基础化学：10 分子

1、价键理论优点与局限性价键理论优点与局限性 1. VB法的贡献：法的贡献： 解释了共价键的形成本质（电性、波性）解释了共价键的形成本质（电性、波性） 解释了共价键的饱和与方向性。解释了共价键的饱和与方向性。 2. VB法的局限性法的局限性 无法预测分子中原子的排序空间构形无法预测分子中原子的排序空间构形 分子中成键数多于原子的单电子数分子中成键数多于原子的单电子数CH4 杂化轨道理论 一、杂化轨道理论的提出一、杂化轨道理论的提出 1 1实验结果：实验结果： C有四个共价键有四个共价键 键长、键角相等键长、键角相等 分子的几何构型为正四面体分子的几何构型为正四面体 CH4 2 2. . 与与VBV

2、B矛盾：矛盾： 1s22s22p21s22s22p2 1s 2s 2p C ground state 1s 2s 2p C ground state 1s22s12p3 1s 2s 2p excited state 3 3杂化提出杂化提出 1s22s22p2 1s 2s 2p C ground state 1s22s22p2 1s 2s 2p C ground state 1s22s12p3 1s SP3 in CH4 C-H sp3-s sigma bonds 1s SP3 hybrided four sp3 hybrid orbitals 由由1个个s轨道和轨道和3个个 p轨道组合成轨道组

3、合成4个个sp3 杂化轨道的过程称为杂化轨道的过程称为sp3 杂化。为使杂化轨杂化。为使杂化轨 道间的排斥能最小，道间的排斥能最小，4个个sp3杂化轨道间的夹杂化轨道间的夹 角均为角均为1090 28(正四面体正四面体)。 4 4杂化和杂化轨道杂化和杂化轨道：成键原子成键时，：成键原子成键时， 由于原子间相互影响，几个能量相近的由于原子间相互影响，几个能量相近的 原子轨道可以进行组合，重新分配能量原子轨道可以进行组合，重新分配能量 和空间取向，组成一系列能量相等的新和空间取向，组成一系列能量相等的新 轨道，此过程称杂化。所形成的新轨道轨道，此过程称杂化。所形成的新轨道 就叫做就叫做杂化轨道杂化

4、轨道(hybrid orbital)。 5 5为什么能杂化和要杂化？杂化实质？为什么能杂化和要杂化？杂化实质？ 能？能？ 能量相近轨道杂化能量相近轨道杂化 要要 ？ 角度分布更集中角度分布更集中 最大重叠最大重叠 实质？实质？波函数波的叠加，函数的组合波函数波的叠加，函数的组合 原子轨道混杂 能量平均化 得到杂化杂化轨道轨道 s p sp p 二、杂化轨道理论二、杂化轨道理论基本要点基本要点 1.1.在成键过程中，由于原子间的相互影响，同一原子中在成键过程中，由于原子间的相互影响，同一原子中 几个能量相近的不同类型的原子轨道（即波函数），几个能量相近的不同类型的原子轨道（即波函数）， 可以进行

5、线性组合，重新分配能量和确定空间方向，可以进行线性组合，重新分配能量和确定空间方向， 组成数目相等的新的原子轨道组成数目相等的新的原子轨道（hybrid orbital）。 s p sp2 p s p sp3 能量相近的轨道：能量相近的轨道： ns np (n-1)d ns np或或ns np nd 杂化轨道数杂化轨道数= =参加杂化原子轨道数之和参加杂化原子轨道数之和 2. 2. 杂化轨道的角度波函数在某个方向的杂化轨道的角度波函数在某个方向的 值比杂化前的大得多，更有利于原子轨值比杂化前的大得多，更有利于原子轨 道最大程度地重叠，因而杂化轨道比原道最大程度地重叠，因而杂化轨道比原 来轨道的

6、成键能力强。来轨道的成键能力强。所以力图用杂化所以力图用杂化 轨道成键。轨道成键。 3 3杂化轨道之间力图在空间取最大夹角分布，杂化轨道之间力图在空间取最大夹角分布， 使相互间排斥能最小，故形成的键较稳定。使相互间排斥能最小，故形成的键较稳定。 不同类型的杂化轨道之间的夹角不同，成键不同类型的杂化轨道之间的夹角不同，成键 后所形成的分子就具有不同的空间构型。后所形成的分子就具有不同的空间构型。 三、杂化轨道类型及实例分析三、杂化轨道类型及实例分析 1 1类型类型 根据参与杂化轨道：根据参与杂化轨道： sp型型 (ns,np): sp，sp2, sp3 spd型 型: (n-1)d ns np

7、；ns np nd 2 2spsp型杂化分析型杂化分析 2s2 2p0 (sp)1 (sp)1 2p0 Be Cl 3s2 3p5 Cl 3s2 3p5 sp杂化杂化BeCl2 sp杂化（BeCl2）： 与Cl的3p轨道重叠，形 成sp-p键。 sp杂化：1个s 轨道1个p 轨道 杂化轨道 数目 杂化轨道 成分 轨道夹角 分子 构型 50% s + 50% p180直线形 sp2杂化（BF3）： 与F的2p轨道重叠，形 成sp2-p键。 sp2杂化：1个s 轨道2个p 轨道 杂化轨道 数目 杂化轨道 成分 轨道夹角 分子 构型 333% s + 67% p120正三角形 sp3杂化（CH4）：

8、 与H的1s轨道重叠，形成 sp3-s键。 sp3杂化：1个s 轨道3个p 轨道 杂化轨道 数目 杂化轨道 成分 轨道夹角 分子 构型 425% s + 75% p 10928 正四面体 3 3小结小结 杂杂 化化 类类 型型spsp2 2sp3 3 杂化轨道数杂化轨道数2 2个个sp3 3个个sp2 24 4个个sp3 3 杂化轨道间夹角杂化轨道间夹角1801800 01201200 01091090 0 28 28 分子空间构型分子空间构型直直 线线三角形三角形角型角型正四面体正四面体三角锥三角锥角型角型 实实 例例BeCl2 2BF3 3SO2CH4 4NH3H2O 等性杂化（等性杂化（

9、equivalent hybridization）杂化后轨道杂化后轨道 所含成分、能量完全相同。所含成分、能量完全相同。 不等性杂化（不等性杂化（nonequivalent hybridization）杂化杂化 后轨道后轨道有孤对电子有孤对电子对占据而形成所含成分不等对占据而形成所含成分不等、能、能 量量不完全相同不完全相同。 109281073 CH4 NH3 H2O 10928 1073 10445 大键：是3个或3个以上原子形成的键， 也叫离域键。 BX3键能（kJ mol-1）： B-F B-Cl B-Br 613 456 377 2p sp2 F : 2s22p5 2p1 B 2s2

10、 F F 大键：坑多萝卜少 58 M sp3杂化杂化 3s 3p sp3 O 2s 2p 激发激发 3d 2s2p ClO4-、SO42-、PO43- 定域(localized)键： 仅涉及到两个原子， 电子近似固定在两个 成键原子之间。 离域(delocalized)键：也 叫非定域键，在多个原 子之间形成，电子在体 系所有原子之间游动。 第二节 价层电子对互斥理论 一一、问题的提出及主要用途、问题的提出及主要用途 杂化轨道杂化轨道理论成功地解释了共价分子的空间构理论成功地解释了共价分子的空间构 型，但是，一个分子的中心原子究竟采取哪种类型型，但是，一个分子的中心原子究竟采取哪种类型 的轨道

11、杂化，有时是难以预先确定的，因而就难以的轨道杂化，有时是难以预先确定的，因而就难以 预测分子的空间构型。预测分子的空间构型。 PbCl2 Pb: 5d106s26p2 Pb2+ sp杂化？直线杂化？直线？ 二、价层电子对互斥理论要点二、价层电子对互斥理论要点 1. 1. 分子或离子的空间构型决定于中心原子分子或离子的空间构型决定于中心原子 周围的成键电子对周围的成键电子对( ()和孤对电子对数和孤对电子对数 。 2. 2. 价层电子对互相排斥，这些电子对互相价层电子对互相排斥，这些电子对互相 处于尽可能远离的位置以达斥力最小。处于尽可能远离的位置以达斥力最小。 3. 3. 分子或离子的空间构型

12、就是以电子对的分子或离子的空间构型就是以电子对的 空间几何构型为依据而得的。空间几何构型为依据而得的。 三、三、VSEPR法判断法判断ABn型共价分子或离子的型共价分子或离子的 空间构型的步骤空间构型的步骤 总体思路：中心原子总体思路：中心原子价电子对数价电子对数理想理想 构型构型( (价电子对构型价电子对构型)杂化类型杂化类型孤对电孤对电 子数子数分子空间构型。分子空间构型。 1、确定中心原子中心原子和配位原子：配位原子：CO2、H2O 2、确定价层电子对的数目。 价层电子对 中心原子的价电子数 = 族数 作为配位原子，H/卤素/氧族元素分别提供1/1/0个电 子。 计算电子对数时，若剩余1

13、个电子，亦当作1对处理 双键、叁键等多重键作为1对电子看待。 2 离子电荷配体的价电子数中心原子的价电子数 3、确定价层电子对的构型。 4、确定分子的构型。 电子电子 对的对的 数目数目 电子对电子对 构型构型 分子分子 类型类型 成键成键 电子电子 对的对的 数目数目 孤对电孤对电 子数目子数目 分子构型分子构型图例图例 2 (sp) 直线直线AB22 2-2 =0 直线直线 （键角键角180） 3 (sp2) 平面平面 三角形三角形 AB330 正三角形正三角形 （键角键角120） AB221V形形 如何判断杂化是否等性？ 对于ABn分子，可根据B的数目n及A的价层 电子对数目m来判断。

14、n = m：等性杂化，如BeCl2、BF3、CH4 n sp2 sp3 2、孤对电子使键角变小：CH4 NH3 H2O 3、键相当于孤对电子。 4、电负性 NH3 PH3 PF3 14个 (2s*) (2s) (2px*) (2py*) (2pz*) (2py) (2pz) (2px) 2s 2p 2s 2p 2s 2py 2pz 2px 电子数14个 (2px) (2py) (2pz) (2s*) (2s) Li2、Be2、B2、C2、N2分子轨道为： O2、F2、Ne2的分子轨道为 )()()()( px2 2pz py2 2s2ss11s )()()()()( px2 pz2 py2 p

15、z2 py2 2px2s2s1s1s 试用分子轨道理论说明N2分子的结构。 )()()()()()()(N 2 2 2 2 2 2 2* 2 2 2 2* 1 2 12 xzy pppssss (2px)2 构成1个键 (2py)2 、（2pz)2 各构成1个键 键级为(10-4)/ 2 = 3 N2 分子特别稳定。 解释O2分子的顺磁性。 2个*键中各有1个单电子， 故O2为顺磁性。 )()()()()()()( 1* 2 1* 2 2 2 2 2 2 2 2* 2 2 2 zyzyx pppppss Hund规则 2s 2p 1s 2p *2p *2p *2s *1s 1s1s 2s2s

16、2p 2p F2+：KK(2s)2(2s*)2(2px)2(2py)2(2pz)2(2py*)2(2pz*)1 键级：1.5，为顺磁性 异核双原子分子的原子序数和异核双原子分子的原子序数和14时，则符时，则符 合合N2（N，C，B，Be，Li）分子轨道能级图）分子轨道能级图 的能级顺序；的能级顺序； 14时，则符合时，则符合O2（F）分子轨道能级图的能）分子轨道能级图的能 级顺序级顺序 异异核双原子分子核双原子分子 CO同同N2分子分子 NO同同O2分子分子 异核双原子分子 NO：(2s)2(2s*)2(2px)2 (2py)2(2pz)2 (2py*)1 HF：(1 )2 (2 )2 (3

17、)2 (1 )2 (2 )2 3为成键轨道，其他为非键轨道非键轨道。 1s 1 2s 2 4 1 2 1s 2p 3 自由基：具有不成 对电子的分子、原 子或基团。 氧自由基：由氧诱 发产生的自由基。 活性氧：具有高活 性的氧自由基的总 称。 常见自由基常见自由基缩写缩写 超氧阴离子O2- 羟基自由基OH 单线态氧 1O2 过氧化氢H2O2 过氧自由基RO2 自由基的来源 化学因素化学因素 多环烃：尾气 亚硝盐：腌菜、咸鱼 物理因素物理因素 X射线 紫外线 膳食因素膳食因素 饮水少 过饱食 高温（烧烤煎炸） 生活方式生活方式 烟酒 紧张情绪 缺乏运动 1、自由基为了让电子配对，就要去抢夺电 子

18、，引发连锁反应。 2、细胞膜的不饱和脂肪酸最容易受到自由 基攻击，进而DNA被破坏，使细胞失去正 常的生理功能。 呼吸系统 支气管损伤 肺泡损伤 神经系统疾病 阿尔兹海默病 帕金森综合症 肌肉萎缩性脊髓侧索硬化症 唐氏症 心脑血管系统 动脉粥样硬化 心肌缺血 心肌梗死 克山病 皮肤系统 色斑 脂褐素沉积 紫质症 运动系统 肌营养不良 肌肉萎缩症 其他 肿瘤 白内障 糖尿病 肝脏损伤 慢性肾炎 抗氧化 物质 自由基 自由基是代谢过程中的产物，对维持正常 的生理活动有促进作用。 自由基失去平衡会引发疾病。 抗氧化=清除自由基 天然抗氧化剂 类胡萝卜素 维生素 酶、蛋白 多酚 按化学结构分为 脂类，

19、不稳定 维生素E 小麦胚芽油、玉米胚油 维生素C 猕猴桃 谷光甘肽过氧化物酶(GPX) 超氧化物歧化酶(SOD) 过氧化氢酶(CAT) 茶多酚 葡萄 第三节 小结 电子数 14个： (1s)(*1s) (2s)(*2s) (2py) (2pz) (2px) 电子数14个： (1s)(*1s) (2s)(*2s) (2px) (2py) (2pz) (*2py) (*2pz) (*2px) 2 -反键轨道电子数成键轨道电子数 键级 第四节 分子间作用力 分子间力：分子之间存在着的相互作用， 对物理性质有重要影响。 分子间力是决定物质的沸点、熔点、气化 热，熔化热、溶解度、表面张力、粘度等 性质的主要因素。 正负电荷分布不均 存在正负极 产生静电力 导致