原子结构和分子结构

原子结构和分子结构第1页，共121页，2023年，2月20日，星期四教学要求

掌握核外电子运动的特殊性——波粒二象性掌握波函数、原子轨道、电子云的概念及意义掌握描述核外电子运动特征的四个量子数掌握原子轨道的角度分布图熟悉多电子原子原子轨道近似能级图掌握多电子原子核外电子排布规律及电子排布式掌握共价键的本质、特征和类型掌握现代价键理论、杂化轨道理论掌握氢键的形成、特征和类型第2页，共121页，2023年，2月20日，星期四原子结构的认识史古代哲学思想公元前四百年，古希腊卓越的唯物论者德谟克利特提出万物由“原子”产生。“原子”即不可分之意第3页，共121页，2023年，2月20日，星期四1741年，俄国的罗蒙诺索夫曾提出物质构造的粒子学说，但由于缺乏实验基础，未曾受到重视。

十八世纪末，欧洲进入资本主义的上升时期，生产的迅速发展推动了科学的进展。出现了较精密的天平，化学科学从定性研究进入定量研究。第4页，共121页，2023年，2月20日，星期四1.质量守恒定律1756年，罗蒙诺索夫2.定组成定律1779年，法国，普劳斯特：一种纯净的化合物不论来源如何，各组分元素的质量都有一定的比例。3.倍比定律1803年，英国中学教师道尔顿发现：当甲、乙两种元素互相化合生成两种以上化合物时，则在这些化合物中，与同一质量的甲元素化合的乙元素的质量互成简单的整数比。第5页，共121页，2023年，2月20日，星期四

十九世纪初（1808年），道尔顿在继承了古希腊的原子论的基础上，提出了他的原子学说：1.物质是由原子构成，原子不可分割，不能自生自灭2.同种元素的原子在质量、形状上、性质上完全一致，不同种类的原子则不同。3.每一种物质均由它自己的原子组成。单质由简单原子组成，化合物由复杂原子组成。而复杂原子又是由为数不多的简单原子所组成。复杂原子的质量又是组成它的简单原子的质量之和。第6页，共121页，2023年，2月20日，星期四1811年，意大利化学家阿佛加德罗引入“分子”的概念。认为原子虽是构成物质的最小微粒，但它并不能单独存在。

恩格斯评价：化学中的新时代是从原子论开始的，近代化学的始祖是道尔顿而非拉瓦锡。

原子分子论的建立，阐明了原子与分子间的联系与差别，使人们在认识物质的深度上产生一个飞跃，澄清了长期以来的混乱。——但它也只是一定历史时期的相对真理。第7页，共121页，2023年，2月20日，星期四电子的发现第8页，共121页，2023年，2月20日，星期四汤姆逊布丁模型，1897年第9页，共121页，2023年，2月20日，星期四α粒子散射实验第10页，共121页，2023年，2月20日，星期四卢瑟福行星模型，1911年

但该模型与经典的电磁理论相矛盾。另外，原子光谱也是线状光谱（非连续光谱）。第11页，共121页，2023年，2月20日，星期四

按麦克斯韦的电磁理论，绕核运动的电子应不停地连续向外辐射电磁波，得到连续光谱。同时由于电磁波的不断辐射，电子的能量应逐渐减小，终于落于核上。第12页，共121页，2023年，2月20日，星期四第13页，共121页，2023年，2月20日，星期四玻尔理论的基础第一节原子结构能量量子化和光子学说－20世纪初1900年，普朗克（Planck）提出了能量量子化的概念。他认为黑体辐射频率为

的能量是不连续的，只能是h

的整数倍。h称为普朗克常数，6.626×10-34J·s。1905年，爱因斯坦提出了光子学说，圆满地解释了光电效应。——光的波粒二象性。第14页，共121页，2023年，2月20日，星期四

1913年，丹麦物理学家玻尔（Bohr）在牛顿力学的基础上，吸收了量子论和光子学说的思想，建立了玻尔原子模型。(定态同心圆模型)第15页，共121页，2023年，2月20日，星期四玻尔的氢原子模型1.定态假设：核外电子运动有一定的轨道，在此轨道上运动的电子既不放出能量也不吸收能量。称为定态。能量最低的定态称为基态能量高于基态的定态称为激发态第16页，共121页，2023年，2月20日，星期四2.量子化假设：在一定轨道上运动的电子具有一定的角动量和能量，这个角动量和能量只能取某些量子化的条件所决定的数值。n＝1,2,3,4,5‥‥‥，称为量子数第17页，共121页，2023年，2月20日，星期四3.跃迁规则：电子吸收光子就会跃迁到能量较高的激发态，反之，激发态的电子会放出光子，返回基态或能量较低的激发态；电子吸收或放出光子的能量为跃迁前后两个能级的能量之差。但在解释多电子原子时，却遇到了难以解决的因难

成功解释氢原子光谱及类氢离子光谱。误差在千分之一以下。第18页，共121页，2023年，2月20日，星期四

优点：指出原子结构量子化的特性用量子化解释了原子结构和氢光谱的关系

缺点：未能完全摆脱经典物理的束缚无法解释多电子系统和原子光谱的精细结构玻尔理论的优缺点第19页，共121页，2023年，2月20日，星期四对于原子中电子运动的描述，要在新的量子力学出现后，才能得到和实验结果相符合的结果。

相对于量子力学，1900-1925年，称为旧量子论阶段

量子力学的基础是：波粒二象性、测不准原理和薛定谔方程。——核外电子运动状态的现代概念第20页，共121页，2023年，2月20日，星期四量子力学概念1.微观粒子的波粒二象性—物质波1924年，德布罗意

电子等微观粒子与光一样具有波粒二象性三年后，假设由电子衍射实验证实。第21页，共121页，2023年，2月20日，星期四电子衍射实验单个电子穿过晶体投射在屏幕上多个电子穿过晶体投射在屏幕上电子衍射图abcX射线衍射图电子衍射图第22页，共121页，2023年，2月20日，星期四如何理解电子衍射图

统计解释：用弱的电子流使电子一个个地通过晶体光栅或者使某个电子反复通过晶体光栅而到达底片，长时间后，也有相同的衍射图形。说明电子衍射不是电子与电子之间相互作用的结果，是由电子本身运动的规律性所致，是和大量电子的运动统计性规律联系在一起的。所以电子波又称统计波或概率波，也称为物质波。第23页，共121页，2023年，2月20日，星期四2.不确定原理1927，海森堡

无法同时准确测定微观粒子的位置和动量不确定原理Δx为x方向坐标的测不准量（误差）Δpx

为x

方向的动量测不准量（误差）

微观粒子运动无确定的运动轨道，应该用量子力学来描述微观粒子的运动第24页，共121页，2023年，2月20日，星期四3.薛定谔方程—电子波动方程1926年，薛定谔利用德布罗意的物质波的观点，提出了描述微观粒子运动规律的方程，后称为薛定谔方程。该方程的提出标志着量子力学的诞生，它是量子力学的最重要的基本方程。x,y,z:电子的空间坐标；m:电子的质量V:电子的势能;E:电子的总能量

:方程的函数解，称为波函数第25页，共121页，2023年，2月20日，星期四是描述氢原子核外运动状态的数学函数，称为波函数是薛定谔方程的合理解，无明确的物理意义||2表示在空间某处电子出现的概率密度该点周围微单位体积内电子出现的概率薛定谔方程的物理意义量子力学的一个基本方程，提出了波函数

(x,y,z)量子力学用波函数(x,y,z)和其相应的能量来描述电子的运动状态第26页，共121页，2023年，2月20日，星期四电子运动的特征：1.电子具有波粒二象性，它具有质量、能量等粒子特征，又具有波长这样的波的特征。电子的波动性与其运动的统计规律相联系，电子波是概率波；2.电子等微观粒子不能同时测准它的位置和动量，不存在确定的运动轨道。它在核外空间出现体现为概率的大小，有的地方出现的概率小，有的地方出现的概率大4.每一对应一确定的能量值，称为“定态”。电子的能量具有量子化的特征，是不连续的。基态时能量最小，激发态的能量高。3.电子的运动状态可用波函数和其相应的能量来描述。波函数是薛定谔方程的合理解，表示概率密度。第27页，共121页，2023年，2月20日，星期四

量子数是一些不连续的、分立的数值，它的增减只能是1

的整数倍，体现了某些物理量的不连续变化，称为量子化。n、l、m的取值和组合一定时才能合理存在，因此三个合理量子数取值的组合就可以确定一个波函数n、l、m是求解薛定谔方程中的自然体现一般记成：

薛定谔方程的解为系列合理解，每个解都有一定的能量与其对应，同时每个解都要受到三个常数(n,l,m)的规定，即为量子数。一、量子数和氢原子的波函数

量子数第28页，共121页，2023年，2月20日，星期四（一）主量子数(n)主量子数n反映了电子在核外空间出现概率最大的区域离核的远近，这些区域俗称为电子层，是决定核外电子能量的主要因素。取值：非零正整数，即n＝1、2、3、……

n值相同的电子称为同层电子。当n＝1、2、3、4……时，相应用光谱学符号K、L、M、N……来表示对于单电子原子，n是决定其电子能量的唯一因素

第29页，共121页，2023年，2月20日，星期四（二）角量子数(l)

l

决定原子轨道和电子云的形状在多电子原子中配合主量子数n一起决定电子的能量取值：l＝0、1、2、3……(n-1)，共可取n

个值同一电子层中的电子可分为若干个能级(亚层)，l

决定了同一电子层中不同亚层

n,l相同的原子轨道称为简并轨道或等价轨道l012电子亚层spd电子云形状球形双球形花瓣形第30页，共121页，2023年，2月20日，星期四讨论：

l

相同，n不同。n

越大，能量越高。

E1s<E2s<E3s<E4s

E2p<E3p<E4p<E5p……

n

相同，l

不同。l

越大，能量越高。

Ens<Enp<End<Enf第31页，共121页，2023年，2月20日，星期四（三）磁量子数（m）磁量子数m决定原子轨道和电子云在空间的伸展方向与轨道和电子的能量无关取值：取0、±1、±2、±3……±l，共2l+1个数值

s、p、d、f

轨道依次有1、3、5、7种取向

n,l相同，m取值为2l+1，因此有2l+1个简并轨道第32页，共121页，2023年，2月20日，星期四量子数与原子轨道的关系nlm同一电子层轨道数(n2)1001=122004=2210±13009=3210±120±1±2第33页，共121页，2023年，2月20日，星期四（四）自旋角动量量子数（s）表示顺时针和逆时针两种自旋运动取值：+1/2和-1/2

通常也可分别用符号“↑”和“↓”表示同一原子轨道最多只能可容纳自旋方向相反的两个电子，它们具有相同的能力两个运动方向为↑、↑或↓、↓的称为平行自旋两个运动方向为↑、↓的称为反平行自旋第34页，共121页，2023年，2月20日，星期四n,l,m

这三个量子数的组合有一定的规律，并且有与之相对应的波函数n,l,m

由n,l,m

三个量子数的合理组合可以描述出一个原子轨道

由n,l,m,s

四个量子数的合理组合可以描述出原子核外一个电子的运动状态[例]已知基态Na原子的价电子处于最外层3s亚层，试用几个量子数来描述它的运动状态解：3,0,0,+1/2第35页，共121页，2023年，2月20日，星期四讨论：

核外每个电子的运动状态对应于一套量子数

n,l,m,s

各电子层可容纳的轨道总数为：n2s第36页，共121页，2023年，2月20日，星期四轨道运动状态为2pz，可用来描述的量子数为A.n=1,l=0,m=0;B.n=2,l=1,m=0C.n=2,l=2,m=0;D.n=1,l=2,m=1B例题：第37页，共121页，2023年，2月20日，星期四例题：下列各组量子数哪些不合理？

1.n=2,l=1,m=02.n=2,l=0,m=-13.n=2,l=2,m=-14.n=3,l=1,m=15.n=3,l=-2,m=-1

236第38页，共121页，2023年，2月20日，星期四

氢原子的波函数原子轨道与波函数

氢原子薛定谔方程可以精确求解。类氢离子(如He+、Li2+等)的情况与此类似。第39页，共121页，2023年，2月20日，星期四波函数的有关图形表示

氢原子波函数n,l,m(r,,)可分为两部分

n,l,m(r,,)=Rn,l(r)·Yl,m(,)

Rn,l(r)是由

n

和l确定的、只与半径r

有关的函数，称为径向波函数

Yl,m(,)是由l

和m

确定的、与方位角

,有关的函数，称为角度波函数第40页，共121页，2023年，2月20日，星期四轨道n,l,m(r,,)Rn,l(r)Yl,m(,)能量/J1s-2.18×10-182s

-2.18×10-18/222pz-2.18×10-18/222px-2.18×10-18/222py-2.18×10-18/22表氢原子的一些波函数及能量第41页，共121页，2023年，2月20日，星期四二、氢原子轨道的角度分布图

将原子轨道角度波函数Y(,)随角度(,)的变化作图即得原子轨道的角度分布图第42页，共121页，2023年，2月20日，星期四+s轨道角度分布图第43页，共121页，2023年，2月20日，星期四+-++--pxpypzp轨道角度分布图第44页，共121页，2023年，2月20日，星期四d轨道角度分布图++++++++++----------第45页，共121页，2023年，2月20日，星期四讨论：Yl,m(,）仅与方位角有关，与距离核远近r关

—不论n为何值，只要l,m相同，Yl,m(,

)的图形都是一样的

剖面图

关于“+/-”的说明来自于计算中角度的取值不同，不反映电荷或者轨道方向的正负反映了电子的波动性第46页，共121页，2023年，2月20日，星期四三、电子云和概率密度概率密度与电子云电子云：将空间各处电子出现概率密度||2的大小用疏密程度不同的黑点表示

是概率密度的形象化描述

离核越近，电子云越密集，电子出现的概率密度愈大。

离核越远，电子云越稀疏，电子出现的概率密度愈小。注意:小黑点不代表电子,不代表电子出现的概率第47页，共121页，2023年，2月20日，星期四四、原子的电子构型

求解多电子原子时薛定谔方程有困难，只能作近似处理。近似解与氢原子精确解相似之处在于：每个电子都有其自己的波函数i，具体形式也取决于三个量子数n，l，m，并有其相应能量电子在每层中可能占据的轨道数与氢原子的数目相等n2

原子轨道角度分布图与氢相类似，电子云形状也相似

多电子原子的能级第48页，共121页，2023年，2月20日，星期四（一）多电子原子轨道的能级图鲍林近似能级图（电子填充顺序图）能量与周期1s;2s2p;3s3p;4s3d4p;5s4d5p

1s2s2p3s3p3d4s4p5s5p4d6s6p5d4f第49页，共121页，2023年，2月20日，星期四徐光宪规则

能级组n+0.7l

组内电子数

Ⅰ1s1.0

2

Ⅱ2s2p

2.02.7

8Ⅲ3s3p

3.03.7

8Ⅳ4s3d4p

4.04.44.7

18Ⅴ5s4d5p

5.05.45.7

18Ⅵ6s4f5d6p

6.06.16.46.7

32

能级组升高（n+0.7l）值整数部分相同的能级为同一能级组（n+0.7l）值愈大，轨道能级愈高第50页，共121页，2023年，2月20日，星期四（二）原子核外电子的排布规律

能量最低原理泡利不相容原理洪特规则及其补充规则第51页，共121页，2023年，2月20日，星期四

能量最低原理

当多电子原子处于基态时，核外电子的填充按照Pauling能级图的次序优先分布在能量最低的轨道。然后，依次填入能量较高的轨道，以使整个原子系统能量最低、最稳定第52页，共121页，2023年，2月20日，星期四

泡利不相容原理

在同一原子中不会出现运动状态（4个量子数）完全相同的两个电子同一原子轨道中最多只能容纳两个自旋方向相反的电子第53页，共121页，2023年，2月20日，星期四

洪特规则

电子在能级相同的原子轨道（等价轨道或简并轨道）上分布时，总是尽可能以自旋平行的方式分占不同的轨道

补充规则：等价轨道处于全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)或全空(p0、d0、f0)的状态是能量较低的稳定状态第54页，共121页，2023年，2月20日，星期四错误

欲使2个相同自旋方向分占轨道的电子占据同一轨道，必须改变其中一个电子的自旋方向并吸收一定的电子成对能，克服电子之间的斥力，原子的能量就会升高而不稳定。第55页，共121页，2023年，2月20日，星期四例

7N1s2s2p写作N:1s22s22p3电子排布式电子组态原子轨道方框图第56页，共121页，2023年，2月20日，星期四原子核外电子排布式电子排布式即电子组态

仅表现电子层结构而不表示填充顺序原子芯(atomickernel)：内层已填充满至稀有气体元素电子层结构的部分，用稀有气体元素符号加方括号表示。(1)排布顺序与书写:按能级高低顺序由低到高

排布.例如:27号Co:书写时改为:1s22s22p63s23p63d74s2也可书写为:[Ar]3d74s218Ar的电子排布式为:1s22s22p63s23p61s222s22p63s23p63d74s填充顺序电子层结构[Ar][He][Ne]等等其中[Ar]表示Co的原子芯。第57页，共121页，2023年，2月20日，星期四例题：请写出24Cr的原子核外电子排布式1s22s22p63s23p63d54s1[Ar]3d54s1

第58页，共121页，2023年，2月20日，星期四分别写出Fe、Fe2+、Fe3+的电子排布式Fe：1s22s22p63s23p63d64s2

或者[Ar]3d64s2Fe2+：1s22s22p63s23p63d6

或者[Ar]3d6Fe3+：1s22s22p63s23p63d5

或者[Ar]3d5

原子失电子顺序并不是填充电子顺序的逆方向，而是先失去最外层电子例题：第59页，共121页，2023年，2月20日，星期四

分子结构通常包括：⑴分子的化学组成，⑵分子中各个原子相连接的顺序和空间排布，即分子的构型问题，⑶分子中原子之间的作用力，即化学键问题。

早期研究主要集中在分子的化学组成方面，但现代原子结构理论建立后，分子结构的研究已深入到化学键的本质的探索中。第二节分子结构第60页，共121页，2023年，2月20日，星期四分子间作用力(intermolecularforce)[定义]分子之间弱的相互作用力。

[包括]范德华力和氢键等。

化学键：分子或晶体中相邻两个或多个原子之间强烈的相互作用。离子键：阴阳离子间通过静电作用形成的化学键。共价键：原子间通过共用电子对形成的化学键。金属键：金属晶体内部自由电子与金属离子之间。第61页，共121页，2023年，2月20日，星期四1916年美国化学家Lewis提出经典的共价键电子理论。该理论认为两个或多个原子可以相互“共有”一对或多对电子，以便达到稀有气体原子最外层2个或8电子层结构（或称为Lewis结构），而生成稳定的分子。H·+·H→H∶H或H－H

成功之处：初步揭示了共价键与离子键的本质区别，能解释共价键的饱和性一、经典价键理论第62页，共121页，2023年，2月20日，星期四经典理论的缺陷：为何电子同性排斥而却可以配对成键？为何有方向性？为何多于或少于8电子的结构依然存在？第63页，共121页，2023年，2月20日，星期四直到量子力学建立后，共价键的理论才开始发展。

1927年德国化学家海特勒（W.Heitler）和伦敦（F.London）把氢分子看成是两个核和两个电子组成的系统，用量子力学近似求解其薛定谔方程。第64页，共121页，2023年，2月20日，星期四二、氢分子的形成和共价键的本质两个氢原子接近时系统势能变化曲线

两个含自旋方向相反电子的氢原子形成基态氢分子

两个含自旋方向相同电子的氢原子不能形成稳定的氢分子，氢原子处于排斥态第65页，共121页，2023年，2月20日，星期四氢分子基态——ψ1s重叠的结果电子云原子轨道第66页，共121页，2023年，2月20日，星期四三、现代价键理论要点（一）共价键的形成:前提条件一是原子在化合前有单电子；

自旋相反的单电子所处的两原子轨道重叠、单电子两两配对，使电子云密集于两核之间，系统能量降低，形成稳定的共价键。二是成键单电子的自旋方向相反。第67页，共121页，2023年，2月20日，星期四（二）共价键的饱和性和方向性(1)

饱和性:两原子自旋相反的单电子配对之后，不能再与第三个原子的单电子配对成键元素符号BeNOF原子最外层电子构型未成对电子数分子中共价键数分子式03210321第68页，共121页，2023年，2月20日，星期四(2)方向性

原子轨道最大重叠原理：

成键时，两原子轨道重叠愈多，两核间电子云愈密集，形成的共价键愈牢固。

方向性：

共价键的形成将尽可能沿着原子轨道最大程度重叠的方向进行。第69页，共121页，2023年，2月20日，星期四共价键方向性示意图(c)无效重叠(b)无效重叠(a)有效重叠+1s-+3pxxya+1s-+3pxxyb+1s-+3pxxyc第70页，共121页，2023年，2月20日，星期四四、共价键的类型键(pibond):是两个原子的原子轨道(py-py和pz-pz)沿键轴x方向以“肩并肩”的方式重叠形成的共价键。按原子轨道重叠方式不同共价键分为键(sigmabond):两个原子的原子轨道(s-s、px-s、px-px)沿着键轴x方向以“头碰头”的方式重叠形成的共价键。第71页，共121页，2023年，2月20日，星期四键键++++++----+++++--+-第72页，共121页，2023年，2月20日，星期四小结共价键类型形成方式重叠部分对称性质重叠程度稳定性存在形式常见成键轨道成键分子举例头碰头肩并肩沿键轴呈圆柱形对称沿键轴呈镜面反对称大小稳定，不易断裂稳定性小，易断裂可单独存在，分子的骨架不能单独存在，只能与σ

键共存于双键或叁键中s-s,s-p,px-pxpy-py,pz-pzH-H,H-Cl,Cl-ClN2中两个π

键σ

键π

键第73页，共121页，2023年，2月20日，星期四特殊的共价键—配位键

成键原子中一个原子提供孤对电子，另一个原子提供空轨道形成CO第74页，共121页，2023年，2月20日，星期四配位键的特点

形成过程特别，但是形成后与普通共价键无区别NH4+第75页，共121页，2023年，2月20日，星期四五、共价键参数

键能：从能量因素来衡量共价键强度的物理量键能越大，键越稳定

键长：分子中两成键原子的核间平衡距离键长越短，键越稳定

键角：分子中同一原子形成的两个化学键间的夹角反映分子空间构型的一个重要参数第76页，共121页，2023年，2月20日，星期四

键的极性和分子的极性

键的极性主要由成键原子的电负性不同而引起

非极性共价键：成键原子的电负性相同，两个原子核的正电荷重心和成键电子对的负电荷重心恰好重合

极性共价键：成键原子的电负性不同，电负性大的原子带部分负电荷，电负性的原子带部分正电荷，键的正电荷重心和负电荷重心不重合由同一元素原子形成由不同元素原子形成一般来说，成键原子间电负性相差越大，键的极性越强第77页，共121页，2023年，2月20日，星期四一、共价分子的极性和极化（一）极性分子与非极性分子分子是显电中性的，但从分子内部电荷的分布看，可认为正负电荷各集中于一点，叫电荷重心非极性分子(non-polarmolecule)：正、负电荷重心重合H2、O2、CO2、CH4极性分子(polarmolecule)：正、负电荷重心不重合HCl、HF、SO2、NH3第78页，共121页，2023年，2月20日，星期四共价分子极性的判断双原子分子多原子分子极性共价键—极性分子非极性共价键—非极性分子H2、Cl2、O2

示例HCl、HF极性共价键非极性共价键—非极性分子S8对称—非极性分子(分子构型)CO2、CH4、BF3H2O、CHCl3、NH3不对称—极性分子第79页，共121页，2023年，2月20日，星期四六、杂化轨道理论第80页，共121页，2023年，2月20日，星期四（一）杂化轨道理论要点1

杂化(hybridization)：形成分子时，因原子之间相互影响，同一原子内能量相近的不同类型的n个价原子轨道混合重组，重新分配能量和确定空间方向，产生n个新的原子轨道。这一过程称为杂化。

杂化轨道(hybridorbital)：杂化形成的新原子轨道称为杂化轨道。第81页，共121页，2023年，2月20日，星期四杂化轨道理论要点2

杂化轨道波函数的角度部分一端肥大而电子云密度增大，更有利于原子轨道间的最大程度地重叠，比未杂化轨道的成键能力强原子在形成化学键的时候总是尽可能的以杂化轨道的形式成键s轨道成分越多，成键能力越强第82页，共121页，2023年，2月20日，星期四杂化轨道理论要点3

杂化轨道之间力图在空间取最大角度分布，使相互间的排斥能最小。形成的共价键稳定，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有不同的空间构型第83页，共121页，2023年，2月20日，星期四常见的杂化类型有

s+p(sp、sp2、sp3)

s+p+d(d2sp3

、sp3d2、dsp2、dsp3、sp3d)

非过渡元素，ns、np轨道能级比较接近，往往采用sp型杂化

过渡元素，(n-1)d、

ns、np或者ns、np、nd轨道能级比较接近，往往采取dsp和spd型杂化第84页，共121页，2023年，2月20日，星期四杂化轨道类型杂化类型参与杂化的原子轨道杂化轨道数杂化轨道间夹角空间构型实例1个ns和1个np轨道间的杂化spsp2sp31个ns和3个np轨道间的杂化1个ns和2个np轨道间的杂化2个sp杂化轨道3个sp2杂化轨道4个sp3

杂化轨道180°109°28′120°直线形平面正三角形正四面体BeCl2、C2H2BF3、C2H4CCl4

、CH4第85页，共121页，2023年，2月20日，星期四（二）原子轨道杂化类型及实例sp杂化

2个sp杂化轨道间的夹角为180°，当两个sp杂化轨道与其它原子成键后，就形成直线形分子。

每个sp杂化轨道均含1/2s和1/2p轨道成分。+1个ns1个np2个sp杂化轨道sp杂化第86页，共121页，2023年，2月20日，星期四实例Be:BeClCl（直线形）激发2s2psp杂化sp2p试说明BeCl2分子的空间构型。2s2p第87页，共121页，2023年，2月20日，星期四实例C2H2第88页，共121页，2023年，2月20日，星期四BeH2第89页，共121页，2023年，2月20日，星期四sp2杂化3个sp2杂化轨道间的夹角为120°，分别与其他3个相同原子成键后，就形成正三角形分子

每个sp2杂化轨道均含1/3s和2/3p

轨道成分+1个ns2个np3个sp2杂化轨道sp2杂化第90页，共121页，2023年，2月20日，星期四实例BF3:BFFF(平面三角形)B:2s2p激发2s2psp2杂化sp22p第91页，共121页，2023年，2月20日，星期四实例BCl3第92页，共121页，2023年，2月20日，星期四实例CH2=CH2C:第93页，共121页，2023年，2月20日，星期四CH2=CH2第94页，共121页，2023年，2月20日，星期四sp3杂化4个sp3杂化轨道间的夹角为109

º

28’

，当4个sp3杂化轨道与4个相同原子的轨道重叠成键后，就形成正四面体构型的分子。

每个sp杂化轨道均含1/4s和3/4p轨道成分。+1个ns3个np4个sp3杂化轨道sp3杂化第95页，共121页，2023年，2月20日，星期四实例C：2s2p激发2s2psp3杂化sp3CH4第96页，共121页，2023年，2月20日，星期四C第97页，共121页，2023年，2月20日，星期四等性杂化和不等性杂化

按杂化后所形成的几个杂化轨道所含成分比例及能量是否相同等性杂化(equivalenthybridization):完全相同

参与杂化的轨道均含有单电子或均是空轨道。

例如CH4是sp3等性杂化。有孤对电子占据的原子轨道参与杂化。

例如NH3、H2O是sp3不等性杂化。不等性杂化(nonequivalenthybridization):不完全相同第98页，共121页，2023年，2月20日，星期四NH3:N:NHHH∠HNH=107º18'sp3杂化不等性2s2psp3三角锥形第99页，共121页，2023年，2月20日，星期四H2O:O:OHH∠HOH=104º30'V字形sp3杂化不等性2s2psp3不等性激发不是杂化的前提不经过激发过程杂化依然可以进行第100页，共121页，2023年，2月20日，星期四图第101页，共121页，2023年，2月20日，星期四小结杂化类型spsp2sp3(等性)sp3(不等性)参与杂化的原子轨道1个s+1个p1个s+2个p1个s+3个p1个s+3个p杂化轨道数2个sp3个sp24个sp34个sp3(含1或2对孤对电子)杂化轨道夹角θ180°120°109.5°90°＜θ＜109.5°分子构型直线形平面三角形正四面体三角锥,V形实例BeCl2,

C2H2BF3,C2H4CH4,CCl4NH3,H2O第102页，共121页，2023年，2月20日，星期四例题试说COCl2分子中的成键情况。C:sp2杂化C-Cl:C-O:第103页，共121页，2023年，2月20日，星期四第三节氢键

广义讲，分子间作用力是除共价键、离子键和金属键以外的分子间和基团间相互作用力的总称范德华力(vanderWaalsforce)和氢键(hydrogenbond)第104页，共121页，2023年，2月20日，星期四

范德华力的作用决定物质的熔点、沸点等物理性质的主要因素之一F2Cl2Br2I2小大小大低高低高摩尔质量范德华力沸点熔点第105页，共121页，2023年，2月20日，星期四氢化物沸点变化规律第106页，共121页，2023年，2月20日，星期四氢化物沸点(℃)氢化物沸点(℃)HF+20H2O+100HCl-84H2S-60.75HBr-67H2Se-41.5HI-35H2Te-1.3第107页，共121页，2023年，2月20日，星期四一、氢键的形成和本质

当H原子与电负性高、半径小的X原子以极性共价键结合后，由于X原子吸引电子能力大，使H原子显示较强正电荷场，在与另一个电负性较强且有孤对电子的Y原子接触时，又能