共价键和分子的空间总体构型

1、共价键和分子的空间总体构型C2H2CH2OCOCl2NH3P4CH4CH3CH2OHCH3COOHC6H6C8H8CH3OH碳原子:甲烷的4个C H单键都应该是键，然而，碳原子的4个价层原子轨道是3个相互垂直的2p轨道和1个球形的2s轨道，用它们跟4个氢原子的1s原子轨道重叠，不可能得到四面体构型的甲烷分子。？为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论基本要点：在形成分子时，由于原子的相互影响，若干不同类型能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成一组新轨道。这种轨道重新组合的过程叫做原子轨道的杂化，所形成的新轨道就称为杂化轨道。杂化前后轨道数目不变。杂化后轨道伸展方向，形状发生改变。杂化轨道146

2、 由1个s轨道和3个p轨道混杂并重新组合成4个能量与形状完全相同的轨道。 由于每个轨道中都含有1/4的s轨道成分和3/4的p轨道成分，因此我们把这种轨道称之为 sp3杂化轨道。 为了四个杂化轨道在空间尽可能远离，使轨道间的排斥最小，4个杂化轨道的伸展方向分别指向正四面体的四个顶点。 四个H原子分别以4个s轨道与C原子上的四个sp3杂化轨道相互重叠后，就形成了四个性质、能量和键角都完全相同的S-SP3键，形成一个正四面体构型的分子。 109.5sp型的三种杂化sp2杂化轨道 乙烯中的在轨道杂化时，有一个轨道未参与杂化，只是的s与两个p轨道发生杂化，形成三个相同的sp2杂化轨道，三个sp2杂化轨道

3、分别指向平面三角形的三个顶点。未杂化p轨道垂直于sp2杂化轨道所在平面。杂化轨道间夹角为120。乙烯分子中键的形成sp杂化轨道 两个碳原子的sp杂化轨道沿各自对称轴形成sp-sp 键，另两个sp杂化轨道分别与两个氢原子的1s轨道重叠形成两个sp-s键，两个py轨道和两个pz轨道分别从侧面相互重叠，形成两个相互垂直的P-P键，形成乙炔分子。 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

4、 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。NH3 的空间构型 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

5、的空间构型为角型。 的空间构型杂化轨道理论解释苯分子的结构：C为SP2杂化所有原子（12个）处于同一平面分子中6个碳原子未杂化的2P轨道上的未成对电子重叠结果形成了一个闭合的、环状的大键形成的电子云像两个连续的面包圈，一个位于平面上面，一个位于平面下面，经能量计算，这是一个很稳定的体系。 C-C (sp2-sp2 ) ; C-H (sp2-s )大 键 C6H6C6H6的大键（离域键）0 0 0 1 2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。价层电子对互

6、斥理论（VSEPR法）3、确定分子空间构型的简易方法： 利用价层电子对互斥理论预测分子或离子的空间构型的步骤如下： （1）确定中心原子的价层电子对数： 价层电子对数（中心原子的价电子数 配位原子提供的电子数离子电荷数 )/2式中：中心原子的价电子数=主族序数 例如：B：3，C：4，N：5，O：6，X：7，稀有气体：8 配位原子提供的价电子数： H与卤素：1，O与S为0。 当中心原子的价电子数为奇数时要加1 例如：SO42- 价电子对数=(6+0+2)/2=4（2）.根据分子的价电子对数确定分子的空间构型(3)、价层电子对互斥理论的应用实例 在CH4 中，C 有4个电子，4个H 提供4个电子，C

7、 的价层电子总数为8个，价层电子对为4对 。C 的价层电子对的排布为正四面体，由于价层电子对全部是成键电子对，因此 CH4 的空间构型为正四面体。CH4 的空间构型 的空间构型 在 中，Cl 有7个价电子，不提供电子，再加上得到的1个电子，价层电子总数为个，价层电子对为4对。Cl的价层电子对的排布为四面体，四面体的 3 个顶角被3个O占据，余下的一个顶角被孤对电子占据，因此 为三角锥形。 PCl5 的空间构型 在 PCl5 中，P 有5个价电子，5 个Cl分别提供1个电子，中心原子共有5对价层电子对，价层电子对的空间排布方式为三角双锥，由于中心原子的价层电子对全部是成键电子对，因此PCl5 的

8、空间构型为三角双锥形。 利用价层电子对互斥理论，可以预测大多数主族元素的原子所形成的共价化合物分子或离子的空间构型。中心原子的价层电子对的排布和 ABn 型共价分子的构型23平面三角形2 0 AB2直线形HgCl23 0 AB32 1 AB2价层电子对数平面三角形 BF3角形PbCl2布方式 4四面体4 0 AB43 1 AB32 2 AB2正四面体 CH4三角锥形 NH3角形H2O布布方式体5三角双锥50 AB54 1 AB43 2 AB32 3 AB2三角双锥 PCl5变形四面 SF4T形 ClF3直线形布布方式形6八面体60 AB651 AB542 AB4正八面体 SF6四方锥形IF5平

9、面正方4.等电子原理 具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子具有相同的结构特征。 符合等电子原理的分子或离子互为等电子体。等电子原理的某些应用：（1）判断一些简单分子或离子的立体构型：等电子体一般有相同的立体构型。（2）制造新材料方面的应用。等电子体有相似的性质。 根据等电子原理，判断下列各组分子属于等电子体的是（ ） A、H2O、H2S B、HF、NH3 C、CO、CO2 D、NO2、SO2A在短周期元素组成的物质中，与NO2互为等电子体的分子有： 、 。3个原子H HeLi Be B C N O F NeNa Mg Al Si P S Cl ArO3 各原子最外层电子数之和为18SO2

10、课堂练习 写出下列分子的的杂化轨道类型及空间构型 NH3、BeCl2、PCl3、BF3、CS2 H2O、Cl2O 、SiCl4、CH3F、NI31、下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是 ( )ACO2与SO2 BCH4与NH3 CBeCl2与BF3 DC2H2与C2H4B课堂练习2、对SO2与CO2说法正确的是( )A.都是直线形结构B.中心原子都采取sp杂化轨道原子和C原子上都没有孤对电子2为V形结构， CO2为直线形结构D课堂练习1、分子的对称性 对称性普遍存在于自然界。例如五瓣对称的梅花、桃花，六瓣对称的水仙花、雪花（轴对称或中心对称）；建筑物和动物的镜面对称；美术与文学中也存在很

11、多对称的概念。对称的雪花二、分子的空间构型与分子结构建筑艺术中的对称性自然界中的对称性 依据对称轴的旋转或借助对称面的反映能够复原的分子称为对称分子，分子所具有的这种性质称为对称性。 分子对称性与分子的许多性质如极性、旋光性及化学性质都有关2、手性分子左手和右手不能重叠 左右手互为镜像手性异构体和手性分子 概念：如果一对分子，它们的组成和原子的排列方式完全相同，但如同左手和右手一样互为镜像，在三维空间里不能重叠，这对分子互称手性异构体。有手性异构体的分子称为手性分子。 条件：当四个不同的原子或基团连接在碳原子上时，形成的化合物存在手性异构体。其中，连接四个不同的原子或基团的碳原子称为手性碳原子

12、。1下列化合物中含有手性碳原子的是( )2F23CHCOOH3CH2OH D.CHOH CH2OHCH2OHOHB课堂练习A.OHCCHCH2OH B. OHCCHCClC.HOOCCHCCCl D.CH3CHCCH3 HClOHBrOHClHBrBrCH3CH32下列化合物中含有2个“手性”碳原子的是( )B根据电荷分布是否均匀，共价键有极性、非极性之分，以共价键结合的分子是否也有极性、非极性之分呢？分子的极性又是根据什么来判定呢？思考观察.思考 P45非极性分子：电荷分布均匀对称的分子；分子内没正、负两极的分子。3、分子的极性 正电荷重心和负电荷重心相重合的分子ClCl共用电子对ClCl2

13、个Cl原子吸引电子的能力相同，共用电子对不偏向任何一个原子，整个分子的电荷分布均匀，为非极性分子只含有非极性键的分子因为共用电子对无偏向，分子是非极性分子极性分子：电荷分布不均匀不对称的分子；分子内存在正、负两极的分子。 正电荷重心和负电荷重心不相重合的分子HCl共用电子对HClHCl分子中，共用电子对偏向Cl原子，Cl原子一端相对地显负电性，H原子一端相对地显正电性，整个分子的电荷分布不均匀，为极性分子+-以极性键结合的双原子分子为极性分子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(ABm型)取决于分子的空间构型ABm分子极性的判断方法1、化合价法请判

14、断PCl3、CCl4、CS2、SO2分子的极性。若中心原子A的化合价的绝对值等于该元素所在的主族序数，则为非极性分子，若不等则为极性分子；若中心原子有孤对电子(未参与成键的电子对)则为极性分子，若无孤对电子则为非极性分子。ABm分子极性的判断方法1、化合价法 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。180F1F2F合

15、=0OOCHOH10430F1F2F合0O-H键是极性键，共用电子对偏O原子，由于分子是V形构型，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HHHNBF3：NH3：12010718 三角锥型, 不对称，键的极性不能抵消，是极性分子。F1F2F3F平面三角形，对称，键的极性互相抵消（ F合=0） ，是非极性分子。CHHHH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 非 无 直线型 非极性HCl 有 无 直线型 极性H2O 有 0 V形 极性CO2 有 180 直线型 非极性三原子分子四原子分子NH3 有 0 三角锥型 极性BF3 有 120 平面三角形 非极性CH4 有 0 正四面体型 非极性五原子分子的极性分子的空间结构键角决定键的极性决定小结：只含有非极性键的单质分子是非极性分子。 含有极性键的双原子化合物分子都是极性分子。含有极性键的多原子分子，空间结构对称的是非极性分子；空间结构不对称的为极性分子。 小结：巩固练习：1、下列叙述正确的是（ ）：凡是含有