无机化学核心教程—分子结构

1、无机化学核心教程分子结构作业：PP134-135：3（1）-（3）8（3），（5），9，16Molecule Structure主要内容：离子的电荷、电子结构和半径共价键理论： 1 现代价键理论，杂化轨道理论 2 分子轨道理论分子结构与分子间作用力。晶体结构简介。第一节 离子键1、离子键是怎么形成的？2、离子键有什么特点？一、离子键的形成与特点：3、晶格能NaCl(s) Na+(g) + Cl-(g)U = 788kJ/mol二、离子的电荷、电子构型和半径1、离子的电荷与原子或原子团失去或得到的电子数相关。2、离子的电子构型2电子构型8电子构型18电子构型18+2电子构型9-17电子构型3、离

2、子半径： 同一周期：Na+ Mg2+ Al3+ 同一主族：Li+ Na+ K+ Rb+ Fe3+ 阳离子：10-170pm，阴离子：130-260pm 镧系和锕系收缩第二节 共价键一、经典Lewis理论：O:Cl:O:O:-配位键二、现在价键理论：1、氢分子的形成：H2分子是怎样形成的？ 推斥态基态r(pm)系统能量E(kJ/mol)0-388-4588774形成共价键的条件：原子轨道重叠部分的符号必须相同+-+-2=022、现代价键理论的要点： 只有自旋方向相反的单电子可以 形成稳定的共价键(同号重叠)。 共价键具有饱和性和方向性。只有未成对电子可以形成共价键。原子轨道重叠的最大重叠原理。+

3、-+- +-+重叠程度最大3、共价键的类型：头碰头(ss，spx， px px)键：键：肩并肩(pypy , pz pz )+-+-+- 键和键例：N2中的N原子是怎样成键的？7N：1s22s22p3pxpypzyz键与键之间的区别如何？ 双键 键+键 叁键 键+ 2键规律： 单键： 重键： 键（构成分子的骨架） 配位共价键： :NH3 + H+ NH4+4、共价键的参数： 键能（自学） 键长（自学） 键角（自学） 键的极性：大小取决于成键的两个原子的电负性之差；差值越大，键的极性越大。 H3C+Cl-非极性共价键：成键电子云密集在两核的中间位置，正负电荷重心重合。极性共价键：成键电子云不是平

4、均分配在成键两个原子之间的共价键，正负电荷重心不重合。HHHCl非极性键极性键为什么CH4的分子构型是正四面体？2px2py2pzC2sVB法不能解释甲烷分子的构型。三、杂化轨道理论：1、杂化轨道理论的要点：概念：杂化（hybridization） 杂化轨道（hybrid orbital） 在形成共价键过程中，由于原子间的相互影响，同一个原子中参与成键的几个能量相近的原子轨道可以重新组合，重新分配能量和空间方向，组成数目相等的，成键能力更强的新的原子轨道。 成键能力增强。 杂化轨道可形成键。 杂化轨道尽量远离（最大夹角，最小排斥）S轨道 P轨道 杂化轨道2px2py2pzC2s2、杂化轨道类型

5、及实例：杂化（sp3)1 （sp3)1 （sp3)1 （sp3)1激发态基态 杂化轨道 sp3 杂化轨道（CH4分子构型的解释。） 2s22px12py12pz0 激发2s12px12py12pz1C 正四面体键角 10928 sp2 杂化轨道实验测定，BF3分子有3个完全等同的B-F键，键角为120，分子构型为正三角形，试说明之。2px2py2pzB2s 2s22px12py02pz0 激发2s12px12py12pz0重新组合杂化（sp2)1 （sp2)1 （sp2)1 2pz0键角 120 0平面ZB原子的sp2杂化轨道。F原子的p轨道。120正三角形3、sp杂化轨道实验测定，BeCl2

6、分子有2个完全等同的Be-Cl键，键角为180，分子构型为直线型，试说明之。2px2py2pzBe2s 2s22px02py02pz0 激发2s12px12py02pz0重新组合杂化(sp)1 (sp)1 2py0 2pz0键角 180 0直线型YZBe C2H2的分子构型直线型，问其成键的情况如何？重新组合杂化(sp)1 (sp)1 2py1 2pz1 2s22px12py12pz0 激发2s12px12py12pz1C直线型键角 180YZ spd 杂化轨道：能量相近的(n-1)d与ns、np轨道组合成spd杂化轨道。杂化类型 dsp2 sp3d d2sp3或sp3d2 杂化轨道数： 4

7、5 6 空间构型：平面四方形 三角双锥 正八面体实例： Ni(CN)42- PCl5 Fe(CN)63- 等性杂化和不等性杂化：NH3分子的空间构型N原子的杂化状态：sp3不等性杂化N : 2s2 2p3三角锥形杂化NHHH含有较多2s轨道成分，不是分子构型的组成。等性杂化(equivalent hybridization) 杂化后所形成的杂化轨道的能量完全相同。不等性杂化(nonequivalent hybridization) 杂化后所形成的杂化轨道的能量不完全相同。例：实验测定，H2O分子有2个H-O键，键角为10445，分子构型为V字型，试说明之。8O：1s22s22p4sp3不等性杂

8、化杂化OHH:.10445V形含有较多2s轨道的成分。含有较多2s轨道的成分。5B：2s22p1正三角形， sp2 等性杂化BCl3：练习题16S：3s23p4V型，sp3不等性杂化H2S：1、指出分子构型和杂化类型。2、下列分子中，C原子与H原子键合时采取sp3-s重叠方式的是A、CH4B、C2H2C、C2H4D、C2H61、理论要点：ABn空间构型取决于A的价电子层中各电子对间的相互作用力中心原子形成键的电子对和孤电子对四、价层电子对互斥理论：例：NH37N： 1s22s22p3价层电子对：5+32=4sp3不等性杂化三角锥形要点：价层电子对数目=中心原子价层电子数+配体共用电子数2根据中

9、心原子的价层电子对数，判断分子的空间构型。P109-表6-5考虑多重键中键的影响。规定、作为配体，卤素和H原子提供一个电子，氧族元素的原子不提供电子。规定、作为中心原子，卤素原子提供7个电子，氧族元素的原子提供6个电子。规定、复杂离子，处理时应考虑离子所带电荷数。规定、计算电子对数时，剩下的1个电子当作一对电子。规定、双键、叁键作一对电子处理。例1试判断SO42-、H2S的空间构型。A 价层电子对：6+22=4正四面体2-B 价层电子对：2+62=4孤对电子数目=2SHH:.V形例2试判断HCHO、HCN的空间构型。A 价层电子对：HCHO一对成键电子一对成键电子双键作1对电子看待共三对，无孤

10、对电子，平面三角形B 价层电子对：HCN一对成键电子叁键作1对电子看待共两对，无孤对电子，直线形 O2分子为什么具有顺磁性？1、理论要点： 分子中的所有电子在整个分子空间内运动，不从属于某个单一的原子。原子轨道：单核系统，A.O.(s，p，d等)分子轨道：多核系统，M.O. (，)五、分子轨道理论： 成键分子轨道和反键分子轨道。+ + -+ E* 原子轨道线性组合应遵循三条原则A 对称性匹配原则组合方式：s-s，s-px, px- px ()py- py , pz- pz ()+-+-+-+-+-+-+-+-+-+对称性匹配H：1sF：1s2s2pE这两个轨道能量相近，能进行组合。B 能量近似

11、原则8O：1s22s22p48O：1s22s22p42S2S*2Px *2Px2Py *2Py2Pz2Pz *1S 1S*C 最大重叠原则概率密度：组合前：a2+ b2组合后：2 =（a+ b）2= a2+ b2+2 ab2 =（a- b）2= a2+ b2 - 2ab 能级与电子排布能级次序由分子光谱实验来确定。电子排布服从三原则。 键级表示键的牢固程度成键轨道上的电子数反键轨道上的电子数2可以是分数2、简单同核双原子分子的分子轨道能级图： E2p-E2s 1500O2、F22s2p不发生相互作用1s1s*2s2s*2px2py=2pz2py*=2pz*2px*1s1s2s2s2p2p2py

12、2pz2px. O2 F2E2p-E2s1500Li2、Be2、B2、C2、N2，2s2p发生相互作用1s1s*2s2s*2py=2pz2px2py*=2pz*例3H2+和He2能否存在？B2又如何？H2+：(1S)1键级=1/2He2：(1S)2(1S *)2键级=0B 2：(1S)2(1S *)2(2S)2 (2S*)2(2Py)1(2Pz)1键级=12、杂化类型： 分析中心原子的最外层电子组态 中心原子处在同一族，其杂化类 型相同小结:1、现代价键理论：电子配对，饱和性和方向性。杂化理论:空间构型。3、VSEPR法:、计算A上的价层电子对数不含孤对电子对称结构含孤对电子不对称结构价层电子

13、对4、分子轨道理论的小结： 电子运动是离域的。 符合三原则的n个原子轨道可以 组合等数目的分子轨道。 根据电子排布的三原则，可得出 分子轨道电子排布式。 键级的大小表示分子中键的强 弱，从而确定分子的稳定性。第三节 分子间的作用力一、分子的极性与极化1、分子的极性：HHHCl 正、负电荷重心重合。正、负电荷重心不重合。BFFFOHH非极性分子极性分子偶极矩：=qdd+q-q键的极性与分子的极性有什么联系？2、分子的极化（ 0）( +)永久偶极诱导偶极- +- +ClH -ClH- +- +- +- +分子间的互相作用也可增加分子的偶极。二、van der Waals力：分子间存在的作用力，只有

14、化学键能的1/101/1001、取向力取向力永久偶极的取向而产生的分子间吸引力。- +- +- +- +存在于极性分子之间。2、 诱导力- +相当于外电场(1+)(2+)102 0()(2)1=02 0- +- +- +- +- +- +诱导力存在于什么分子之间？3、色散力+ -+ - +- +瞬间偶极分子正负电荷重心发生瞬间相对位移。色散力瞬间偶极间的相互作用力。色散力存在于什么分子之间？例：F2、 Cl2、 Br2、 I2熔沸点顺序？ 总结：不同极性的分子之间存在着什么类型的作用力？哪种力是主要因素？对于多数分子，色散力是主要的，诱导力和取向力都较小。这是因为在大量分子的聚集体中，由于热运

15、动，分子的永久偶极和诱导偶极的方向是絮乱的，其作用力抵消和很多。分子的瞬间偶极虽然很小，存在的时间很短，但是不断地重复发生，又不断地相互诱导和吸引，因此不管分子处在什么方向，由瞬间偶极产生的相互作用力总是存在，所以一般来说，分子间以色散力为主。 三、氢键：HF裸露的质子HF氢键HF键能介于共价键和范德华力之间。HFHF具有饱和性和方向性。强弱与这个原子有关？FHF OHO NHN 分子内氢键：水杨酸分子间氢键：H2ONH32 下列分子中偶极矩0的是A. CO2 B. CH4 C. NH3 D. BeCl2O=C=O1、下列分子中极性最小的是 A、LiF B、HCl C、HBr D、HF1、判断

16、下列分子间存在什么作用力？CH4H2OCH3CH2OHH2OCH4CO2诱导力，色散力取向力，诱导力，色散力，氢键色散力第四节 离子极化及晶体结构一、离子极化1、离子极化及变形性阳离子极化作用大，阴离子变形性大。问题1：离子的半径、电荷及电子层结构对离子的极化作用有何影响？问题2：离子的半径、电荷及电子层结构对离子的变形性有何影响？2、离子极化对键型及化合物性质的影响、AgX的溶解性键型的影响：、离子型化合物的熔（沸）点共价型化合物的熔（沸）点，为什么？、离子极化与化合物的颜色。二、晶体结构简介：1、晶体的定义：物质是由原子、分子或离子组成的。当这些微观粒子在三维空间按一定的规则进行排列，形成空间点阵结构时，就形成了晶体（crysta