ppt02分子结构

1、第第 2 章章化学键与分子结构化学键与分子结构molecular orbitalatomic orbital7认识分子间作用力和氢键的本质，会解释其对物质认识分子间作用力和氢键的本质，会解释其对物质 性质的影响。性质的影响。1认识化学键的本质；认识化学键的本质；2掌握离子键的形成及其特点；掌握离子键的形成及其特点；3掌握离子的特征，离子极化概念；掌握离子的特征，离子极化概念；4掌握价键理论的内容；会用价键理论解释共价键的掌握价键理论的内容；会用价键理论解释共价键的 特征，会用价电子对互斥理论和杂化轨道理论解释特征，会用价电子对互斥理论和杂化轨道理论解释 简单的分子结构；简单的分子结构；5初步认

2、识分子轨道，掌握第二周期元素的分子轨道初步认识分子轨道，掌握第二周期元素的分子轨道 特点；特点；6理解金属键理论，特别是能带理论，会用能带理论理解金属键理论，特别是能带理论，会用能带理论 解释固体分类；解释固体分类；本章教学要求本章教学要求2.1 化学键的定义化学键的定义 Definition of chemical bond2.2 离子键理论离子键理论 Ionic bond theory2.3 共价键的概念与路易斯结构式共价键的概念与路易斯结构式 Concept of the covalent bond theory and Lewis structure formula2.7 金属键理论金

3、属键理论 Metallic bond theory 2.8 分子间作用力和氢键分子间作用力和氢键 Intermolecular forces and hydrogen bond2.4 用以判断共价分子几何形状的价层电子对互斥用以判断共价分子几何形状的价层电子对互斥 理论理论 VSEPR for judging the configuration of the covalence molecular 2.5 原子轨道的重叠原子轨道的重叠 价键理论价键理论 Superposition of atomic orbital valence bond theory2.6 分子轨道理论分子轨道理论 Mol

4、ecular orbital theory2.1 化学键的定义化学键的定义 Definition of chemical bond1. 什么是化学键什么是化学键2Na (s) + Cl2 (g) 2NaCl (s) 颜色颜色状态状态导电性导电性通电下通电下银灰色银灰色 黄绿色黄绿色 无色无色 固体固体 气体气体 晶体晶体 极强极强 极弱极弱 极弱，熔融导电极弱，熔融导电 无变化无变化 无变化无变化 熔融下反应逆转熔融下反应逆转 Pauling L在在The Nature of The Chemical Bond中提出了用得最广泛的化学键定义：中提出了用得最广泛的化学键定义：如果两个原子（或如果

5、两个原子（或原子团）之间的作用力强得足以形成足够稳定的、可被原子团）之间的作用力强得足以形成足够稳定的、可被化学家看作独立分子物种的聚集体，它们之间就存在化化学家看作独立分子物种的聚集体，它们之间就存在化学键。简单地说，化学键是指分子内部原子之间的强相学键。简单地说，化学键是指分子内部原子之间的强相互作用力。互作用力。不同的外在性质反映了不同的内部结构各自内部的结合力不同化学键理论可以解释化学键理论可以解释: : 分子的形成与稳定性分子的形成与稳定性 共价键的本质及饱和性共价键的本质及饱和性 分子的几何构型和共价键的方向性分子的几何构型和共价键的方向性 化学键与分子的物化性质间的关系化学键与分

6、子的物化性质间的关系2. 已明确了的化学键类型已明确了的化学键类型化化学学键键共共价价键键金金属属键键离子配键离子配键离子偶极配键离子偶极配键离子键离子键 电价配键电价配键配配键键双原双原子共子共价键价键多原多原子共子共价键价键电子对键电子对键（单、双、（单、双、叁键）叁键）单电子键单电子键三电子键三电子键共轭共轭 键键多中心键多中心键极极 性性 键键 共价配键共价配键非极性键非极性键电电价价键键2.2.1 离子键的形成离子键的形成)2p(2sNa)Na(3s62e-mol496kJ1-11nnnI)3p(3sCl)3PCl(3s62emolkJ7 .34852-1nnnENaCln静电引力形

7、成条件形成条件 XA-XB2.0形成化学键形成化学键-450 kJmol-1 NaCl的晶体形成时显然有能量的晶体形成时显然有能量变化，右图为其形成时的势能曲线变化，右图为其形成时的势能曲线. .当到达最低点时，引力与斥力达到当到达最低点时，引力与斥力达到平衡状态平衡状态. .Na+CLNa+CL- 2 R0 4 6 8 10 12 14R/102pm0805002502.2 离子键理论离子键理论 ( ionic bond theory )（2）离子键的特点离子键的特点 本质是本质是静电引力静电引力（库仑引力）（库仑引力） 没有没有方向性方向性和和饱和性饱和性（库仑引力的性质所决定）（库仑引力

8、的性质所决定） 键的极性键的极性与元素的电负性有关与元素的电负性有关2RqqfNaClCsCl 这个例子能够说明一个离子周围的异电荷离子数与各自所带电荷这个例子能够说明一个离子周围的异电荷离子数与各自所带电荷的多少的多少(或者说由引而产生的作用力的强弱或者说由引而产生的作用力的强弱)无关无关. 也可用也可用 Hannay & Smyth 公式公式来计算键的离子性。来计算键的离子性。离子性离子性=16(x)+3.5 (x)2100%xA-xB离子性百分率离子性百分率(%)0.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.62.83.03.276828689922

9、.2.2 晶格能晶格能 (lattice energy) 定义：定义：1mol 1mol 的离子晶体解离为自由气态离子时所吸收的能量，以符号的离子晶体解离为自由气态离子时所吸收的能量，以符号 U 表示表示. . 作用：作用：用以度量离子键的强度用以度量离子键的强度. .晶格类型晶格类型 相同时，相同时，U U与正、负离子电荷与正、负离子电荷 数成正比，与它们之间的距离数成正比，与它们之间的距离r r0 0成反比成反比. .MX (S) M+ (g) + X- (g) 晶体类型相同时，晶格能与正、负离子数成正比，与它们之间的距离晶体类型相同时，晶格能与正、负离子数成正比，与它们之间的距离 r r

10、0 0成反比成反比. . 晶格能越大，正、负离子间结合力越强，相应晶体的熔点越高、硬度晶格能越大，正、负离子间结合力越强，相应晶体的熔点越高、硬度 越大、压缩系数和热膨胀系数越小。越大、压缩系数和热膨胀系数越小。993 801747 6612 852 2 614 2 430 1 918+1,-1 +1,-1+1,-1 +1,-1+2,-2 +2,-2 +2,-2 +2,-2231 282298 323210 240 257 256 923 786 747 7043 791 3 401 3 223 3 054 Lattice energy and melting point of some io

11、nic compounds Compound charge of the ions ro/pm U/kJmol- t (m. p.)/NaF NaCl NaBr NaIMgO CaO SrO BaO 晶格能可以通过各种晶格能可以通过各种方法计算得到（本课程不方法计算得到（本课程不要求），最常用的有以下要求），最常用的有以下几种方法：几种方法： 波恩波恩-哈勃循环哈勃循环 玻恩玻恩-兰达公式兰达公式 水合能循环法水合能循环法EDISHUUEDISH21)()(21ff卤化物卤化物 实验值实验值 计算值计算值 最佳值最佳值 (热化学循环热化学循环 ) (波恩波恩-兰达公式兰达公式) LiF LiC

12、l LiBr LiINaFNaClNaBrNaIKF KCl KBr KI1033845.2797.9739.7915.0788.0739.3692.0813.4708.8679.5640.21004 840.1781.2 718.4914.2770.3 728.4 680.7 812.1701.2671.1632.21008 811.3766.1708.4902.0755.2718.8663.2797.5687.4659.8623.0 2.2.3离子的特征离子的特征离子键离子键的强度的强度正、负离正、负离子的性质子的性质离子化合离子化合物的性质物的性质取决于取决于取取决决于于1. 离子电荷离

13、子电荷 (charge) 正离子通常只由金属原子形成，其电荷等于中性原正离子通常只由金属原子形成，其电荷等于中性原 子失去电子数目。子失去电子数目。 负离子通常只由非金属原子组成，其电荷等于中性负离子通常只由非金属原子组成，其电荷等于中性 原子获得电子的数目原子获得电子的数目;出现在离子晶体中的负离子出现在离子晶体中的负离子 还可以是多原子离子还可以是多原子离子 。 )(SO242. 离子半径离子半径 (radius)严格讲，离子半径无法确定严格讲，离子半径无法确定 （电子云无明确边界）（电子云无明确边界）核间距（核间距（nuclear separation） 的一半的一半关键是如何分割（关键

14、是如何分割（X射线衍射射线衍射 法）法）三套数据，使用时应是自洽的三套数据，使用时应是自洽的推荐使用推荐使用R. D. Shanon半径数据半径数据 （考虑到配位数的影响）（考虑到配位数的影响）对同一主族具有相同电荷的离子而言，半径自上而下对同一主族具有相同电荷的离子而言，半径自上而下增大。例如：增大。例如： Li+Na+K+Rb+Cs+；F-Cl-Br-I-对同一元素的正离子而言对同一元素的正离子而言, 半径随离子电荷升高而减半径随离子电荷升高而减 小。例如小。例如: Fe3+Fe2+对等电子离子而言，半径随负电荷的降低和正电荷的对等电子离子而言，半径随负电荷的降低和正电荷的 升高而减小。例

15、如：升高而减小。例如： O2-F-Na+Mg2+Al3+相同电荷的过渡元素和内过渡元素正离子的半径均随相同电荷的过渡元素和内过渡元素正离子的半径均随 原子序数的增加而减小，第原子序数的增加而减小，第 1 章介绍原子半径时章介绍原子半径时提到提到 “ “镧系收缩镧系收缩”的概念的概念, 该概念也适用于电荷数为该概念也适用于电荷数为+3 和和 Ln3+ 离子。离子。 能得到真正的能得到真正的“离子半径离子半径”吗的吗的? ? 不论是阴离子还是阳离子，其电荷密度都随半径的增不论是阴离子还是阳离子，其电荷密度都随半径的增大而减小。可以设想大而减小。可以设想, 在阴、阳离子相互在阴、阳离子相互“接触接触

16、”的那一的那一点上点上, 电荷密度是最小的。如果能测得相邻离子间电荷密电荷密度是最小的。如果能测得相邻离子间电荷密度的变化曲线并找出极小值所在的部位度的变化曲线并找出极小值所在的部位, 该部位就是离子该部位就是离子间间Question 2Question 2Solution的分界线。可惜的是的分界线。可惜的是, 极小值的精极小值的精确位置很难确定确位置很难确定, 它极易受实验不它极易受实验不精确性和两个相邻离子本身性质的精确性和两个相邻离子本身性质的影响，电荷密度曲线上出现的是范影响，电荷密度曲线上出现的是范围颇大的一个最低密度区，而不是围颇大的一个最低密度区，而不是一个极小值。一个极小值。（

17、3） 离子的电子构型离子的电子构型 (electronic configuration)不同类型的正离子对同种负离子的结合力大小不同类型的正离子对同种负离子的结合力大小: :8 8电子构型的离子电子构型的离子1818或或18+218+2电子电子层构型的离子层构型的离子8-178-17电子层电子层构型的离子构型的离子 LP-BP BP-BP 根据根据 VP 和和 LP 的数目的数目, 可以推测出分子的空间构型可以推测出分子的空间构型1. 基本要点基本要点2. 分子形状的确定方法分子形状的确定方法例例：XeF2 2+(8-21)/2 = 5 XeF4 4+(8-41)/2 = 6 XeOF4 5+

18、(8-12-4 1)/2 = 6 XeO2F2 4+(8-22-2 1)/2 = 5VP = 1/2A的价电子数的价电子数+X提供的价电子数提供的价电子数 离子电荷离子电荷数数( ) 首先先确定中心原子首先先确定中心原子A的价层电子对数的价层电子对数VP例例: VP( )= (6+40+2)=424SO21负负正正 VP = BP + LP = 与中心原子成键的原子数与中心原子成键的原子数 + （中心原子价电子数（中心原子价电子数- -配位原子未成对电子数之和配位原子未成对电子数之和) 2或者或者 对ABm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

19、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。价电子对的数目决定了一个分子或离子中的价层电子对在空间价电子对的数目决定了一个分子或离子中的价层电子对在空间的分布的分布( (与分子立体构型不同与分子立体构型不同) )：2 2 3 3 4 4 5 6 5 6 直线形直线形 平面三角形平面三角形 正四面体正四面体 三角双锥体三角双锥体 正八面体正八面体1、价层电子对数目的确定（余数进位）配位原子提供电子数的计算方法：(1) H、卤素只提供1个共用电子；(2) 在形成共价键时，作为配体的氧族可以认为不提供共用电子；(3)当氧族原子作为中心原子时,则可以认为提供6电子2离子所带

20、电荷数配位原子提供电子数中心原子价电子数价层电子对数对ABm型分子，若中心原子A价层电子对只包括成键电子对，则价层电子对的相对位置就是分子的构型； CO2 CH4 若中心原子A价层电子对包括成键电子对和孤对电子，则价层电子对的相对位置不是分子的构型， NH3、H2OAY4AXnEOHHEENHHHHCHHHOHHNHHHHCHHH 对于含有双键或叁键的分子，价电子对互斥理论仍能使用，但双键、叁键都作为一个电子对计算。 在定性推测分子构型时，可以忽略孤对电子和成键电子、单键和多重键的区别，但在考虑键角等一些问题时，应考虑这些差别。(1) 重键包含的电子较多，不同键型间的排斥力大小： 三键三键 三

21、键双键 双键 双键 双键单键 单键单键 COFF112.5。123.2。(2) (2) 成键电子对受两个原子核的吸引，孤对电子成键电子对受两个原子核的吸引，孤对电子对只受一个原子核的吸引，故孤对电子对对只受一个原子核的吸引，故孤对电子对(lp)(lp)比比成键电子对成键电子对(bp)(bp)肥大，所以电子对间排斥力：肥大，所以电子对间排斥力： lp-lplp-bpbp-bplp-lplp-bpbp-bp 孤对电子对与键合电子对斥力不同使理想模型发孤对电子对与键合电子对斥力不同使理想模型发生畸变。生畸变。如：如： CHCH4 4 NH NH3 3 H H2 2O O HAH HAH 109.51

22、09.5 107.3107.3 、 104.5104.5 (3) 电负性高的配体，吸引价电子能力强，价电子离中心原子较远，占据空间角度相对较小。 PCl3 PBr3 PI3 键角：100.1 101.5 102(4)中心原子的电负性增大时，键角将增大。如： NH3PH3AsH3SbH3键角：107.3 93.3 91.8 91.3 确定电子对的空间排布方式确定电子对的空间排布方式通式通式共用共用电子对电子对原子原子A在原子在原子B周围的排列方式周围的排列方式 （理想的（理想的BAB键角）键角）结构结构中心原子上不含孤对电子的共价分子的几何形状中心原子上不含孤对电子的共价分子的几何形状2直线直线

23、(180)AB2AB33平面三角形平面三角形(120)AB44正四面体正四面体(10928)AB55三角双锥三角双锥(BaABa, 180)(BeABe, 120) (BeABa, 90)Ba轴向轴向B原子，原子，Be平伏平伏B原子原子AB66正八面体正八面体(90, 180) 确定孤对电子数和分子空间构型确定孤对电子数和分子空间构型LP=0 分子的空间构型分子的空间构型= =电子对的空间构型电子对的空间构型BeH2BF3CH4PC15SF6VP= (2+2)=2 LP = 021VP= (3+3)=3 LP = 021VP= (4+4)=4 LP = 021VP= (5+5)=5 LP =

24、021VP= (6+6)=6 LP = 021总电子总电子 电子对电子对 成键成键 未成对未成对 分子构型分子构型 实例实例 对数对数 理想构型理想构型 电子对电子对 电子对电子对 2 2 0 3 3 0 3 1总电子总电子 电子对电子对 成键成键 未成对未成对 分子构型分子构型 实例实例 对数对数 理想构型理想构型 电子对电子对 电子对电子对 4 4 0 3 1 2 2总电子总电子 电子对电子对 成键成键 未成对未成对 分子构型分子构型 实例实例 对数对数 理想构型理想构型 电子对电子对 电子对电子对 5 5 0 4 1 3 2 2 3 孤对电子优先代替孤对电子优先代替平伏位置上的原子和相平

25、伏位置上的原子和相关键对电子关键对电子总电子总电子 电子对电子对 成键成键 未成对未成对 分子构型分子构型 实例实例 对数对数 理想构型理想构型 电子对电子对 电子对电子对 6 6 0 5 1 4 2 第二对孤对电子第二对孤对电子优先代替第一对孤优先代替第一对孤对电子反位的原子对电子反位的原子和相关键对电子和相关键对电子键的极性和中心原子的电负性会使键角改变键的极性和中心原子的电负性会使键角改变21VP= (4+0+2)=3VP= (6+4)=521S = OFFFFC = OClCl21124o18110o18107oN:FFFo102当分子中有当分子中有 键时键时, , 键键应排在相当于孤

26、对电子的应排在相当于孤对电子的位置位置 ！判断判断 OF2 分子的基本形状。分子的基本形状。 写出路易斯结构式写出路易斯结构式, , 并读出中心原子周围价并读出中心原子周围价电子对的总数电子对的总数: : 中心原子价层有中心原子价层有 4 对电子。对电子。4 对对价电子的理想排布方式为正四面价电子的理想排布方式为正四面体体, 但考虑到其中包括两个孤对但考虑到其中包括两个孤对, 所以分子的实际几何形状为角形所以分子的实际几何形状为角形, 相当于相当于 AB2E2 型分子。型分子。F O FQuestion 7Question 7Solution判断判断 XeF4 分子的基本形状分子的基本形状 中

27、心原子价层有中心原子价层有 6 对电子。理对电子。理想排布方式为正八面体想排布方式为正八面体, 但考但考虑到其中包括两个孤对虑到其中包括两个孤对, 所以所以分子的实际几何形状为平面四分子的实际几何形状为平面四方形方形, 相当于相当于AB4E2 型分子。型分子。中心原子中心原子 Xe 的价电子数为的价电子数为 8，F 原子的未成对电子数原子的未成对电子数为为1。可以算得中心原子价电子对的总数和孤对数分别。可以算得中心原子价电子对的总数和孤对数分别为为: (价层电子对总数价层电子对总数) = 4(84)/2 = 6 (孤电子对的数目孤电子对的数目) = (84)/2 = 2Question 8Qu

28、estion 8Solution2.5 原子轨道的重叠原子轨道的重叠价键理论价键理论 Superposition of atomic orbital valence bond theory2.5.1 共价作用力的本质和共价键的共价作用力的本质和共价键的 特点特点 Nature of the covalence force of characterizations of the covalence bond 2.5.2 杂化轨道杂化轨道 Hybrid orbital 怎样解释形成双键和叁键的原子间共享怎样解释形成双键和叁键的原子间共享 2 对、对、3 对电子？对电子？ 电子对的享用与提供电子的原

29、子轨道间存在什么电子对的享用与提供电子的原子轨道间存在什么 关系？关系？ 能否用原子轨道在空间的取向解释分子的几何形能否用原子轨道在空间的取向解释分子的几何形 状？状？ 解决了这些问题才能解决了这些问题才能揭示成键本质揭示成键本质 1. 价键理论价键理论(valence bond theory)基本观点基本观点2.5.1 共价作用力的本质和共价键的特点共价作用力的本质和共价键的特点 带有相反电荷的两个离子带有相反电荷的两个离子(例如例如A+和和B-)彼引接近的彼引接近的过程中过程中, 系统能量的变化可表示为两核之间距离的函数。系统能量的变化可表示为两核之间距离的函数。 曲线的最低点相应于吸引力

30、等于曲线的最低点相应于吸引力等于排斥力的状态排斥力的状态, 该状态下两核间的平该状态下两核间的平衡距离衡距离 R0 叫做叫做核间距核间距(符号为符号为 d )，与与核间距核间距 d 对应的势能对应的势能(Ed)则是由气态则是由气态正、负离子形成离子键过程中放出的正、负离子形成离子键过程中放出的能量。能量。 显然，图形反映了两个中性原子间通过共用电子对显然，图形反映了两个中性原子间通过共用电子对相连形成分子，是基于电子定域于两原子之间，相连形成分子，是基于电子定域于两原子之间，形成了形成了一个密度相对大的电子云（负电性）一个密度相对大的电子云（负电性），这就是价键理论，这就是价键理论的基础。的基

31、础。因此，因此，共价键的形成条件为：共价键的形成条件为： 能量最低原理能量最低原理 键合双方各提供自旋方向相反的未键合双方各提供自旋方向相反的未 成对电子成对电子(想一想自旋方向相同呢？想一想自旋方向相同呢？) 键合双方原子轨道应尽可能最大程键合双方原子轨道应尽可能最大程 度地重叠度地重叠H2分子的形成分子的形成2. 共价键的特征共价键的特征 结合力的结合力的本质是电性的本质是电性的 具有方向性具有方向性（是因（是因 为每种元素的原子能提为每种元素的原子能提 供用于形成共价键的轨供用于形成共价键的轨 道是具有一定的方向）道是具有一定的方向） 具有饱和性具有饱和性（是指每种元素的原子能提供用于（

32、是指每种元素的原子能提供用于 形成共价键的轨道数是一定的）形成共价键的轨道数是一定的）H Cl例如：例如：H O HN N键：键：重叠轨道的电子云密度沿键轴方向的投影为圆重叠轨道的电子云密度沿键轴方向的投影为圆 形，表明电子云密度绕键轴（原子核之间的连形，表明电子云密度绕键轴（原子核之间的连 线）对称。形象的称为线）对称。形象的称为“头碰头头碰头”。3. 共价键的键型共价键的键型轨道可由各种方式组成 键：键：重叠轨道的电子云密度绕键轴不完全对称。重叠轨道的电子云密度绕键轴不完全对称。 形象的称为形象的称为 “ “肩并肩肩并肩”。 键：键：d 轨道重叠形成的轨道重叠形成的 （本课程不要求）（本课

33、程不要求）形成条件形成条件：成键原子一方提供孤对电子，另一方成键原子一方提供孤对电子，另一方 提提 供空轨道。供空轨道。4BF222ps2FBFFF422ps2COOC 4. 4. 配位键（共价键里的一种特殊形式）配位键（共价键里的一种特殊形式）4NHHNHHH5. 键参数键参数（bond parameters ）分子中两个原子核间的平均距离分子中两个原子核间的平均距离 化学键的性质在理论上可以由量子力学计算作定量化学键的性质在理论上可以由量子力学计算作定量讨论，也可以通过表征键的性质的某些物理量来描述，讨论，也可以通过表征键的性质的某些物理量来描述，如：电负性、键能、键长、键角和键级。如：电

34、负性、键能、键长、键角和键级。分子中键与键之间的夹角分子中键与键之间的夹角 这两个参数可以通过这两个参数可以通过X射线单晶射线单晶衍射等实验手段测量得到衍射等实验手段测量得到. 键长键长( (bond length)： 键角键角( (bond angle) )： 二甲基嘧啶胺与二甲基嘧啶胺与ZnCl2 在无水乙醇中形成的配在无水乙醇中形成的配合物合物三斜晶系三斜晶系a =0.73280 nm b =0.97584 nm c =1.41329 nm =95.638=98.919 = 95.751 表示在通常外界条件下物质原子间相互作用的强弱。表示在通常外界条件下物质原子间相互作用的强弱。定义为：

35、在定义为：在298 K和和100 kPa下将下将1mol气态双原子分子断气态双原子分子断裂成裂成2 mol气态原子所需要的能量。气态原子所需要的能量。 键能键能( (bond energy):):对双原子分子：离解能对双原子分子：离解能 = = 键能键能对多原子分子：键能指平均键能对多原子分子：键能指平均键能D (H Cl) = 431 kJmol-1 D (Cl Cl) = 244 kJ mol-1)()(1-321molkJ38633563754273H-NDDDE例如例如 NH3)()(=mr生生成成物物反反应应物物EEH -+mrH4E(O-H)LK2H2O(g)OO2 2(g)(g)

36、+2 2HH2 2 (g) (g)E(O O)2E(H H)4H(g)2O(g) rHm=2E(H H) +LKE(O O) 4E(O-H) 偶极矩偶极矩 bond dipole moment (m m)m m = q d大小相等，符号相反彼此相距为大小相等，符号相反彼此相距为 d 的的两个电荷（两个电荷（+q和和-q）组成的体系称为组成的体系称为偶极子，偶极子， 其电量与距离之积，就是其电量与距离之积，就是分子的偶极矩。分子的偶极矩。 ClH mC1043.330m例如：例如：H2N2CO2CS2H2SSO2H2OHClHBrHICOHCN00003.665.336.163.432.631.

37、270.406.99分子分子 /1030Cm键的极性键的极性5.键矩键矩( (m m):m m =ql3.键角键角4.键长键长分子的分子的空间构型空间构型2.键能键能(E)1.键级键级(BO)键的强度键的强度BO = (成键轨道中的电子数成键轨道中的电子数 反键轨道中的电子数）反键轨道中的电子数）212.5.2 杂化轨道杂化轨道（hybrid orbital ） 如果如果 H2O 和和 NH3 分子中的分子中的 OH 键和键和 NH 键是由键是由 H 原子的原子的 1s 轨道与轨道与 O 原子和原子和 N 原子中单原子中单电子占据的电子占据的2p 轨道重叠形成的，轨道重叠形成的，HOH 和和

38、HNH 键键角应为角应为 90；事实上；事实上, 上述两个键角各自都远大于上述两个键角各自都远大于90。 原子轨道为什么需要杂化？原子轨道为什么需要杂化？原子轨道为什么可以杂化？原子轨道为什么可以杂化？如何求得杂化轨道的对称轴间的夹角？如何求得杂化轨道的对称轴间的夹角？ Pauling提出杂化轨道理论。新理论必须解决如提出杂化轨道理论。新理论必须解决如下问题：下问题： 成键时能级相近的价电子轨道相混杂，形成新的成键时能级相近的价电子轨道相混杂，形成新的价电子轨道价电子轨道杂化轨道杂化轨道1. 基本要点基本要点轨道成分变了轨道成分变了总之，杂化后的轨道总之，杂化后的轨道轨道的能量变了轨道的能量变

39、了轨道的形状变了轨道的形状变了结果当然是更有利于成键结果当然是更有利于成键！变了变了 杂化后轨道伸展方向，形状和能量发生改变杂化后轨道伸展方向，形状和能量发生改变 杂化前后轨道数目不变杂化前后轨道数目不变2. 杂化形式杂化形式 sp3杂化杂化2p2s2s2psp3四个四个 sp3 杂化轨道杂化轨道激发激发杂化杂化CH4中共价中共价 键形成键形成基态碳原基态碳原子的结构子的结构杂化轨道杂化轨道2s2p轨道轨道2s2p2s2psp2三个三个 sp2 杂化轨道杂化轨道激发激发杂化杂化 BCl3 中共中共价键的形成价键的形成基基态态硼硼原原子子的的结结构构杂化轨道杂化轨道 sp2杂化杂化 sp杂化杂化

40、2s2p2s2psp2p两个两个 sp 杂化轨道杂化轨道激发激发杂化杂化 HBeH基态铍原基态铍原子的结构子的结构 BeH2 中共中共价键的形成价键的形成杂化轨道杂化轨道30104HOH H2O中中O原子采取原子采取 sp3 不等性杂化不等性杂化p2s2sp3 3 杂化杂化sp3H2O中共价键形成中共价键形成杂化轨道杂化轨道基态氧原基态氧原子的子的 结结 构构18107HNHNH3中中N 原子采取原子采取 sp3 不等性杂化不等性杂化sp3杂化杂化基态氮原基态氮原子的子的 结结 构构NH3中共价键形成中共价键形成杂化轨道杂化轨道试用杂化轨道理论解释下面问题：试用杂化轨道理论解释下面问题： NH

41、3、H2O 的键角为什么比的键角为什么比 CH4 小？小？CO2 的键角为的键角为 何是何是180？ 乙烯为何取乙烯为何取120 的键角？的键角？ 在在 BCl3 和和 NCl3 分子中，中心原子的氧化数和配体分子中，中心原子的氧化数和配体 数都相同，为什么两者的空间分子结构却不同？数都相同，为什么两者的空间分子结构却不同？还是杂化形式不同还是杂化形式不同 在在 sp2 和和 sp 杂化轨道杂化轨道中，是否也存在不等性杂化？中，是否也存在不等性杂化？ 各举一例！各举一例！例如例如 SO2 和和 CO 杂化形式不同杂化形式不同Question 9Question 9Solutionsp3dsp3d2)1 (3f P sp3 sp2 sp s3p s 0 1/4 1/3 1/2 3/4 1 f =1.732 2(最大最大) 1.991 1.993 1.732 1 3计算了计算了两个杂化轨道之间夹角两个杂化轨道之间夹角 注意这些都是注意这些都是量子化学的内容，量子化学的内容