分子空间构型与物质性质

关于分子空间构型与物质性质第1页，共39页，2023年，2月20日，星期三109°28’第2页，共39页，2023年，2月20日，星期三杂化轨道理论

—解释分子的立体构型杂化轨道的概念在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量相近的原子轨道间通过相互的混杂后，形成相同数量的几个能量与形状都相同的新轨道。※杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳孤对电子剩余的p轨道可以形成π键第3页，共39页，2023年，2月20日，星期三杂化轨道理论sp3第4页，共39页，2023年，2月20日，星期三第5页，共39页，2023年，2月20日，星期三sp3杂化轨道一个s轨道与三个p轨道“混合”起来，形成能量相等、成分相同的4个sp3杂化轨道，它们的空间取向是四面体结构，相互的键角θ=109.5º。2s2p2s2psp3杂化轨道如CH4,CCl4：C的电子构型:1s22s22p2激发杂化

NH4+、金刚石中的C原子、晶体硅和二氧化硅中的硅原子均采用sp3杂化轨道形成共价键第6页，共39页，2023年，2月20日，星期三两个碳原子上都有一个与σ骨架平面垂直的未杂化的p轨道，它们互相平行，彼此肩并肩重叠形成π键：sp2杂化轨道如CH2=CH2：C的电子构型:1s22s22p22s2p2s2psp2杂化轨道激发杂化第7页，共39页，2023年，2月20日，星期三sp2杂化轨道一个s轨道与两个p轨道杂化，得三个sp2杂化轨道，三个杂化轨道在空间分布是在同一平面上，互成120º。如BF3：B的电子构型:1s22s22p12s2p2s2psp2杂化轨道激发杂化在F原子与硼原子之间形成了3个等价的σ键：

第8页，共39页，2023年，2月20日，星期三BCl3中的B原子、NO3-中的N原子、CO32-、HCHO以及苯分子和平面石墨中的C原子都是sp2杂化。

sp2杂化轨道石墨、苯中碳原子的sp2杂化第9页，共39页，2023年，2月20日，星期三

sp杂化轨道

碳原子在形成乙炔（C2H2）时发生sp杂化，两个碳原子以sp杂化轨道与氢原子结合。两个碳原子的未杂化2p轨道分别在Y轴和Z轴方向重叠形成π键。所以乙炔分子中碳原子间以叁键相结合。乙炔第10页，共39页，2023年，2月20日，星期三sp杂化轨道一个s轨道与一个p轨道杂化后，得两个sp杂化轨道，杂化轨道的空间取向为直线型，夹角为180º

。如BeCl2、BeF2：Be的电子构型:1s22s22s2p2s2psp激发杂化2p第11页，共39页，2023年，2月20日，星期三CO2sp杂化轨道如CO2：C的电子构型:1s22s22p22s2p2s2psp杂化轨道激发杂化第12页，共39页，2023年，2月20日，星期三杂化类型spsp2sp3参与杂化的原子轨道1s+1p1s+2p1s+3p杂化轨道数2个sp杂化轨道3个sp2杂化轨道4个sp3杂化轨道杂化轨道间夹角180ْ120ْ109ْ28’空

间

构

型直线正三角形正四面体实

例BeCl2,

C2H2BF3

,C2H4CH4

,CCl4杂化轨道的类型第13页，共39页，2023年，2月20日，星期三

与中心原子键合的是同一种原子，分子呈高度对称的正四面体构型，其中的4个sp3杂化轨道自然没有差别，这种杂化类型叫做等性杂化。

中心原子的4个sp3杂化轨道用于构建不同的σ轨道，如H2O的中心原子的4个杂化轨道分别用于σ键和孤对电子对，这样的4个杂化轨道显然有差别，叫做不等性杂化。等性杂化和不等性sp3杂化第14页，共39页，2023年，2月20日，星期三不等性sp3杂化第15页，共39页，2023年，2月20日，星期三常见杂化轨道及其几何构型

①sp3杂化——正四面体②sp2杂化——平面三角形③sp杂化——直线型CH4、CCl4、NH4+、SiF4、SiCl4等BF3、BCl3、SO3、乙烯、苯、石墨等，SO2（V型）BeCl2、乙炔、CO2、CS2等不等性sp3杂化H2O（V型）、NH3（三角锥型）、PCl3第16页，共39页，2023年，2月20日，星期三小结：杂化轨道的类型与分子的空间构型

中心原子Be(ⅡA)B(ⅢA)

C,Si(ⅣA)

N,P(ⅤA)

O,S(ⅥA)

Hg(ⅡB)直线形三角形四面体三角锥V型

杂化轨道类型SPSP2SP3不等性SP3s+ps+(3)ps+(2)ps+(3)p参加杂化的轨道2443杂化轨道数成键轨道夹角分子空间构型实例第17页，共39页，2023年，2月20日，星期三等电子原理原子数相同、价电子数（指全部电子总数或价电子总数）相同的分子或离子，互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。互为“等电子体”应满足的条件1、在微粒的组成上，微粒所含原子数目相同2、在微粒的构成上，微粒所含的电子数相等（指全部电子总数或价电子总数）第18页，共39页，2023年，2月20日，星期三（1）2原子10价电子（2）2原子11价电子几组常见的等电子体及特征如：N2、CO、C22-、CN-——直线型如：NO、O2+、——直线型（3）3原子16价电子如：CO2、BeCl2、N2O、NO2+、N3-——直线型（4）3原子18价电子如：NO2-、SO2、O3

——V型或角型（5）3原子24价电子如：NO3-、BF3、CO32-、SO3——平面正三角形（6）5原子32价电子如：SiF4、CCl4、SO42-、PO43-——正四面体（7）(BN)n晶体和碳单质具有类似结构。B3N3H6与C6H6是等电子分子。第19页，共39页，2023年，2月20日，星期三空间构型与价层电子对数目n的关系如下图所示：n=23456直线形平面三角形正四面体三角双锥体正八面体sp3sp2spdsp3d2sp3价层电子对互斥理论第20页，共39页，2023年，2月20日，星期三利用价电子互斥理论推断微粒的空间构型的具体步骤：

①确定中心原子A价层电子对数目n。对于ABm型分子（A为中心原子；B为配位原子）分子中心原子的价电子对数计算如下注：配位原子中卤素原子、氢原子提供1个电子，氧原子和硫原子按不提供价电子计算第21页，共39页，2023年，2月20日，星期三如何确定分子的空间构型1、计算中心原子的价层电子对数2、确定价层电子对的空间构型3、分子空间构型的确定2－直线型3－平面正三角形4－正四面体5－三角双锥体6－正八面体a、若价层电子对全部成键，则分子构型=价层电子对构型b、若价层电子对有孤对电子，则分子构型≠价层电子对构型第22页，共39页，2023年，2月20日，星期三常见分子的空间构型第23页，共39页，2023年，2月20日，星期三常见分子的构型及其分子的极性类型实例结构键的极性分子极性A2型：H2N2非极性键均为直线型双原子分子非极性分子非极性分子单原子分子NeAr第24页，共39页，2023年，2月20日，星期三AB型HFNO极性键均为直线型类型实例结构键的极性分子极性双原子分子极性分子第25页，共39页，2023年，2月20日，星期三类型实例结构键的极性分子极性AB2型CO2(CS2)极性键极性键非极性分子极性分子直线型角型三原子分子H2OH2SSO2第26页，共39页，2023年，2月20日，星期三类型实例结构键的极性分子极性AB3型BF3BCl3NH3PH3PCl3极性键平面三角形极性分子极性键三角锥形非极性分子四原子分子第27页，共39页，2023年，2月20日，星期三类型实例结构键的极性分子极性AB4型CH4CCl4正四面体非极性分子极性键五原子分子第28页，共39页，2023年，2月20日，星期三ⅣA族ⅤA族ⅥA族ⅦA族RH4RH3H2RHR非极性分子极性分子极性分子极性分子第29页，共39页，2023年，2月20日，星期三手性分子

如果一对分子，其组成和原子的排列方式完全相同，但如同左手和右手互为镜像，在三维空间里不能重叠，这对分子称为手性异构体，有手性异构体的分子称为手性分子。连接四个不同的原子或基团的碳原子称为

——手性碳原子第30页，共39页，2023年，2月20日，星期三2─丁醇α=(+)13.52°α=(-)13.52°它们之间的关系相当于左手和右手或物体和镜象.这对物质不能重合，是一对异构体，互为对映，因此称为对映异构体。如果物质具有这种性质被称为手性。两个对映异构体性质差别很小,但是葡萄糖只有右旋体才能在动物体内代谢。麻黄素只有左旋体才有药效。手性分子第31页，共39页，2023年，2月20日，星期三手性分子思考：具有手性碳原子的最简单烷烃？C7H16例：第32页，共39页，2023年，2月20日，星期三实验证实，硫酸铜无论其是水溶液还是晶体，天蓝色都是四水合铜离子[Cu(H2O)4]2+产生的颜色。向硫酸铜溶液滴加过量氨水，得到深蓝色的透明溶液，若蒸发结晶，可以得到深蓝色的硫酸四氨合铜晶体。无论在氨水溶液里还是在晶体里，深蓝色都是四氨合铜离子[Cu(NH3)4]2+产生的颜色。取少量硫酸四氨合铜晶体用水溶解后滴加过量浓盐酸，得到黄色透明溶液，分析证实，其中存在四氯合铜酸根离子[CuCl4]2-。并能在晶体里存在。我们把像[Cu(H2O)4]2+、[Cu(NH3)4]2+、[CuCl4]2-这样的由金属原子与中性分子或者阴离子结合形成的复杂离子叫做配离子(络离子)，其中的金属原子是配离子形成体或中心原子，其中的H2O、NH3、Cl-等叫做配体。

配合物第33页，共39页，2023年，2月20日，星期三配合物是通过配位键结合而成的化合物。配合物不一定是离子，也可以是中性分子。配合物基本概念1.配位化合物的定义

配位化合物是由具有接受孤对电子的空轨道的原子或离子（中心原子）和可以提供孤对电子的离子或分子（配位体）按一定的组成和空间构型所形成的化合物。第34页，共39页，2023年，2月20日，星期三中心原子或离子金属原子、离子（特别是过渡金属离子，特别是铁系、铂系、第IB、IIB族元素）配位体是含有孤电子对的分子或离子。如：NH3、H2O、CN－、OH－、F－、Cl－

其中直接和中心原子配位的原子称为配位原子，如：N、O、C、F、Cl、S等。配位数

与中心原子配位的原子数目称为该中心原子的配位数。一般为2、4、6、8等。2.配合物的组成第35页，共39页，2023年，2月20日，星期三2.配合物的组成第36页，共39页，2023年，2月20日，星期三[Ag(NH3)2]

+

[Zn(NH3)4]2+

[Ni(CN)4]2-

[AlF6]3-sp杂化

sp3杂化dsp2杂化sp3d2杂化4.配合物的空间