理想气体AB离解为同状态下的A、B时的焓 变。常用键能数据为平均键能值。如: D(H-OH) = 500.8KJ/mol D(O-H) = 424.7KJ/mol D(HCOO-H) = 431.0KJ/mol 常用的O-H键能为 463.0KJ/mol 键长:分子中两个原子核之间的平均距离。,键角:键与键的夹角。是反映分子空间结构的重要因素。对分子的性质有较大影响。 如:水的键角104.5度,为角型分子,也是强
2、极性分子。P4的键角为60度,可知P4为正四面体。 键的极性:化学键中原子核的正电荷中心和负电荷中心不重叠,则该化学键就具有极性。根据成键原子的电负性差异,可确定键极性的大小。,一. 电子配对法,1.自旋方向相反的未成对电子可形成稳定共价键 2.配对后的电子不能再与第三个配对。(饱和性) 3.配对时,它们的电子云要重叠,重叠越多,所形成的共价键越牢固(方向性) 4.电子云有两种重叠方式: A. 沿键轴方向“头碰头”重叠,称键。此种方式重叠最好,最牢固。 B.沿键轴方向“肩并肩”重叠,称键。如 Px-Px,Py-Py,Pz-Pz 。N2 分子有叁条键,一条键,一条Py-Py键,一条Pz-Pz 键
3、,二路易斯结构与共振理论,所谓“路易斯结构式”,通常是指如下所示的化学符号: 对于大多数有机化合物,利用“八偶律”通过观察便可写出他们的路易斯结构式。 对于无机物,大多数情况下,“八偶律”仍是起作用的。但有时有例外:,缺电子结构包括形成共价键的共用电子对之内,少于8电子的,称为缺电子结构。如第3主族的硼和铝,典型的例子有BCl3、AlCl3,缺电子结构的分子往往有形成配合物的能力。例如:BCl3:NH3Cl3BNH3 能够接受电子对的分子称为“路易斯酸”,能够给出电子对的分子称为“路易斯碱”。路易斯酸和路易斯碱以配价键相互结合形成的化合物叫做“路易斯酸碱对”。,多电子结构如PCl5里的磷呈5价
4、,氯呈-1价。中性磷原子的价电子数为5。在PCl5磷原子的周围的电子数为10,超过8。这种例外只有第3周期或更高周期的元素的原子才有可能出现。 有时,一个分子在不改变其中的原子的排列的情况下,可以写出一个以上合理的路易斯结构式,为解决这一问题,鲍林提出所谓的“共振”的概念,认为该分予的结构是所有该些正确的路易斯结构式的总和,真实的分子结构是这些结构式的“共振混合体”。,三杂化轨道理论,1931年鲍林提出杂化轨道理论,满意地解释了许多多原子分子的空间构型。 杂化轨道理论认为: 形成分子时,由于原子间的相互作用,使同一原子中能量相近的不同类型原子轨道,例如ns轨道与np轨道,发生混合,重新组合为一
5、组新轨道称为杂化轨道。如一个2s轨道与三个2p轨道混合,可组合成四个sp3杂化轨道;一个2s轨道与二个2p轨道混合,可得三个sp2杂化轨道;一个2s轨道与一个2p轨道混合,可得二个sp杂化轨道。,杂化轨道的电子云一头大,一头小,成键时利用大的一头,可以使电子云重叠程度更大,从而形成稳定的化学键。即杂化轨道增强了成键能力。,杂化轨道可以分为等性杂化和不等性杂化。如甲烷中的C原子所生成的四个sp3杂化轨道,每个杂化轨道各含1/4的s轨道成分,3/4的p轨道成分,是等性杂化;氨分子中的N原子所生成的四个sp3杂化轨道中,一个杂化轨道含0.3274的s轨道成分,0.6726的p轨道成分;其余三个杂化轨
6、道各含0.2242的s轨道成分,0.7758的p轨道成分。 杂化有多种方式,视参加杂化的原子以及形成的分子不同而不同。,sp3杂化碳原子在与氢原子形成甲烷分子时就发生了sp3杂化。发生杂化时,碳原子的一个2s轨道和3个2p轨道发生混杂,形成4个能量相等的杂化轨道,碳原子最外层的4个电子分别占据1个杂化轨道。 每一个sp3杂化轨道的能量高于2s轨道能量而低于2p轨道能量;杂化轨道的形状也可以说介于s轨道和p轨道之间。,四个sp3杂化轨道在空间均匀对称地分布以碳原子核为中心,伸向正四面体的四个顶点。这四个杂化轨道的未成对电子分别与氢原子的1s电子配对成键,这就形成了甲烷分子。 杂化轨道理论不仅说明
7、了碳原子最外层虽然只有2个未成对电子却可以与4个氢原子形成共价键,而且很好地说明了甲烷分子的正四面体结构。,在形成H2O、NH3分子时,O、N原子实际上也发生了sp3杂化。与C原子杂化不同的是N、O原子最外层电子数分别为5个和6个,因而四个sp3杂化轨道里必然分别有1个和2个轨道排布了两个电子。这种已经自配对的电子被称为孤对电子。N和O的未成对电子分别与H原子的1s电子结合就形成了NH3分子和H2O分子。,孤对电子相对来说带有较多的负电荷。受孤对电子云的排斥,NH3分子中NH键间的夹角被压缩为107,H2O分子中OH键间的夹角被压缩到10440。 含有孤对电子的杂化被称为不等性杂化。NH3和H
8、2O分子中N和O都发生了不等性sp3杂化,sp2杂化,碳原子在形成乙烯(C2H4)分子时,每个碳原子的2S轨道与两个2p轨道发生杂化,称为sp2杂化。杂化后形成3个杂化轨道。它们的形状与sp3杂化轨道相似,在空间以碳原子梭为中心指向平面正三角形的三个顶点。 未杂化的l个2p轨道则垂直于杂化轨道所在的平面。3个sp2杂化轨道与未杂化的 1个2p轨道各有1个未成对电子。两个碳原子分别以1个sp2杂化轨道互相重叠形成键,两个碳原子的另外4个sp2杂化轨道分别与氢原子结合。,所有碳原子和氢原子处于同一平面上,而两个碳原子未杂化的2p轨道垂直于这个平面。它们互相平行,彼此肩并肩重叠形成键。所以,在乙烯分
9、子中两个碳原子是以双键相结合,双键由一个和一个键构成。 此外,BF3分子中的B原子,SO3分子中的S原子都是发生sp2杂化的。这些分子都呈平面三角形。,sp杂化,形成CO2分子时,碳原子1个2s轨道与1个2p轨道发生杂化,形成两个sp杂化轨道。两个sp杂化轨道在X轴方向上呈直线排列,未杂化的两个即轨道分别在Y轴方向和Z铀方向垂直于杂化轨道。 两个氧原子各以一个2p轨道与碳原子的sp杂化轨道重叠形成键。而两个氧原子的另一个未配对的2p轨道分别在Y周 轴方向和Z轴方向与碳原子的未杂化的2p轨道“肩并肩”重叠形成键。所以CO2分子中碳、氧之间以双键相结合。,碳原子在形成乙炔(C2H2)时也发生sp杂
10、化,两个碳原子以sp杂化轨道与氢原子结合。两个碳原子的未杂化2p轨道分别在Y轴和Z轴方向重叠形成键。所以乙炔分子中碳原子间以叁挺相结合。,sp3d杂化,磷原子在形成PCl5分子时,除最外层s、p轨道参与杂化外,其3d轨道也有1个参加了杂化,称为sp3d杂化。 杂化后形成5个杂化轨道, 其中各有1个未成对电子。 5个杂化轨道指向三角双锥 的5个顶点,并与氯原子配 对成键。 除以上杂化方式外,还有其它的杂化,这里从略。,可以看出,杂化方式与分子的空间结构形状有关。一般地说,发生sp3杂化时,形成的分子是正四面体,杂化原子处于中心; 发生不等性sp3杂化时,如有一对孤对电子,则分子呈三角锥形,杂化原
11、子处于锥顶。如果有2对孤对电子,则分子呈V型; 发生sp2杂化时,分子呈平面三角型,杂化原子处于正三角形中心,未杂化的p电子通常形成键(构成双键); 发生sp杂化时,分子呈直线型,未杂化的p电子通常也参与形成键(构成双键或叁键); 发生sp3d杂化时,分子是三角双锥形。杂化原子处于双三角雄的中心。,四价层电子对互斥理论(VSEPR),价层电子对互斥理论中心内容为:中心原子价层电子对(包括成键的电子对和孤电子对)互相排斥,彼此间倾向于占据最大空间距离。 这样也就决定了分子的空间结构。,路易斯结构式是不能得知分子或离子的立体结构的。 分子的立体结构通常是指其键骨架在空间的排布。 现代实验手段可以测
12、定一个具体的分子或离子的立体结构。 分子或离子的振动光谱(红外光谱或拉曼光谱)来确定分子或离子的振动模式,进而确定分子的立体结构:也可以通过X衍射、电子衍射、中子衍射等技术测定结构。,问题:实验测出,SO3分子是呈平面结构的,而 SO32离子却是呈三角锥体,又如SO2的三个原子不在一条直线上,而CO2却是直线分子等等。 20世纪中叶,先是Sidgwick和Powell,后是Giliespie和Nyholm,提出价层电子对互斥理论,并称之为VSEPR(Valence Shell Electron Pair Repulsion)。,例如:甲烷分子(CH4),中心原子为碳原子,共有4个价电子对,按正
13、四面体的方式排布时,占据空间最大。所以CH4是正四面体结构。 利用VSEPR推断分子或离子的空间构型时应注意的问题:,氧族元素(A族)原子作为配位原子时,可认为不提供电子(如氧原子有6个价电子,作为配位原子时,可认为它从中心原子接受一对电子达到8电子结构),但作为中心原子时,认为它提供所有的6个价电子;,如果讨论的是离子,则应加上或减去与离子电荷相应的电子数。如PO43离子中P原子的价层电子数应加上3,而NH4离子中N原子的价层电子数则应减去1。 如果价层电子数出现奇数电子,可把这个单电子当作电子对看待。如NO2分子中N原子有 5个价电子,O原子不提供电子。因此中心原子N价层电子总数为5,当作
14、3对电子看待。,价层电子对的空间构型与价层电子对数目的关系如下表所示: 这样已知价层电子对的数目,就可及确定它们的空间构型。 附表,:,利用上表判断分子几何构型时应注意,如果在价层电对中出现孤电子对时,价层电子对空间构型还与下列斥力顺序有关:孤对孤对孤对键对键对键对 因此,价层电子对空间构型为正三角形和正四面体时,孤电子对的存在会改变键对电子的分布方向。所以SnBr2的键角应小于120,NH3、H2O分子的键角应小于10928。,对于分子中有双键、叁键等多重键时,使用价层电子对理论判断其分子构型时,双键的两对电子和叁键的三对电子只能作为一对电子来处理。或者说在确定中心原子的价电子层电子对总数时
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 11 化学键 分子结构
链接地址:https://www.31doc.com/p-2086448.html