分子結(jié)構(gòu)課件

第七章分子結(jié)構(gòu)第七章分子結(jié)構(gòu)1物質(zhì)的組成：原子（稀有氣體）分子離子分子結(jié)構(gòu)：分子中原子間的強相互作用化學(xué)鍵分子（晶體）的空間構(gòu)型幾何形狀分子間弱相互作用范德華力分子結(jié)構(gòu)與物質(zhì)性質(zhì)的關(guān)系化學(xué)鍵：分子中直接相鄰的原子之間強烈的相互作用（離子鍵共價鍵配位鍵金屬鍵）物質(zhì)的組成：原子（稀有氣體）分子離子分子結(jié)構(gòu)：分子中2§7－1離子鍵一、離子鍵理論的基本要點形成：NaCleNa＋Cl－靜電引力靜電斥力正、負離子之間靜電引力作用而形成的化學(xué)鍵稱為離子鍵靜電引力：ε：介電常數(shù)（真空）（水中）§7－1離子鍵一、離子鍵理論的基本要點形成：N3§7－2共價鍵幾種成鍵理論經(jīng)典共價學(xué)說(1916年，Lewis提出）Cl+

ClClCl????????????????????????????共價學(xué)說不能說明共價鍵成鍵本質(zhì)：（1）有些化合物的中心原子的最外層電子不是8（2）為什么兩個互斥的電子能結(jié)合在一起價鍵理論(1927年，海特勒－倫敦提出）分子軌道理論§7－2共價鍵幾種成鍵理論經(jīng)典共價學(xué)說(4一、價鍵理論（ValenceBondTheory）

E(kJ)R(pm)R0D0.0EsEuHA+HB

HA和HB自旋相反（基態(tài)）兩個氫原子在R0處形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵R0：氫分子的共價鍵長（74pm）

D：氫分子的鍵能（-456kJ/mol）HA和HB自旋平行（排斥態(tài)）兩個氫原子的能量始終高于單獨存在時的能量之和,不能形成穩(wěn)定的H2分子++

++

基態(tài)排斥態(tài)共價鍵成鍵條件：成鍵原子中有單電子且自旋相反原子軌道要最大重疊一、價鍵理論（ValenceBondTheory）ER5二、共價鍵的特性飽和性：一個原子含有幾個未成對電子就只能與幾個自旋相反的電子配對成鍵方向性：軌道必須滿足最大重疊－－沿著原子軌道最大重疊的方向重疊才能成鍵+-+ps+-+ps+-+ps例：p軌道與s軌道的重疊二、共價鍵的特性飽和性：一個原子含有幾個未成對電子就只能方向6共價鍵的類型：σ和π鍵鍵：原子軌道沿著核與核間軸線方向以“頭碰頭”的方式重疊形成的共價鍵。軌道重疊程度大，鍵較穩(wěn)定。s-ss-pp-p鍵：原子軌道沿著核間軸線垂直方向“肩碰肩”的方式重疊形成的共價鍵。軌道重疊程度小于鍵，鍵穩(wěn)定性小于鍵。py-pyyxyxzxzxpz-pz共價鍵的類型：σ和π鍵鍵：原子軌道沿著核與核間軸線方向7§7－3雜化軌道理論價鍵理論較好地解釋了共價鍵的形成和本質(zhì)，初步解釋了共價鍵的飽和性和方向性。但不能解釋鍵角和共價鍵的數(shù)目。例：CH4分子的結(jié)構(gòu)：CHHHH1931年P(guān)auling和Slater提出雜化軌道理論，補充和發(fā)展了現(xiàn)代價鍵理論。雜化軌道概念：原子形成分子時，同一原子中能量相近的不同類型的原子軌在成鍵過程中混合組成新的原子軌道一、軌道雜化理論的基本要點§7－3雜化軌道理論價鍵理論較好地8多重鍵：形成鍵外，同時還可以形成鍵，從而構(gòu)成多重鍵例：N2分子的結(jié)構(gòu)：zxy2px-2px

2py-2py

2pz-2pz

三重鍵配位共價鍵共用電子對由一方原子提供CO例：CO分子的結(jié)構(gòu)：C:2s22px12py13pz

O:2s22px12py12pz2多重鍵：形成鍵外，同時還可以形成鍵，從而構(gòu)成多重9例：CH4分子形成C:2s22px12py13pz2s2p1ssp32s2p激發(fā)雜化H:1s1sp3-s鍵合雜化特征：能量相近：ns,np

ns,np,ns(n-1)d,ns,np成鍵能力變大：軌道形狀發(fā)生了變化例：CH4分子形成C:2s22px12py13pz2s210二、雜化軌道的類型1、sp

雜化同一原子中ns-np

雜化成新軌道；一個s

軌道和一個p軌道雜化組合成兩個新的sp雜化軌道。例：BeCl2分子形成激發(fā)2s2pBe基態(tài)2s2p激發(fā)態(tài)雜化鍵合直線形sp雜化態(tài)直線形化合態(tài)Cl

BeCl180二、雜化軌道的類型1、sp雜化例：BeCl2分子形成激發(fā)2112、sp2

雜化同一個原子的一個ns軌道與兩個np軌道進行雜化組合為sp2雜化軌道。sp2雜化軌道間的夾角是120度，分子的幾何構(gòu)型為平面正三角形2s2pB的基態(tài)2s2p激發(fā)態(tài)正三角形sp2雜化態(tài)例：BF3分子形成BFFFBCl1200ClCl2、sp2雜化同一個原子的一個ns軌123、sp3

雜化同一個原子的一個ns軌道與三個np軌道進行雜化組合為sp3雜化軌道。sp3雜化軌道間的夾角是10928’，分子的幾何構(gòu)型為正四面體形。例：CH4分子形成2s2pC的基態(tài)2s2p激發(fā)態(tài)正四面體形sp3雜化態(tài)CHHHH109°28’3、sp3雜化同一個原子的一個ns軌道134、sp3d,sp3d2雜化sp3d：同一個原子的一個ns軌道與三個np，一個(n+1)d軌道進行雜化組合為sp3d

雜化軌道。sp3d

雜化軌道分子的幾何構(gòu)型為三角雙錐。PClClClClClsp3d2：同一個原子的一個ns軌道與三個np，兩個(n+1)d軌道進行雜化組合為sp3d2雜化軌道。sp3d2雜化軌道分子的幾何構(gòu)型為正八面體。SFFFFFF4、sp3d,sp3d2雜化sp3d：同145、等性雜化與不等性雜化上述雜化類型討論中，參加雜化的原子軌道中都含有一個未成對的電子，每個雜化軌道中含有的s成份和p成份的比例都相同，這類雜化稱為等性雜化。在雜化中如果有孤電子對的軌道或空軌道參與雜化，則生成不完全等同的雜化軌道，這類雜化稱為不等性雜化NHHHOHH結(jié)論：sp3不等性雜化有兩種：1）、有一對孤電子對參加雜化（如NH3分子）軌道成鍵的鍵角為1070，分子構(gòu)型為三角錐形2）、有兩對孤電子對參加雜化（如H2O分子）軌道成鍵的鍵角為1040，分子構(gòu)型為角形（V形）5、等性雜化與不等性雜化上述雜化類型討論中，15§7－7分子的極性和分子間力分子間力：分子之間弱的相互作用一、分子的極性分子帶正電荷的原子核帶負電荷的電子正電荷與負電荷中心不重合正電荷與負電荷中心重合極性分子非極性分子鍵的極性與分子的極性：同種元素原子間：所成化學(xué)鍵：電負性相同非極性鍵所形成分子：非極性分子（舉例）§7－7分子的極性和分子間力分子間力：分子之間弱的相16不同元素原子間：所成化學(xué)鍵：電負性不同極性鍵所形成分子：雙原子分子極性分子多原子分子（舉例）正負電荷中心不重合正負電荷中心重合極性分子非極性分子偶極矩μ：分子極性強弱的量度正電荷中心的電量正負電荷中心間的距離單位：非極性分子極性分子不同元素原子間：所成化學(xué)鍵：電負性不同極性鍵所形成分子17二、分子間力1、定向力只存在于極性分子與極性分子之間。兩個極性分子相互接近時發(fā)生同性相斥、異性相吸的定向排列作用。這種定向排列的吸引力就是定向力。－＋－＋μ越大定向力越大2、誘導(dǎo)力存在于極性分子與非極性分子之間。非極性分子在極性分子的偶極電場作用下產(chǎn)生變形，從而產(chǎn)生偶極。極性分子的固有偶極與非極性分子的誘導(dǎo)偶極的相互作用稱為誘導(dǎo)作用，其作用力就叫誘導(dǎo)力。－＋－＋－＋μ越大變形形越大誘導(dǎo)力越大二、分子間力1、定向力只存在于極性分子與極性183、色散力存在于非極性分子中。電子運動、原子核振動在瞬間會出現(xiàn)正、負電中心的不重合情況，產(chǎn)生瞬時偶極。這種瞬時偶極導(dǎo)致的相鄰分子間產(chǎn)生的吸引作用稱為色散力。色散力作用時間是瞬時的，但它是不間斷的，色散力始終存在。色散力在極性分子與非極性分子、極性分子與極性分子之間同樣存在。所以，所有分子間均存在色散力。分子體積越大變形形越大色散力越大分子間力的特征：大?。簬资?，幾沒有方向性，飽和性色散力最主要分子間力與物質(zhì)性質(zhì)間的關(guān)系3、色散力存在于非極性分子中。電子運動、原子19§7－9氫鍵定義：

當(dāng)氫原子與一個電負性很大，半徑又很小的原子（F、O、N）共價結(jié)合后，共用電子對強烈偏向電負性大的原子（F、O、N），使氫原子幾乎成為裸露的質(zhì)子，有強正電場，極易被電負性大且有孤電子對的原子吸引。這種吸引作用叫氫鍵。代表氧原子代表氫原子代表H-O化學(xué)鍵代表氫鍵通式：X—H-----YX,Y：電負性大，半徑小的原子F,Cl,O,N等§7－9氫鍵定義：當(dāng)氫原子與一個電負性很大20分類：分子間氫鍵：HF,H2O等分子內(nèi)氫鍵：特征：鍵能：40強弱：F—H-----F>O—H-----O>N—H-----F方向性和飽和性氫鍵的存在使小分子聚合成大分子，這種由小分子聚合成大分子的現(xiàn)象叫分子締合現(xiàn)象。締合解離nH2O(H2O)nn=2、3、4……分類：分子間氫鍵：HF,H2O等特征：鍵能：40強弱21

同一主族元素的氫化物的沸點、熔點變化情況。同一主族元素的氫化物的沸點、熔點變化情況。22第七章分子結(jié)構(gòu)第七章分子結(jié)構(gòu)23物質(zhì)的組成：原子（稀有氣體）分子離子分子結(jié)構(gòu)：分子中原子間的強相互作用化學(xué)鍵分子（晶體）的空間構(gòu)型幾何形狀分子間弱相互作用范德華力分子結(jié)構(gòu)與物質(zhì)性質(zhì)的關(guān)系化學(xué)鍵：分子中直接相鄰的原子之間強烈的相互作用（離子鍵共價鍵配位鍵金屬鍵）物質(zhì)的組成：原子（稀有氣體）分子離子分子結(jié)構(gòu)：分子中24§7－1離子鍵一、離子鍵理論的基本要點形成：NaCleNa＋Cl－靜電引力靜電斥力正、負離子之間靜電引力作用而形成的化學(xué)鍵稱為離子鍵靜電引力：ε：介電常數(shù)（真空）（水中）§7－1離子鍵一、離子鍵理論的基本要點形成：N25§7－2共價鍵幾種成鍵理論經(jīng)典共價學(xué)說(1916年，Lewis提出）Cl+

ClClCl????????????????????????????共價學(xué)說不能說明共價鍵成鍵本質(zhì)：（1）有些化合物的中心原子的最外層電子不是8（2）為什么兩個互斥的電子能結(jié)合在一起價鍵理論(1927年，海特勒－倫敦提出）分子軌道理論§7－2共價鍵幾種成鍵理論經(jīng)典共價學(xué)說(26一、價鍵理論（ValenceBondTheory）

E(kJ)R(pm)R0D0.0EsEuHA+HB

HA和HB自旋相反（基態(tài)）兩個氫原子在R0處形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵R0：氫分子的共價鍵長（74pm）

D：氫分子的鍵能（-456kJ/mol）HA和HB自旋平行（排斥態(tài)）兩個氫原子的能量始終高于單獨存在時的能量之和,不能形成穩(wěn)定的H2分子++

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基態(tài)排斥態(tài)共價鍵成鍵條件：成鍵原子中有單電子且自旋相反原子軌道要最大重疊一、價鍵理論（ValenceBondTheory）ER27二、共價鍵的特性飽和性：一個原子含有幾個未成對電子就只能與幾個自旋相反的電子配對成鍵方向性：軌道必須滿足最大重疊－－沿著原子軌道最大重疊的方向重疊才能成鍵+-+ps+-+ps+-+ps例：p軌道與s軌道的重疊二、共價鍵的特性飽和性：一個原子含有幾個未成對電子就只能方向28共價鍵的類型：σ和π鍵鍵：原子軌道沿著核與核間軸線方向以“頭碰頭”的方式重疊形成的共價鍵。軌道重疊程度大，鍵較穩(wěn)定。s-ss-pp-p鍵：原子軌道沿著核間軸線垂直方向“肩碰肩”的方式重疊形成的共價鍵。軌道重疊程度小于鍵，鍵穩(wěn)定性小于鍵。py-pyyxyxzxzxpz-pz共價鍵的類型：σ和π鍵鍵：原子軌道沿著核與核間軸線方向29§7－3雜化軌道理論價鍵理論較好地解釋了共價鍵的形成和本質(zhì)，初步解釋了共價鍵的飽和性和方向性。但不能解釋鍵角和共價鍵的數(shù)目。例：CH4分子的結(jié)構(gòu)：CHHHH1931年P(guān)auling和Slater提出雜化軌道理論，補充和發(fā)展了現(xiàn)代價鍵理論。雜化軌道概念：原子形成分子時，同一原子中能量相近的不同類型的原子軌在成鍵過程中混合組成新的原子軌道一、軌道雜化理論的基本要點§7－3雜化軌道理論價鍵理論較好地30多重鍵：形成鍵外，同時還可以形成鍵，從而構(gòu)成多重鍵例：N2分子的結(jié)構(gòu)：zxy2px-2px

2py-2py

2pz-2pz

三重鍵配位共價鍵共用電子對由一方原子提供CO例：CO分子的結(jié)構(gòu)：C:2s22px12py13pz

O:2s22px12py12pz2多重鍵：形成鍵外，同時還可以形成鍵，從而構(gòu)成多重31例：CH4分子形成C:2s22px12py13pz2s2p1ssp32s2p激發(fā)雜化H:1s1sp3-s鍵合雜化特征：能量相近：ns,np

ns,np,ns(n-1)d,ns,np成鍵能力變大：軌道形狀發(fā)生了變化例：CH4分子形成C:2s22px12py13pz2s232二、雜化軌道的類型1、sp

雜化同一原子中ns-np

雜化成新軌道；一個s

軌道和一個p軌道雜化組合成兩個新的sp雜化軌道。例：BeCl2分子形成激發(fā)2s2pBe基態(tài)2s2p激發(fā)態(tài)雜化鍵合直線形sp雜化態(tài)直線形化合態(tài)Cl

BeCl180二、雜化軌道的類型1、sp雜化例：BeCl2分子形成激發(fā)2332、sp2

雜化同一個原子的一個ns軌道與兩個np軌道進行雜化組合為sp2雜化軌道。sp2雜化軌道間的夾角是120度，分子的幾何構(gòu)型為平面正三角形2s2pB的基態(tài)2s2p激發(fā)態(tài)正三角形sp2雜化態(tài)例：BF3分子形成BFFFBCl1200ClCl2、sp2雜化同一個原子的一個ns軌343、sp3

雜化同一個原子的一個ns軌道與三個np軌道進行雜化組合為sp3雜化軌道。sp3雜化軌道間的夾角是10928’，分子的幾何構(gòu)型為正四面體形。例：CH4分子形成2s2pC的基態(tài)2s2p激發(fā)態(tài)正四面體形sp3雜化態(tài)CHHHH109°28’3、sp3雜化同一個原子的一個ns軌道354、sp3d,sp3d2雜化sp3d：同一個原子的一個ns軌道與三個np，一個(n+1)d軌道進行雜化組合為sp3d

雜化軌道。sp3d

雜化軌道分子的幾何構(gòu)型為三角雙錐。PClClClClClsp3d2：同一個原子的一個ns軌道與三個np，兩個(n+1)d軌道進行雜化組合為sp3d2雜化軌道。sp3d2雜化軌道分子的幾何構(gòu)型為正八面體。SFFFFFF4、sp3d,sp3d2雜化sp3d：同365、等性雜化與不等性雜化上述雜化類型討論中，參加雜化的原子軌道中都含有一個未成對的電子，每個雜化軌道中含有的s成份和p成份的比例都相同，這類雜化稱為等性雜化。在雜化中如果有孤電子對的軌道或空軌道參與雜化，則生成不完全等同的雜化軌道，這類雜化稱為不等性雜化NHHHOHH結(jié)論：sp3不等性雜化有兩種：1）、有一對孤電子對參加雜化（如NH3分子）軌道成鍵的鍵角為1070，分子構(gòu)型為三角錐形2）、有兩對孤電子對參加雜化（如H2O分子）軌道成鍵的鍵角為1040，分子構(gòu)型為角形（V形）5、等性雜化與不等性雜化上述雜化類型討論中，37§7－7分子的極性和分子間力分子間力：分子之間弱的相互作用一、分子的極性分子帶正電荷的原子核帶負電荷的電子正電荷與負電荷中心不重合正電荷與負電荷中心重合極性分子非極性分子鍵的極性與分子的極性：同種元素原子間：所成化學(xué)鍵：電負性相同非極性鍵所形成分子：非極性分子（舉例）§7－7分子的極性和分子間力分子間力：分子之間弱的相38不同元素原子間：所成化學(xué)鍵：電負性不同極性鍵所形成分子：雙原子分子極性分子多原子分子（舉例）正負電荷中心不重合正負電荷中心重合極性分子非極性分子偶極矩μ：分子極性強弱的量度正電荷中心的電量正負電荷中心間的距離單位：非極性分子極性分子不同元素原子間：所成化學(xué)鍵：電負性不同極性鍵所形成分子39二、分子間力1、定向力只存在于極性分子與極性分子之間。兩個極性分子相互接近時發(fā)生同性相斥、異性相吸的定向排列作用。這種定向排列的吸引力就是定向力。－＋－＋μ越大定向力越大2、誘導(dǎo)力存在于極性分子與非極性分子之