杂化轨道理论+分子极性PPT课件

1 共价键的形成条件 2 共价键的成键特征是什么 按照共价键的成键过程中 一个原子有几个未成对电子 通常只能和几个自旋相反的电子形成共价键 所以在共价分子中 每个原子形成共价键的数目是一定 这就是共价键的 饱和性 如HF而不是H2F C原子的电子排布式是1s22s22p2 从轨道表示式看出只有两个未成对电子 只能形成两个共价键 但甲烷CH4分子中形成四个共价键 且键角是109 50 怎么解释 为解决这一矛盾 鲍林提出了杂化轨道理论 原子在形成分子时 为了增强成键能力 使分子的稳定性增加 趋向于将不同类型的原子轨道重新组合成能量 形状和方向与原来不同的新原子轨道 这种重新组合称为杂化 杂化后的原子轨道称为杂化轨道 一 杂化轨道理论简介 注意点 1 只有能量相近的轨道才能相互杂化 2 形成的杂化轨道数目等于参加杂化的原子轨道数目 3 杂化轨道成键能力大于原来的原子轨道 因为杂化轨道的形状变成一头大一头小了 用大的一头与其他原子的轨道重叠 重叠部分显然会增大 1 sp3杂化 原子形成分子时 同一原子中能量相近的一个ns轨道与三个np轨道进行混合组成四个新的原子轨道称为sp3杂化轨道 109 28 激发 当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时 碳原子的2s轨道和3个2p轨道这4个轨道会发生混杂 混杂时保持轨道总数不变 得到4个能量相等 成分相同的sp3杂化轨道 夹角109 28 如下图所示 sp2杂化 三个夹角为120 的平面三角形杂化轨道 2 sp2杂化 同一个原子的一个ns轨道与两个np轨道进行杂化组合为sp2杂化轨道 120 BF3分子形成 激发 120 用杂化轨道理论分析乙烯分子的成键情况 sp2杂化的Csp2杂化的C相互靠拢分子中2个平行形成s 骨架的p轨道形成p键 碳的sp2杂化轨道 同一原子中ns np杂化成新轨道 一个s轨道和一个p轨道杂化组合成两个新的sp杂化轨道 3 sp杂化 夹角为180 的直线形杂化轨道 180 BeCl2分子形成 请用杂化轨道理论分析乙炔的成键情况 乙炔 碳的sp杂化轨道 请用杂化轨道理论分析苯分子的成键情况 苯 杂化轨道理论很好的解释了苯的结构与性质的特殊性 大键使得苯分子的结构非常稳定 能量很低 1 苯分子中 既不存在碳碳单键 也不存在碳碳双键 而是六条碳碳键完全相同 介于碳碳单键和碳碳双键之间 2 苯分子在发生化学反应时 不破坏大键的取代反应相对容易 而需要破坏大键的加成反应和氧化反应则困难的多 基态N的最外层电子构型为2s22p3 在H影响下 N的一个2s轨道和三个2p轨道进行sp3不等性杂化 形成四个sp3杂化轨道 其中三个sp3杂化轨道中各有一个未成对电子 另一个sp3杂化轨道被孤对电子所占据 N用三个各含一个未成对电子的sp3杂化轨道分别与三个H的1s轨道重叠 形成三个键 由于孤对电子的电子云密集在N的周围 对三个键的电子云有比较大的排斥作用 使键之间的键角被压缩到 因此NH3的空间构型为三角锥形 基态O的最外层电子构型为2s22p4 在H的影响下 O采用sp3不等性杂化 形成四个sp3杂化轨道 其中两个杂化轨道中各有一个未成对电子 另外两个杂化轨道分别被两对孤对电子所占据 O用两个各含有一个未成对电子的sp3杂化轨道分别与两个H的1s轨道重叠 形成两个键 由于O的两对孤对电子对两个键的成键电子有更大的排斥作用 使键之间的键角被压缩到 因此H2O的空间构型为角型 00012 几种常见的杂化轨道类型 共价分子的几何外形取决于分子价层电子对数目和类型 分子的价电子对 包括成键电子对和孤电子对 由于相互排斥作用 而趋向尽可能远离以减小斥力而采取对称的空间构型 1 价层电子对互斥理论 二 确定分子空间构型的简易方法 各种电子对的斥力大小 孤对 孤对电子 孤对 成键电子 成键 成键电子 成键 单电子 如何确定价层电子对数 推断分子或离子的空间构型的具体步骤 以AXm为例 A 中心原子 X 配位原子 1 先确定中心原子的价层电子对数n 原则 A的价电子数 主族序数 配体X H和卤素每个原子各提供一个价电子 规定氧与硫不提供价电子 正离子应减去电荷数 负离子应加上电荷数 例 B 3 C 4 N 5 O 6 X 7 稀有气体 8 例如 SO42 n 6 0 2 2 4 2 确定电子对的空间构型 n 2直线形 n 3平面三角形 n 4四面体 3 确定中心原子的孤对电子对数 推断分子的空间构型 1 孤对电子 0 分子的空间构型 电子对的空间构型 例如 2 孤对电子 0 分子的空间构型不同于电子对的空间构型 3 4 1 1 2 SnCl2 平面三角形V形 NH3 四面体三角锥 H2O 四面体V形 各种电子对的斥力大小 孤对 孤对电子 孤对 成键电子 成键 成键电子 成键 单电子 3 判断共价分子结构的实例 利用价层电子对互斥理论判断下列分子和离子的几何构型 要求写出价层电子总数 对数 电子对构型和分子构型 AlCl3H2SSO32 NH4 NO2 解 电子对对数电子对构型 34443三角形正四面体正四面体正四面体三角形 分子构型三角形V字构型三角锥正四面体V字形 孤电子对对数 02441 练习 直线形 直线形 平面三角形 平面三角形 正四面体 无 有 正四面体 三角锥形 V形 4 2 3 4 4 3 正四面体 SP3 直线 SP SP3 SP2 SP3 SP2 平面三角形 正四面体 正四面体 平面三角形 0 正四面体 直线 0 2 平面三角形 0 1 1 三角锥 V形 V形 1 非极性键和极性键 同种原子 相同 不偏向任何一个原子 不显电性A A 非极性键 不同种原子 不同 偏向吸引电子能力强的原子 显电性A B 极性键 三 分子的极性 2 极性分子和非极性分子 正电荷重心和负电荷重心相重合的分子 不相重合的分子 不偏移或对称分布 偏移或不对称分布 对称 不对称 H2 Cl2 CO2 CS2 HCl H2O NH3 3 分子极性的判断方法 1 双原子分子 取决于成键原子之间的共价键是否有极性 2 多原子分子 取决于分子的空间构型和共价键的极性 分子的极性由共价键的极性及分子的空间构型两个方面共同决定 以极性键结合而形成的异核双原子分子都是极性分子 如HCl 以非极性键结合而形成的同核双原子分子是非极性分子 如Cl2 多原子ABm分子极性的判断方法 1 化合价法 一般地 当中心原子化合价的绝对值等于该元素价电子数时 该分子为非极性分子 否则为极性分子 请判断PCl3 CCl4 CS2 SO2分子的极性 将分子中的共价键看作作用力 不同的共价键看作不相等的作用力 运用物理上力的合成与分解 看中心原子受力是否平衡 如平衡则为非极性分子 否则为极性分子 2 物理模型法 C O键是极性键 但从分子总体而言CO2是直线型分子 两个C O键是对称排列的 两键的极性互相抵消 F合 0 整个分子没有极性 电荷分布均匀 是非极性分子 180 F1 F2 F合 0 104 30 F1 F2 F合 0 O H键是极性键 共用电子对偏O原子 但由于分子是折线型构型 两个O H键的极性不能抵消 F合 0 整个分子电荷分布不均匀 是极性分子 BF3 NH3 120 107 18 三角锥型 不对称 键的极性不能抵消 是极性分子 F1 F2 F3 F 平面三角形 对称 键的极性互相抵消 F合 0 是非极性分子 109 28 正四面体型 对称结构 C H键的极性互相抵消 F合 0 是非极性分子 常见分子的构型及分子的极性 双原子分子 H2 Cl2 HCl H2O CO2 三原子分子 四原子分子 NH3有107 30三角锥型极性 BF3有120 平面三角形非极性 CH4有109 50正四面体型非极性 五原子 无无直线型非极性 有无直线型极性 有180 直线型非极性 有104 50折线型极性 4 等电子体原理 并且价电子总数 最外层电子总数 相同 1 定义 原子总数相同 可以是分子与分子之间 分子与离子之间 离子与离子之间 2 等电子体结构具有相似性 请写出具有10个电子的微粒 分子 HF H2O NH3 CH4 Ne 阳离子 Na Mg2 Al3 NH4 H3O 阴离子 OH NH2 N3 O2 F 相似相溶原理 极性分子易溶于极性分子溶剂中 如HCl易溶于水中 非极性分子易溶于非极性分子溶剂中 如CO2易溶于CS2中 练习 用萃取法从碘水中分离碘 所用萃取剂应具有的性质是 不和碘或水起反应 能溶于水 不溶于水 应是极性溶剂 应是非极性溶剂A B C D C 5 研究分子极性的实际意义 问 1 我们已经学习了哪些化学键 2 什么叫配位键 一个原子提供一对电子 与另一个接受电子的原子形成的共价键 即 成键的两个原子一方提供孤对电子 一方提供空轨道而形成的共价键 3 试举一例含配位键的物质 铵盐 水合氢离子 四 配合物 在水溶液中 Cu2 与NH3是如何结合成 Cu NH3 4 2 的呢 配体有孤电子对 中心离子有空轨道 配位键的存在是配合物与其它物质最本质的区别 1 配合物的概念 概念 由提供孤电子对配体与接受孤电子对中心原子 离子以配位键结合形成的化合物称为配合物 请思考NH4Cl是否是配合物 2 配合物的组成 内界是配位单元 外界是简单离子 内外界间是完全电离的 K3 Cr CN 6 内界 外界 内界又由中心原子 离子和配位体及配位数构成 1 内界与外界 Cu NH3 4 SO4 2 中心原子 配位体 含配位原子 配位数 中心原子 能够接受孤电子对的离子 多为过渡金属元素的离子 配位体 提供孤电子对的分子或离子 其中提供孤电子对的原子叫配位原子 常见的配位原子有卤素原子X O S N P C 配位数 常见金属离子配位数 配合物中心原子 离子 价态的判断 Ag NH3 2 OH Co NH3 6 Cl3K4 Fe CN 6 K Pt NH3 Cl3 Co NH3 5Cl NO3 2 Cr H2O 5Cl Cl2 H2O 配离子的电荷 中心原子与配位体电荷的代数和 在做银镜反应实验时 需要配制银氨溶液 请回答 银氨溶液的配制过程 实验现象 写出相应的化学方程式 配制过程 在5 的硝酸银溶液中逐滴加入2mol L的氨水 直至生成的沉淀恰好完全溶解 实验现象 先出现沉淀 继续滴加氨水后沉淀溶解生成无色澄清溶液 AgNO3 NH3 H2O AgOH NH4NO3 AgOH 2NH3 H2O Ag NH3 2 OH 2H2O Ag NH3 2 OH Ag NH3 2 OH 4 配合物的结构 配合物的中心原子 配位体的种类和数目的不同 可以形成不同空间构型的配合物 P70 71 几种配合物的空间构型 直线形正四面体 练习题1 向AgNO3溶液中滴加氨水至沉淀溶解可形成 Ag NH3 2 配离子 Ag 空的轨道和轨道可以形成杂化轨道 NH3分子中N原子有对孤电子对 N原子上的孤电子对进入Ag 空的杂化轨道形成配位键 Ag 有个空的杂化轨道 可以接受2个NH3分子提供的孤电子对 形成型的 Ag NH3 2 5s 5p sp 1 sp 2