基础化学 第十章 共价键与分子间力.ppt
《基础化学 第十章 共价键与分子间力.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基础化学 第十章 共价键与分子间力.ppt(85页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、第 10 章,共价键与分子间力,第一节 现代价键理论 第二节 杂化轨道理论 第三节 价电子对互斥理论 第四节 分子轨道理论简介 第五节 分子间作用力,共价键:由成键原子双方各自提供外层未成对电子,组成共用电子对所形成的。 形成共价键之后,成键原子一般达到惰性气体原子的电子构型,因而稳定。共享电子对(八隅体规则),共价键是1916年由USA. Chemist G.N. Lewis 提出的:,Lewis的共价键理论初步揭示了共价键与离子键的区别,但无法解释为什么两个带负电荷的电子不互相排斥反而互相配对,也无法说明共价键具有方向性以及一些共价分子的中心原子最外层电子数虽少于8(如BF3)或多于8(如
2、PCl5)但仍相当稳定等问题。 1927年德国化学家Heitler W(海特勒)London F(伦敦)应用量子力学处理H2分子结构,揭示了共价键的本质。Pauling L(鲍林 美国化学家)和 Slater JC 等在此基础上加以发展,建立起现代价键理论(valence bond theory,简称VB法,又称为电子配对法)。,1932年,美国化学家Muiliken RS(密立根) 和德国化学家Hund F(洪特)提出了分子轨道理论(molecular orbital theory,简称MO法)。 下面主要介绍VB法和MO法这两种现代价键理论。,第一节 现代价键理论(VB法) Valence
3、 Bond Theory,一、氢分子的形成和共价键的本质,二、现代价键理论要点,三、共价键类型,四、键参数,一、氢分子的形成和共价键的本质,用量子力学理论解释氢分子的形成:,氢分子的形成是两个氢原子的1s轨道重叠的结果。 条件:两个1s电子必须自旋方向相反。 并绘制出两个氢原子接近时的能量变化曲线。,共价键的本质:电性的 电子在两核间出现的几率增大。不同于库仑引力。,两个氢原子接近时的能量变化曲线,1. 两个原子相互接近时,只有自旋方向相反的单电子可以相互配对(两原子轨道有效重叠),使核间电子云密度增加,体系能量下降,形成稳定的共价键。 (条件) 2. 两个单电子配对成键后,不能再和别的原子中
4、未成对电子配对,即形成共价键的数目受原子中单电子数目所限。 (饱和性),二、现代价键理论要点,H2 , NH3 , HCl,3. 成键轨道要满足最大重叠,使核间电子云密度最大,体系能量最低,共价键最牢。 (方向性),三、共价键的类型,根据原子轨道重叠方式,共价键分为两种类型:,H2,Cl2,HCl,1. 键两原子轨道沿键轴(成键原子核连线)方向进行同号重叠所形成的共价键叫 键, 键是以“肩并肩”方式重叠,沿键轴平面呈镜面反对称分布的, 键是以“头碰头” 形式沿键轴呈圆柱形对称分布的,O2,键轴,2. 键两原子轨道沿键轴方向在键轴两侧进行平行同号重叠,所形成的共价键叫 键,py-py 或 pz-
5、pz, 键的重叠程度大于 键,所以 键牢固,打破它需要的能量多;而 键活泼,易于断裂, 当两个原子形成一个共价键时,为使体系能量最低,只能形成 键;当两个原子形成二个共价键时,一个为 键,另一个只能是 键;当两个原子形成三个共价键时,一个为 键,另两个只能是 键。所以共价单键均为 键, 键构成分子的骨架,能够单独存在,而 键不能。 如N2:,NN,3. 共价键分为正常共价键和配位共价键两种 成键原子各提供一个电子配对成键的正常共价键 一个原子提供空轨道另一个原子提供电子对而成的键配位共价键。如CO分子, 键与 键比较,四、键参数,1. 键能:破坏该键所需的能量称为键能,2. 键长:分子中两个原
6、子的核间距离称为键长,键能越高,键越牢固,含此键的化合物越稳定,两个原子的键长越短,键越牢固,对于双原子分子,分子的解离能D就等于键能,对于多原子分子,若有几个等价键,其键能等于各键解离能的平均值 。同一种共价键在不同多原子分子中的键能差别不大,可用其平均值表示。表10-1,键参数:表征化学键性质的物理量,3. 键角:,分子中同一原子所形成的两个化学键 之间的夹角,4. 键的极性:,正负电荷重心重合 非极性共价键,正负电荷重心不重合 极性共价键,极性共价键的成因:由于成键原子的电负性不同,共用电子对偏向电负性大的原子一端,电子云在两核周围呈不对称分布。,离子键H-F H-Cl H-Br H-I
7、非极性共价键,极性共价键是离子键和非极性共价键间的过渡形式,彼此间无严格界限,典型的离子键 CsF 中仍含有8%的共价键成分。,第二节 杂化轨道理论(HO法) Hybridization Orbital Theory,一、杂化轨道理论的要点,二、轨道杂化类型及实例,L.Pauling and J.S.Slater在1931年提出的,是对VB法的重要补充、发展和完善,解决了VB法在解释分子空间构型上遇到的困难,CH4 C:1S2 2S2 2P2,2S2,2P2,两个单电子,四个键也不等同,一、杂化轨道理论的要点,sp3-s 成键,轨道杂化:轨道重新组合的过程。 形成的新轨道叫做杂化轨道(hybr
8、id orbitals)。 杂化轨道的成键能力大于原来的原子轨道,仅由 s 轨道和 p 轨道进行杂化可以形成三种杂化类型: sp、 sp2 、sp3,180直线型分子,120 平面三角型,109.5正四面体,综上所述,杂化轨道要点可总结归纳如下: 1. 在成键过程中,由于原子间的相互影响,同一原子中参加成键的几个能量相近的原子轨道可以进行混合,重新分配能量和空间方向,组成几个数目相等的杂化轨道,2. 杂化轨道成键时,要满足原子轨道最大重叠,3. 杂化轨道成键时,要满足空间取得最大键角,4. 杂化轨道又分为等性杂化和不等性杂化两种,5. 杂化轨道的成键能力 sp3 sp2 sp p s,(1)s
9、p杂化:,BeCl2, C2H2 , CO2, HgCl2,BeCl2 Be: He 2s2,2s,2p,二、轨道杂化类型及实例,1. sp型和spd型杂化:,(2)sp2杂化:,BF3 B: He 2s2 2p1,BF3, C2H4 , AlCl3, CH2=CH-CH=CH2,2. spd型杂化:,能量相近的(n-1)d,ns,np轨道或ns,np,nd轨道组合成新的dsp型或spd型杂化轨道的过程可统称为spd型杂化。(将在配合物一章中介绍,见表10-4),(二)等性杂化和不等性杂化,1. 等性杂化:杂化后所形成的几个杂化轨道所含原来轨道成分的比例相等、能量完全相同,这种杂化轨道称为等性
10、杂化轨道。,2. 不等性杂化:杂化后所形成的几个杂化轨道所含原来轨道成分的比例不相等而能量不完全相同,这种杂化轨道称为不等性杂化轨道。,NH3 N: He2S22P3,含有孤对电子的轨道参加杂化叫做不等性杂化 。,NH3分子,三角锥形,键角107,H2O O: He2s22p4,H2O分子,V字形,键角104.5,第三节 价层电子对互斥理论(自学) Valence Shell Electron Pair Repulsion Theory,一、价层电子对互斥理论基本要点,二、判断分子的空间构型,杂化轨道理论成功地解释了共价分子的空间构型。 杂化轨道理论对于已知结构的分子可解释其空间构型,但对于未
11、知结构的分子不能预测或判断其空间构型。 1940年美国的Sidgwick NV(西奇威克)等人相继提出了价层电子对互斥理论(valence shell electron pair repulsion theory),简称VSEPR法,可比较简便、准确地判断主族元素间形成的ABn型分子或离子的空间构型。,一、价层电子对互斥理论基本要点 1一个共价分子或离子中,中心原子周围配置的原子或原子团的几何构型,主要决定于中心原子价电子层中电子对(包括形成键的电子对和孤对电子)的相互排斥作用,并与价层电子对的数目和类型有关。 2. 电子对在中心原子周围按尽可能互相远离的位置排布,以使彼此间的排斥能最小。 3
12、价层电子对相互排斥作用的大小,决定于电子对之间的夹角和电子对的成键情况。一般规律为:,(1) 电子对之间的夹角越小排斥力越大; (2) 价层电子对之间静电斥力大小顺序是:孤对电子孤对电子孤对电子成键电子对成键电子对成键电子对。,二、判断分子的空间构型 1. 确定中心原子中价层电子对数 中心原子中价层电子对数 =(中心原子价层电子数 + 配体提供电子数)/2 计算电子对应注意以下几点: 中心原子: 卤素原子7个, 氧族原子6个 配体: 卤素原子和H提供1个电子, 氧族不提供 离子: 负离子加其电荷数, 正离子减其电荷数 剩余1个电子, 算做1对 双键、叁键等多重键算做1对,2. 判断分子的空间构
13、型 根据中心原子的价层电子对数,从表10-4中找出相应的价层电子对构型,再根据价层电子对中的孤电子对数,确定分子的空间构型。,注意:,价层电子对的空间构型包括孤电子对,分子的空间构型不包括孤电子对。,m+n = 2 直线形 = 3 三角形 = 4 四面体 = 5 三角双锥形 = 6 八面体,若中心原子为A,配体为B 配体个数为n (即成键电子对数) 孤电子对为E,孤电子对数为m 则m + n为A的价层电子对数 ABnEm价层电子对的几何构型:,AB4, 正四面体,AB2, 直线形,AB3, 平面三角形,AB2E, V字形,AB3E, 三角锥,AB2E2, V字形,例: XeF4, XeO4 价
14、层电子对 6 4 价电子对分布 八面体 四面体 配位原子数 4 4 孤电子对数 2 0 几何构型 正方形 四面体,5 4 三角双锥 四面体 2 3 3 1 直线形 三角锥,XeF2, XeO3,3. 考虑多重键的影响,进一步确定分子的空间构型 (例10-8,多重键与孤电子对相似),第四节 分子轨道理论(MO法) Moleculer Orbitail Theory,一、分子轨道理论要点,二、分子轨道理论的应用,由于现代价键理论认为分子中的电子仍属于原来的原子,成键的共用电子对只在两个成键原子间的小区域内运动,故有局限性。,O2 (O=O) 中有一个 键和一个 键,已经没有自旋单电子了,可磁性实验
15、证明,在氧分子中存在着两个未成对的单电子,即O2是顺磁性的分子。,例如:氧分子的形成 ,按照VB法,O原子电子组态: 1s2 2s2 2px2 2py1 2pz1,O2分子成键,1s2 2s2 2px2 2py1 2pz1,根据现代价键理论,电子完全成对,O2具有反磁性。 但磁性实验证明: O2具有顺磁性!,磁 天 平,反磁性,一、分子轨道理论要点,1. 分子中的电子围绕整个分子运动,分子中的电子运动状态可用分子轨道波函数 来描述,分子轨道与原子轨道的区别主要在于前者为多中心(多核),而后者为一个中心(单核) 原子轨道用s,p,d,f符号表示,分子轨道用,符号表示,1932年,Mulliken
- 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:
- 基础化学 第十章 共价键与分子间力 基础 化学 第十 共价键 分子
链接地址:https://www.31doc.com/p-2866434.html