物质结构(分子结构、晶体结构)奥赛强化辅导.ppt
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1、江苏省高级中学 高一化学 奥赛辅导 物质结构(分子结构) 辅导: 惠海涛,物质结构,原子结构,分子结构和化学键,晶体结构,离子键,共价键理论,金属键,价键理论(电子配对法VB),杂化轨道理论,价层电子对互斥理论(VSEPR),分子轨道理论,离子键理论 共价键理论 价键理论(电子配对法) 杂化轨道理论 价层电子对互斥理论(VSEPR) 金属键理论,分子结构和化学键,1.离子键的形成:与元素的电负性差有关。 两元素的电负性差 x判断键的性质 离子键的特点:既无方向性, 也无饱 和性 离子化合物是由正负离子通过离子键相互交替连结而成的晶体结构。,离子键,NaCl的晶胞结构,3.离子键的强弱 离子键的
2、本质是库仑静电作用力 f = q+ q- /R2 q+ 、q- 为离子所带电荷, R为离子间距离。,mol气体阳离子和气态阴离子结合生成mol固态离子化合物所放出的能量称为晶格能 离子电荷越大,离子半径越小,则晶格能越大,离子键越强,离子化合物的熔沸点、硬度越高,晶格能(),1、理论要点: 设原子A、B各有一未成对电子且自旋相反,则可以互相配对构成共价单键; 如A 有2个未成对电子,B 有一个,那么二者形成AB2分子。,价键理论(电子配对法,VB),共价键的特点,饱和性 方向性 饱和性:由于原子轨道上单电子的数目是一定的,所以能形成的共价键的数目也是一定的 ClCl,方向性 各原子轨道在空间分
3、布方向是固定的,共用电子对在两核间几率密度最大,为了满足轨道的最大程度重叠,原子间成的共价键,当然要具有方向性。,Cl 的 3p 和 H 的 1s 轨道重叠,只有沿着 键 轴重叠,才能保证最大程度的重叠,形成化学键,两个原子间形成共价键时往往只能沿着一定的方向结合。,Cl 2 分子中成键的原子轨道,也要保持对称性和最大程度的重叠。只有沿着 z 轴重叠, 才能保证最大程度的重叠。,共价键的类型: 正常共价键:由成键原子双方各提供一个电子所 形成的键 H:H H:Cl 配位共价键:由成键原子中的一方单独各提供一 对电子所形成的键 NH4+,共价键类型,成键的两个原子核间的连线称为键轴。 按成键轨道
4、与键轴之间的关系,共价键的键型主要分为两种。 键: 原子轨道沿核间联线方向进行同号重叠(头碰 头),电子云顺着原子核的连线重叠,得到轴对称 的电子云图象。 键: 两原子轨道垂直核间联线并相互平行进行同号重 叠(肩并肩)。电子云重叠后得到的电子云图象呈 镜像对称。,s键: 电子云顺着原子核的连线重叠,得到 轴对称(头碰头)的电子云图象,这 种共价键叫做s键.,共价键的形成过程: 键,头对头, 键,肩并肩,键: 电子云重叠后得到的电子云图象呈镜像对称(肩并肩), 键: 肩并肩方式重叠 p-p 键,N: 2s2 2p3 2px1 2py1 2pz1,共价单键,通常总是s键; 共价双键, 一个s键,一
5、个p键 ; 共价叁键, 一个s键,和两个p键 。 p键重叠较小,键强度弱,在反应中容易断裂,因此较活泼 上述s键和p键只是共价键中最简单的模型,此外还存在十分多样的共价键类型,如苯环的p-p大键等。,实验测得 CCl4、 CH4等的立体构型为正四面体(tetrahedral),H2O的键角不是,甲烷,杂化轨道理论,1931年鲍林提出杂化轨道理论,成功地解释了许多分子的空间构型。,1、杂化轨道理论要点 成键时,同一原子中能量相近的原子轨道可以重组成等数目的能量完全相同的新的原子轨道(杂化轨道) 在原子形成分子的过程中,存在着激发、杂化、轨道重叠成键几个过程,sp3杂化,sp3杂化轨道,说明: a
6、.杂化轨道数目参与杂化的原子轨道数目 b.轨道能量相近(s和p),可以杂化;能量相差较大(s和2p),不能杂化 c.杂化轨道有方向:为使杂化轨道间斥力最小,各杂化轨道采取空间对称的方式尽可能远离,成键,sp杂化轨道: 1个s轨道和1个p轨道杂化,杂化后得 到呈直线分布的2个轨道。 sp2杂化轨道 :1个s轨道和2个p轨道杂化,杂化后 得到平面三角形分布的3个轨道, sp3杂化轨道: 1个s轨道和3个p轨道杂化,杂化后 得到正四面体分布的4个轨道,,2. 杂化轨道的类型,sp杂化轨道 :,BeF2 的立体结构为线性,激发,杂化,1个s轨道和2个p轨道杂化,杂化后得到平面三角形分布的3个轨道.,s
7、p2杂化轨道,sp2杂化轨道,5B 2s2 2p1,BF3,sp2 hybrid orbital,以sp2杂化轨道构建s-轨道的中心原子必有一个垂直于sp2s-骨架的未参与杂化的p轨道. 如果这个轨道跟邻近原子上的平行p轨道重叠,并填入电子,就会形成p键。如,乙烯H2C=CH2,sp2杂化(H2C=CH2),Central atom N: 7N 1s2 2s2 2p3,sp3 杂化 NH3molecule,sp3 Hybrid orbital (one lone pair electrons),Central atom O: 8O 1s2 2s2 2p4,H2O molecule,sp3 Hy
8、brid orbital (two lone pair electrons),不等性sp3杂化,sp3d杂化:PCl5,sp3d2杂化:SF6,octahedral,sp3d杂化,sp3d2杂化,键角?,杂化轨道与分子形状 (Hybridization and molecular shape),杂化轨道理论在解释分子空间构型上比较成功,但有时不能预测分子的具体形状 1940年由Sidywick提出 20世纪60年代由R.J.Gillespie发展。 VSEPR(Valence-shell electron-pair repulsion )这虽然是一个定性的理论,但对判断分子构型很有用。,价电子
9、对互斥理论(VSEPR),实验证实,属于同一通式的分子或离子,其结构可能相似,也可能完全不同。 如: H2S和H2O属同一通式H2A,结构很相似,都是角型分子,仅夹角度数稍有差别, 而CO32-离子和SO32-离子属同一通式AO32-,结构却不同,前者是平面三角型,后者是立体的三角锥型。,价层电子互斥模型(VSEPR),理论要点: 对AYz型分子或离子,中心原子A价层电子对(包括成键电子对和孤对电子)之间存在排斥力,将使分子中的原子处于尽可能远的相对位置上,以使彼此之间斥力最小,分子体系能量最低。 A表示中心原子,Y表示配位原子。 价电子对数=成键电子对数(s键 )+孤对电子对数,价层电子对数
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