2020高中化学配位化合物的分子轨道理论
配合物-分子轨道理
2 、环多烯配合物
许多环多烯具有离域π键的结构,离域π 许多环多烯具有离域π键的结构,离域π键 可以 作为一个整体和中心金属原子通过多中心π 作为一个整体和中心金属原子通过多中心π 键形成 环丙烯基 环丁二烯 环戊二烯基 苯 配位化合物。平面对称的环多烯有很多, 配位化合物。平面对称的环多烯有很多,下 C4H4 C6H6 图只列 C3H3 C5H5 出其中一些比较常见的环多烯的结构式和电 M M 子数。 子数。 M
M
3 、夹心化合物—二茂铁的结构 夹心化合物—
二茂铁是这类化合物的典型代表。 二茂铁是这类化合物的典型代表。它由二个环 茂二烯游离基夹一个铁原子二形成。分子式为: 茂二烯游离基夹一个铁原子二形成。分子式为: (C5H5)2Fe 它的结构为: 它的结构为:
二茂铁有 个强成健分子轨道e 二茂铁有2个强成健分子轨道e1g和1个弱成键分子 轨道a 个飞键轨道,能量都较低, 轨道a1g,6个飞键轨道,能量都较低,故非常稳 定。
6、4 分子轨道理论
一、要点:用分子轨道理论和方法处理金属离子和 要点: 配体的成键作用: 配体的成键作用: ϕ = c M ϕ M + ∑ c Lϕ L 要满足对称性匹配,轨道最大重叠,能级相近 要满足对称性匹配,轨道最大重叠, 正八面体配合物中的σ 二、正八面体配合物中的σ-配键 对称性匹配线性组合:配位σ轨道能级比中心轨道 对称性匹配线性组合:配位σ 轨道又要表现为配位σ轨道的性质, 低,所以成键 σ轨道又要表现为配位σ轨道的性质,而 反键轨道则可以近似地认为2p金属轨道 金属轨道。 反键轨道则可以近似地认为2p金属轨道。故
E
* eg
− Et2g =
0
分子轨道能级图
三、正八面体配合物中的π配键 正八面体配合物中的π
高中化学 第二章 分子结构与性质 第2节 第2课时 杂化轨道理论与配合物理论简介课件 新人教版选修
【跟踪训练】1.下列关于杂化轨道的叙述中,错误的是 ( ) A.分子中中心原子通过sp3杂化轨道成键时,该分子不一定为正四 面体结构 B.气体单质中(除稀有气体),一定有σ键,可能有π键 C.杂化前后的轨道数不变,但轨道的形状发生了改变 D.sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别一定为109°28′、120°、 180° 【答案】D
实例
AB4
AB3
sp3
正四面 CH4、SiF4、NH+4 、SO24-、 0
体形 PO34-、SiO44-
1
三角锥形 NH3、PCl3、NF3、H3O+
AB2 (或 B2A)
2
V形
H2O、H2S、NH- 2
中心原子杂化轨道类型的五种判断方法 (1)根据杂化轨道的空间构型判断 ①若杂化轨道在空间的分布为正四面体或三角锥形,则中心原子发 生sp3杂化。 ②若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形,则中心原子发生sp2杂 化。 ③若杂化轨道在空间的分布呈直线形,则中心原子发生sp杂化。
三维课标·明晰重难
学习目标
重点难点
1.了解杂化轨道理论的基本内容。
【学习重点】杂化轨
2.能根据有关理论判断简单分子或离子的立体 道理论和配位键。
构型。
3.了解配位键的特点及配合物理论,能说明简 【学习难点】杂化轨
单配合物的成键情况。
道理论。
全优学案·自主预习
知识点 1 杂化轨道理论简介
1.概念 在形成分子时,由于原子的相互影响,若干个不同类型但能量相近 的原子轨道混合起来,重新组合成一组新轨道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。 2.杂化轨道的类型 (1)sp杂化 sp杂化轨道是由一个__s_轨__道___和一个__p__轨__道__组合而成的。sp杂化 轨道间的夹角为__1_8_0_°_,呈直线形。如:BeCl2、CO2。
有机化学基础知识分子轨道理论简介
有机化学基础知识分子轨道理论简介有机化学是研究碳元素以及其化合物的科学,其原理和方法的核心是分子轨道理论。
分子轨道理论是描述和解释分子化学性质的基本原理,其通过研究分子中电子的能级分布和电子运动规律,揭示了分子结构、化学键形成和反应机理等方面的重要信息。
本文将对有机化学中的分子轨道理论进行简要介绍。
一、分子轨道的定义和特点分子轨道是描述分子中电子分布情况的数学函数。
通过将原子轨道进行线性组合,得到了分子轨道的概念。
分子轨道的形成是因为原子中的电子在形成分子时会重新排列,使得其波函数叠加形成新的电子状态。
分子轨道的特点如下:1. 分子轨道覆盖整个分子,而不是单个原子。
2. 分子轨道对应不同的能级,能量最低的为被称为基态分子轨道,其余为激发态分子轨道。
3. 分子轨道可以由两个或多个原子的原子轨道线性组合而成,其线性组合系数可用于描述相应原子轨道的贡献程度。
二、分子轨道理论的基本原理1. 分子轨道理论的基本假设分子轨道理论基于如下假设:- 原子核坐标固定不变,只考虑电子之间的相互作用。
- 分子中的电子是全体电子的平均势能下的粒子,相互之间的作用相同。
2. 分子轨道的形成和组成分子轨道的形成是通过对原子轨道的线性组合得到的。
对于两个原子的分子,分子轨道由两个原子轨道的线性组合形成,即σ轨道和π轨道。
σ轨道是沿着核心成键轴对称的,π轨道则是与核心成键轴垂直的轨道。
3. 轨道能级的填充规则按照泡利不相容原理,每个分子轨道最多容纳两个电子,这两个电子自旋方向相反。
根据轨道能级的次序填充电子,称为洪诺-傅克规则。
三、分子轨道理论在有机化学中的应用1. 分子轨道的能级和键长根据分子轨道理论,分子轨道的能级高低决定着分子的稳定性。
在反应中,电子容易占据能量较低的轨道,从而促进化学键的形成。
此外,分子轨道的能级还可以用来解释分子的键长和键能。
2. 共轭体系的稳定性通过在有机分子中引入共轭结构,可以产生具有稳定性的共轭体系。
第五章_分子轨道理论
轨道进行简单的介绍。
四 、配位化合物中的分子轨道理论
要点:
A、配体原子轨道通过线性组合,构筑与中心原子 轨道对称性匹配的配体群轨道。 B、中心原子轨道与配体群轨道组成分子轨道。
金属与配体间σ分子轨道(d轨道能级分裂)
1.可形成σ分子轨道的中心原子轨道 在八面体配合物MX6中,每个配体可提供一个Pz 轨道用于形成σ分子轨道。
(2)分子轨道由原子轨道线性组合而成的,而且
组成的分子轨道的数目同互相化合原子的原子轨道
的数目相同。 (3)分子中电子的排布遵从原子轨道电子排布三 原则,即能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规 则。
1. 原子轨道线性组合的方式
形成LCAO-MO的三原则:
linear combination of atomic orbital-molecular orbital
分子轨道理论的作用:
1. 可以解释包括羰基配合物、 π 配合物等特殊配合物 在内的配位键的形成;
2. 可以计算出所形成配合物分子轨道能量的高低;
3. 可以定量地解释配合物的某些物理和化学性质;
不足:
计算分子轨道能量的高低需要冗长的计算,非常繁琐;
通常采用简化或某些近似的方法来得到分子轨道能量的相对 高低。这里只定性地对常见的八面体配位构型配合物得分子
分子 H2 He2 He2+
键级
磁性
1s σ
1s
σ 1s*1 1s
分子 Li2 Be2 B2 C2 N2 O2 + O2 O2 F2 Ne2 1s21s2σ 1s21s2σ 1s21s2σ 1s21s2σ 1s21s2σ 1s21s2σ 1s21s2σ 1s21s2σ 1s21s2σ 1s21s2σ
出的一个序列。 N2[(σ1s)2(σ1s*)2(σ2s)2(σ2s*)2(π2py)2(π2pz)2(σ2px)2]
分子轨道理论的基本概念
分子轨道理论的基本概念分子轨道理论是描述分子内电子结构的理论框架,它是理解分子化学和化学反应的重要工具。
在分子轨道理论中,分子中的电子被认为存在于由原子核构成的分子轨道中,这些分子轨道是原子轨道的线性组合。
通过分子轨道理论,我们可以更好地理解分子的稳定性、反应性以及光谱性质。
本文将介绍分子轨道理论的基本概念,包括分子轨道的构成、分子轨道的类型以及分子轨道的能级顺序等内容。
1. 分子轨道的构成在分子轨道理论中,分子轨道是由原子轨道线性组合而成的。
原子轨道可以是原子的1s、2s、2p等轨道,它们在形成分子时会相互叠加、重叠并形成新的分子轨道。
分子轨道的构成可以通过线性组合原子轨道(Linear Combination of Atomic Orbitals,LCAO)方法来描述。
在LCAO方法中,原子轨道的波函数被线性组合,从而形成分子轨道的波函数。
通过适当的线性组合系数,可以得到不同类型的分子轨道,如σ轨道、π轨道等。
2. 分子轨道的类型根据分子轨道的对称性和能量特征,可以将分子轨道分为不同类型。
其中,σ轨道是沿着两原子核之间轴向的对称轨道,具有较高的电子密度;π轨道则是垂直于两原子核之间轴向的对称轨道,电子密度主要集中在两原子核之间的区域。
此外,还有δ轨道、φ轨道等其他类型的分子轨道,它们在不同的分子结构中扮演着重要的角色。
这些不同类型的分子轨道在分子的形成和反应中起着至关重要的作用。
3. 分子轨道的能级顺序分子轨道的能级顺序是指不同类型的分子轨道在能量上的排布顺序。
一般来说,σ轨道的能量较低,π轨道的能量次之,而δ轨道、φ轨道等能级较高。
这种能级顺序的排布对于分子的稳定性和反应性具有重要影响。
例如,在烯烃分子中,π轨道的能级较低,因此烯烃具有较高的反应活性;而在芳香烃中,芳香环中的π轨道形成了稳定的共轭体系,使得芳香烃具有较高的稳定性。
4. 分子轨道的叠加和排斥在分子轨道理论中,分子轨道之间存在叠加和排斥的相互作用。
有机化学理论课 第十八章 分子轨道理论简介
第十八章分子轨道理论简介一、教学目的和要求(1)了解分子轨道理论的原理。
(1)了解周环反应的一般规律。
(2)了解分子轨道对称守恒原理在有机合成中的作用。
二、教学重点与难点分子轨道理论的原理,周环反应的理论。
三、教学方法和教学学时1、教学方法:以课堂讲授为主,结合必要的课堂讨论。
教学手段以板书和多媒体相结合。
2、教学学时:2学时四、教学内容第一节电环化反应第二节环加成反应第三节σ迁移反应第四节周环反应的理论一、电环化反应机理二、环加成反应机理三、σ键迁移反应机理五、课后作业、思考题习题:1、2、4、6、11。
§18-1 周环反应的理论一、周环反应前面各章讨论的有机化学反应从机理上看主要有两种,一种是离子型反应,另一种是自由基型反应,它们都生成稳定的或不稳定的中间体。
还有另一种机理,在反应中不形成离子或自由基中间体,而是由电子重新组织经过四或六中心环的过渡态而进行的。
这类反应表明化学键的断裂和生成是同时发生的,它们都对过渡态作出贡献。
这种一步完成的多中心反应称为周环反应。
周环反应:反应中无中间体生成,而是通过形成过渡态一步完成的多中心反应。
反应物——→产物周环反应的特征:(1) 多中心的一步反应,反应进行时键的断裂和生成是同时进行的(协同反应)。
例如:(2) 反应进行的动力是加热或光照。
不受溶剂极性影响,不被酸碱所催化,不受任何引发剂的引发。
(3) 反应有突出的立体选择性,生成空间定向产物。
例如:二、周环反应的理论 (一) 轨道和成键周环反应的过程,广泛的应用轨道来描述,这些轨道往往是用图形来表示。
有机化学中涉及最多的原子轨道为1p 轨道和2s 轨道。
原子轨道线形组合成分子轨道。
当两个等价原子轨道组合时,总是形成两个新的分子轨道,一个是能量比原子轨道低的成键轨道,另一个是能量比原子轨道高的反键轨道。
(二)分子轨道对称守恒原理原子轨道组合成分子轨道时,遵守轨道对称守恒原理。
即当两个原子轨道的对称性相同(位相相同)的则给出成键轨道,两个原子轨道的对称性不同(位相不同)的则给出反键轨道。
配位化合物的颜色和配位理论
配位化合物的颜色和配位理论配位化合物是由一个中心金属离子和周围的配体离子或原子团组成的化合物。
这类化合物通常具有丰富多彩的颜色,这种颜色的差异主要由于配位体和中心金属离子之间的电子转移引起。
在这篇文章中,我们将探讨配位化合物的颜色以及配位理论的相关原理。
一、配位化合物的颜色配位化合物的颜色与其中的配体和中心金属离子的电子结构息息相关。
主要有以下几种情况:1. 配体的颜色:首先,配体本身的颜色会直接影响到整个化合物的颜色。
比如,水合铜离子的配位化合物通常呈现出蓝色,这是因为水配体吸收红光,而对蓝光具有较好的透明度。
2. 中心金属离子的d电子结构:在配位化合物中,中心金属离子的d电子能级分裂是产生颜色的重要原因。
根据分裂的大小,d电子能级吸收光的波长也会发生改变。
例如,在八配位的铜离子中,d电子能级的分裂较大,它们能够吸收红光,因此形成了蓝色的化合物。
二、配位理论配位理论是解释配位化合物形成和性质的基本原理。
其中最重要的理论是分子轨道理论和晶场理论。
1. 分子轨道理论:分子轨道理论认为,在形成配位化合物时,配体与中心金属离子之间的相互作用会形成分子轨道。
这些分子轨道由配体和中心金属离子的原子轨道合成而来。
电子在这些分子轨道中运动,从而导致电子结构的改变,进而影响化合物的颜色。
例如,在八配位的铜离子均匀分布在d轨道中,形成了大的d电子能级分裂,这就是为什么铜配合物通常呈现出蓝色的原因。
2. 晶场理论:晶场理论是另一种解释配位化合物颜色和结构的重要理论。
该理论认为,配位离子周围的配体形成了一个电场,根据电场的性质,分为强场和弱场。
在强场的作用下,d电子能级发生分裂,能量差较大,会吸收较短波长的光,呈现出相应的颜色。
而在弱场的作用下,能量差较小,吸收较长波长的光,形成不同的颜色。
这就是为什么不同的配体会导致不同颜色的化合物。
综上所述,配位化合物的颜色与其中的配体和中心金属离子的电子结构密切相关。
通过配位理论的解释,我们可以更好地理解和解释这些化合物的颜色变化。
解释配位化合物的结构和性能的四种理论
配位场理论ligand field theory说明和解释配位化合物的结构和性能重要的理论有价键理论、晶体场理论、分子轨道理论和配位场理论。
配位化合物的价键理论根据配位化合物的性质,按杂化轨道理论用共价配键和电价配键解释配位化合物中金属离子和配位体间的结合力。
例如呈现反磁性,是由于中心离子有未充满的d轨道和s,p空轨道,这些空轨道通过杂化组成杂化轨道,由配位体提供孤对电子;配位体L与中心离子M之间形成L→M的σ键。
是顺磁性的。
中心离子的未成对电子数目和自由离子一样,认为金属离子和配位体以静电吸引力结合在一起。
价键理论简明地解释配位化合物的几何构型和配位化合物的磁性等性质。
价键理论没有提到反键轨道,不能满意解释配位化合物的光谱数据。
晶体场理论是静电作用模型。
把中心离子(M)和配位体(L)的相互作用看作类似离子晶体中正负离子的静电作用。
当L接近M时,M中的d轨道受到L负电荷的静电微扰作用,使原来能级简并的d轨道发生分裂。
按微扰理论可计算分裂能的大小,因计算较繁,定性地将配位体看作按一定对称性排布的点电荷与M的d轨道电子云产生排斥作用。
由于d轨道分布的特点,在配位场中原来5个能级简并的d轨道能级发生分裂,引起电子排布及其他一系列性质的变化,比如电子将重新分布,体系能量会降低,据此解释配位化合物的各种性质。
例如八面体配位离子中,d轨道分裂成两组:低能级的dxy,dxz,dyz,它们三者的能量相等,称为t2g(2g为下标)轨道,此二者的能量相等;高能级的dx2-y2d,dz2,称为eg(g为下标)轨道。
这两组能级间差值称为晶体场分裂能Δ ,配体场强越大,分裂能值越大。
d电子根据Δ和成对能(P)相对大小填在这两组轨道上,形成强场低自旋和弱场高自旋结构。
在不同构型的配合物中,中心离子d轨道能级分裂情况不同。
以此成功地解释了配位化合物的结构、光谱、稳定性及磁性等一系列性质。
配位化合物的分子轨道理论是用分子轨道理论的观点和方法处理金属离子和配位体成键作用。
配位化学讲义 第四章(2) 分子轨道理论
配位化学讲义第四章(2)分子轨道理论第三节分子轨道理论(MOT)一、概述要点:A、配体原子轨道通过线性组合,构筑与中心原子轨道对称性匹配的配体群轨道。
B、中心原子轨道与配体群轨道组成分子轨道。
形成LCAO-MO的三原则:二、金属与配体间σ分子轨道(d轨道能级分裂)1.可形成σ分子轨道的中心原子轨道在八面体配合物MX6中,每个配体可提供一个p z轨道用于形成σ分子轨道。
xy z123546中心金属价轨道:(n-1)d xy, (n-1)d yz, (n-1)d xz (可形成π分子轨道)(n-1)d x2-y2, (n-1)d z2, ns, np x, np y, np z (可形成σ分子轨道)三、ABn型分子构筑分子轨道的方法1、步骤1)列出中心原子A及配位原子B中参与形成分子轨道的原子轨道;2)将中心原子轨道按照以它们为基的不可约表示分类;3)将B原子轨道按等价轨道集合分类(由对称操作可彼此交换的轨道称为等价轨道);4)将每一等价轨道集合作为表示的基,给出表示;再将其分解为不可约表示;5)用每一组等价轨道集合构筑出对应于上一步所求出的不可约表示的配体群轨道;6)将对称性相同的配体群轨道与中心原子轨道组合得分子轨道。
2、以AB6(O h群)为例1)A原子用ns、np、(n-1)d 9个轨道,每个B原子用3个p(p x、p y、p z)轨道,共27个轨道形成分子轨道。
* 坐标系选择及配体编号xyz123546p xp y p zA 、中心原子取右手坐标系,配体取左手坐标系;B 、每个B 原子上三个p 轨道各用一个向量表示,方向指向波函数正值方向;C、规定p z向量指向中心原子,则p x、p y向量应存在于垂直于p z向量的平面内;D、规定第一个B原子的p x向量与y 轴平行(* 方向相同),则该B原子的p y向量应与z轴平行(* 方向相同);E、其余(6-1)个B原子的p x和p y 向量的方向由O h群对称性决定。
分子轨道理论简介
对称性相同的原子轨道组成 分子轨道
三.分子轨道理论应用实例: 分子轨道理论应用实例:
1.He为什么不能形成 2? . 为什么不能形成 为什么不能形成He He有两个 电子,如形成 2,则两个 有两个1s电子 有两个 电子,如形成He 1s 轨道能形成(σ1s2),(σ*1s2),成键与反键 轨道能形成(σ ),成键与反键 相抵消,总能量没有下降,故不能形成。 相抵消,总能量没有下降,故不能形成。 2.N2分子: . 分子: 共有14个电子 原子有1s,2s, 3个 p轨 个电子, 共有 个电子 , 原子有 个 轨 可以组成5个成键轨道和 个成键轨道和5个反键轨 道,可以组成 个成键轨道和 个反键轨 道。。
小结
二. 关于轨道的对称性
1. 原子轨道与分子轨道的对称性 一个原子轨道, 轴作旋转轴, 一个原子轨道 , 取 x轴作旋转轴 , 旋转 轴作旋转轴 180度 , 如轨道不变 , 则为 对称 ; 如 对称; 度 如轨道不变, 则为σ对称 轨道的符号改变,则为π对称 对称。 轨道的符号改变,则为 对称。
1. 键级 : 在分子轨道理论中 , 用键级 . 键级: 在分子轨道理论中, 表示键的强度。键级越高, 表示键的强度。键级越高,键能越大 两个原子组成的化学键的键级= 两个原子组成的化学键的键级= 成键电子总数-反键电子总数) (成键电子总数-反键电子总数)/2 N2和O2分子的键级各是几? 分子的键级各是几? -的键级各是几? O2+、 O22-的键级各是几?
5.键矩
用来表示键的极性大小的物理量。 用来表示键的极性大小的物理量。 键矩=原子电荷乘以键长。 键矩=原子电荷乘以键长。可用实验 测定。也可用量子力学计算求出。 测定。也可用量子力学计算求出。
d q+ q-
分子轨道理
分子轨道理分子轨道理论是化学中的一个重要概念,用于描述分子中原子之间的电子运动。
它在有机化学、无机化学和物理化学等领域中广泛应用。
分子轨道理论指出,原子在分子中的电子不再是属于单个原子的轨道,而是分布在整个分子中的一组分子轨道中。
分子轨道理论主要包括以下几个方面:1. 原子轨道的组合:分子中各个原子的原子轨道将组合成一个新的轨道,用于描述整个分子中的电子运动。
原子轨道的组合方式可以是线性组合,也可以是简单的加法和减法。
2. 分子轨道的分类:分子轨道可分为成键轨道、反键轨道和非成键轨道。
成键轨道是分子中电子密度最高的轨道,由原子轨道的积极相互作用形成。
反键轨道是分子中电子密度最低的轨道,由原子轨道的消极相互作用形成。
非成键轨道则是分子中既不属于成键轨道也不与反键轨道有关联的轨道。
3. 轨道能级:分子中的分子轨道能级与原子轨道能级不同,原子轨道能级具有离散性,而分子轨道能级连续分布。
能级的顺序分别是成键轨道最低、反键轨道最高、非成键轨道在中间。
4. 轨道重叠:分子中的原子轨道之间会发生重叠,这会影响分子中的电子结构。
重叠程度越高,分子的稳定性就越高。
例如化学键就是由两个原子轨道之间的较强重叠形成的。
5. 分子轨道的描述:分子轨道可以用波函数来描述。
波函数可以用于计算分子中的能量、电子密度、电荷分布等物理性质。
在实际应用中,通常使用量子化学计算方法来获得分子轨道的波函数和参数。
总的来说,分子轨道理论为我们了解分子中的电子结构和化学反应提供了基础和框架。
在有机合成和物质设计中,分子轨道理论被广泛应用于分子的构建、反应性和化学性质的预测等方面。
第17讲 配合物的分子轨道理论
第五章 配位化合物的化学键理论
③△值随电子给予体的原子半径的减少而增大 ③△值随电子给予体的原子半径的减少而增大。 值随电子给予体的原子半径的减少而增大
I<Br<S<F<O<N<C
Jorgensen近似公式:
△=f(配位体)×g(中心离 子)
与配位体有关的常数 与中央离子有关的常数 在[Co(CN)6]3-中 例如 6个(CN)- ,f=1.7,Co3+, g=18200cm-1, =1.7× ∴ △=1.7×18200cm-1=30940cm-1 实验值为 34000cm-1
第五章 配位化合物的化学键理论
八面体场的f 和g
f
Br − SCN Cl− F− 尿素 HAc 乙醇
−
g /1000cm −1
2− 4
0.72 0.73 0.78 0.90 0.92 0.94 0.97
∑ c ϕ :由配位体 L构成的轨道群
L L L
满足条件:
()对称性原则:(2)最大重叠原则:(3)能量相近原则 1
第五章 配位化合物的化学键理论
(一) ML 6八面体配位化合物的分子轨道
正八面体配位化合物ML6,金属原子处于对称中心,成Oh群对称性
直角坐标系,设:金属M原子处于坐标原点,配位体L处于坐标轴上
当△0<P时,即弱场的情况下,电子尽可能分占五个轨道。
△ t2g d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10
复
习
t2
2 ∆t 5
Es
自由离子d 轨道
3 ∆t 5
四面体场
4 4 ∆t = 9 ∆0 = 9 ×10Dq
球形场
e
Td场中d轨道能级的分裂图
2020高中化学第二章分子结构与性质第二节第2课时杂化轨道理论配合物理论教案新人教版
第2课时杂化轨道理论配合物理论[明确学习目标] 1.了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型(sp,sp2,sp3),并能根据杂化轨道理论判断简单分子或离子的构型。
2.能说明简单配合物的成键情况。
学生自主学习一、杂化轨道理论简介1.杂化轨道理论杂化轨道理论是一种□01价键理论,是鲍林为了解释分子的□02立体构型提出的。
(1)轨道的杂化:在外界条件影响下,原子内部能量相近的原子轨道发生混杂,重新组合成一组新的轨道的过程。
(2)杂化轨道:原子轨道杂化后形成的一组新的原子轨道,叫做杂化原子轨道,简称杂化轨道。
2.杂化轨道的类型(1)sp3杂化轨道sp3杂化轨道是由□031个s轨道和□043个p轨道杂化形成的。
sp3杂化轨道间的夹角是109°28′,立体构型为□05正四面体形(如下图所示)。
(2)sp2杂化轨道08 sp2杂化轨道是由□061个s轨道和□072个p轨道杂化而成的。
sp2杂化轨道间的夹角是□120°,呈□09平面三角形(如下图所示)。
(3)sp 杂化轨道sp 杂化轨道是由□101个s 轨道和□111个p 轨道杂化而成的。
sp 杂化轨道间的夹角是□12180°,呈□13直线形(如下图所示)。
特别说明:sp 、sp 2两种杂化形式中还有未参与杂化的p 轨道,可用于形成π键,而杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。
二、配合物理论简介 1.配位键在四水合铜离子中,铜离子与水分子之间的化学键是由水分子提供□01孤电子对给予铜离子,铜离子接受水分子的孤电子对形成的,这类□02“电子对给予接受键”被称为配位键。
2.配合物(1)定义:□03金属离子(或原子)与某些分子或离子(称为配体)以□04配位键结合形成的化合物称为配位化合物,简称配合物。
(2)配合物的形成举例。
1.为什么H2O分子的键角既不是90°也不是109°28′,而是105°?提示:因为H2O分子的中心原子O的价电子排布式为2s22p4,O原子采取sp3杂化,形成4个sp3杂化轨道。
配位化学讲义第四章(2)分子轨道理论
第三节分子轨道理论(MOT)一、概述要点:A、配体原子轨道通过线性组合,构筑与中心原子轨道对称性匹配的配体群轨道。
B、中心原子轨道与配体群轨道组成分子轨道。
形成LCAO-MO的三原则:二、金属与配体间σ分子轨道(d轨道能级分裂)1.可形成σ分子轨道的中心原子轨道(n-1)d x2-y2, (n-1)d z2, ns, np x, np y, np z (可形成σ分子轨道)三、ABn型分子构筑分子轨道的方法1、步骤1)列出中心原子A及配位原子B中参与形成分子轨道的原子轨道;2)将中心原子轨道按照以它们为基的不可约表示分类;3)将B原子轨道按等价轨道集合分类(由对称操作可彼此交换的轨道称为等价轨道);4)将每一等价轨道集合作为表示的基,给出表示;再将其分解为不可约表示;5)用每一组等价轨道集合构筑出对应于上一步所求出的不可约表示的配体群轨道;6)将对称性相同的配体群轨道与中心原子轨道组合得分子轨道。
2、以AB6(O h群)为例1)A原子用ns、np、(n-1)d 9个轨道,每个B原子用3个p(p x、p y、p z)轨道,共27个轨道形成分子轨道。
C、规定p z向量指向中心原子,则p x、p y向量应存在于垂直于p z向量的平面内;D、规定第一个B原子的p x向量与y 轴平行(* 方向相同),则该B原子的p y向量应与z轴平行(* 方向相同);E、其余(6-1)个B原子的p x和p y 向量的方向由O h群对称性决定。
2)A原子价轨道在O h群对称下,属于下列表示:A1g: sE g: d x2-y2,d z2T1u: p x,p y,p zT2g: d xy,d xz,dyz3)O h群将B原子的18个轨道分为如下等价轨道的集合:I、 6个p z轨道(可用于形成σ分子轨道)II、12个p x或p y轨道4)以上述轨道集合I为基,得出在O h群中的表示,并进行约化:Гσ = A1g + E g + T1u5)求出与中心原子价轨道相关的配体群轨道(用投影算符):中心原子轨道ψ(A1g) = (1/6)1/2(p z1+p z2+p z3+p z4+p z5+p z6) 匹配 sψ(E g) = (1/12)1/2(2p z5+2p z6-p z1-p z2-p z3-p z4) d z21/2(p z1-p z2+p z3-p z4)匹配d x2-y2ψ(T1u) = (1/2)1/2(p z1-p z3) p x(1/2)1/2(p z2-p z4)匹配p y(1/2)1/2(p z5-p z6)p z6)按照上述对应关系,构成分子轨道。
第四章 配位化合物的理论
Co 3d74s2: Co3+ 3d6: 在配位后, CoF63-:
6F-
sp3d2 在CoF63-中, 杂化轨道的类型为sp3d2, 配离子有4个单电子, 显 顺磁性, 为外轨型配合物(也叫电价配合物)。 6CN- Co(CN)63-: d2sp3 在Co(CN)63-中, Co3+中心离子以d2sp3杂化轨道成键, 配离子 没有成单电子, 显抗磁性, 为内轨型配合物(也叫共价型配合物)。
●当P<△时, 电子成对耗能较少, 此时将取低自旋状态。 根据P和△的相对大小可以对配合物的高、低自旋进行预言: ①在弱场时, 由于△值较小, 配合物将取高自旋构型, 相反, 在 强场时, 由于△值较大, 配合物将取低自旋构型。
②对于四面体配合物, 由于△t=(4/9)△0, 这样小的△t值, 通常 都不能超过成对能值, 所以四面体配合物通常都是高自旋的。
d 轨道的分裂并非纯粹的静电效应,
其中的共价因素也不可忽略。
2. 配合物高低自旋的预言
对于一个处于配位场中的金属离子, 其电子排布究竟采用高自 旋, 还是低自旋的状态, 可以根据成对能和分裂能的相对大小来进 行判断: ●当P>△时, 因电子成对需要的能量高, 电子将尽量以单电子 排布分占不同的轨道, 取高自旋状态;
d 轨道能级在不同配位场中的分裂
4 平面正方形场 设四个配体只在x、y平面上沿±x和±y 轴方向趋近于中心原 子, 因dx2-y2轨道的极大值正好处于与配体迎头相撞的位置, 受排斥 作用最强, 能级升高最多。其次是在xy平面上的dxy轨道。而dz2仅 轨道的环形部分在xy平面上, 受配体排斥作用稍小, 能量稍低, 简并 的dxz、dyz的极大值与xy平面成45°角, 受配体排斥作用最弱, 能量 最低。总之, 5条d轨道在Sq场中分裂为四组, 由高到低的顺序是: ①dx2-y2, ②dxy, ③dz2, ④dxz和dyz。 5. Jahn-Teller效应 非直线形分子的简并轨道的不对称占据会导致分子畸变,结果 降低了分子的对称性和轨道的简并度,使体系能量进一步降低, 这一现象叫做Jahn-Teller效应。
2020高中化学 第二章 分子结构与性质 第2节 第2课时 杂化轨道理论 配合物理论讲义+精练
第2课时杂化轨道理论配合物理论课程目标核心素养建构1。
知道杂化轨道理论的基本内容,能根据杂化轨道理论确定简单分子的立体构型.2.能正确叙述配位键概念及其形成条件;会分析配位化分子的立体构型错误!合物的形成及应用.3.熟知几种常见的配离子:[Cu(H2O)4]2+、[Cu(NH3)4]2+、[Fe(SCN)]2+、[Ag(NH3)2]+等的颜色及性质.[知识梳理]一、杂化轨道理论简介1。
用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成在形成CH4分子时,碳原子的一个2s轨道和三个2p 轨道发生混杂,形成四个能量相等的sp 3杂化轨道.四个sp3杂化轨道分别与四个H原子的1s轨道重叠成键形成CH4分子,所以四个C—H键是等同的.可表示为2.杂化轨道的类型与分子立体构型的关系杂化类型sp sp2sp3参与杂化的原子轨道及数目n s111 n p123杂化轨道数目234杂化轨道间的夹角180°120°109°28′杂化轨道示意图实例BeCl2、CO2、CS2BCl3、BF3、BBr3CF4、SiCl4、SiH4分子立体构型直线形平面三角形正四面体形【自主思考】1。
2s轨道与3p轨道能否形成sp2杂化轨道?原子轨道杂化后,数量和能量有什么变化?答案不能。
只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道.2s与3p 不在同一能层,能量相差较大.杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同,但能量不同,n s轨道与n p 轨道的能量不同,杂化后,形成的一组杂化轨道能量相同。
2。
用杂化轨道理论解释NH3、H2O的立体构型?答案NH3分子中N原子的价电子排布式为2s22p3。
1个2s轨道和3个2p轨道经杂化后形成4个sp3杂化轨道,其中3个杂化轨道中各有1个未成对电子,分别与H原子的1s轨道形成共价键,另1个杂化轨道中有1对孤电子对,不与H原子形成共价键,sp3杂化轨道立体构型为正四面体形,但由于孤电子对的排斥作用,使3个N—H键的键角变小,成为三角锥形的立体构型。
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无机化学 第11章
四、十八电子规则
过渡金属价层达到18个电子时,配合物一般较 稳定,亦称有效原子序(EAN)规则。
例如:Fe(CO)5,Ni(CO)4。Co2(CO)8, Fe2(CO)9 等符合十八电子规则的配合物都较稳定。而Mn(CO)5 或Co(CO)4 不符合十八电子规则,都不存在。
又例如:二茂铁 Fe(C5H5)2 符合十八电子规则, 较稳定;而Ni(C5H5)2 和Co(C5H5)2 等不符合十八电子规 则,稳定性差,容易被氧化。
NO3-、NH3
软碱: 给出电子对的原子的电负性小,易变形。如: I - 、 S2 - 、 CN - 、 SCN - 、 CO 、 S2O32 - 、
C6H6
交界碱: 其变形性介于硬碱和软碱之间。如 :
Br -、SO32-、N2、NO2-
无机化学 第11章
2、软硬酸碱结合原则 软亲软,硬亲硬;软和硬,不稳定。 软硬酸碱理论在解释某些配合物的稳定性和
(4)配合物的相互转化与平衡:主要取决于稳定常 数的差别。
红 色 的 Fe(SCN)n3-n 溶 液 中 滴 加 NH4F 溶 液,红色褪去;
无机化学 第11章
六、配位化合物的应用
(1)湿法冶金
在NaCN溶液中,由于θ{[Au(CN)2]-/Au}值比(O2/OH-)值
小得多,Au的还原性增强,容易被O2氧化,形成 [Au(CN)2]-而溶解。然后用锌粉自溶液中置换出金
Cu(NH3)2+
Cu(NH3)2+ + NH3
Cu(NH3)22+
Cu(NH3)22+ + NH3
Cu(NH3)32+
Cu(NH3)32+ + NH3
Cu(NH3)42+
K稳= K1·K2 ·K3 ·K4
无机化学 第11章
K稳 1 K稳 2 K稳 3 K稳 4
无机化学 第11章
(3) 不稳定常数 配离子在溶液中经溶剂分子的作用也会发生分布
K稳的值越大,说明生成配离子的倾向越 明显,配离子也越稳定。
无机化学 第11章
(2) 逐级稳定常数 配离子的生成分步进行,在溶液中有一系列
配合平衡及相应的逐级稳定常数k1,k2,…, kn。配离子的逐级稳定常数之间一般差别不大, 常是比较均匀地逐级减小。
逐级稳定常数(或分步稳定常数)。
Cu2+ + NH3
4Au+8CN- + 2H2O + O2 → 4Au(CN)2- + 4OH-; Zn + 2Au(CN)2- → 2Au + Zn(CN)42-
无机化学 第11章
(2) 分离和提纯 在0.125mol·dm-3HF中K2ZrF6与K2HfF6的溶
解度分别为1.86和3.74克,后者约为前者的 二倍,分级结晶法制取无铪的锆。
(3) 设计合成具有特殊功能的分子
无机化学 第11章
无机化学 第11章
无机化学 第11章
4、只有配离子的类型相同时,才可以通过K稳比较配离子
的类型。
2、配合平衡的移动
无机化学 第11章
(1)配合平衡与酸碱解离平衡
2CuSO4 +2NH3 + 2H2O=Cu(OH)2·CuSO4↓+ (NH4)2SO4 Cu(OH)2·CuSO4 +(NH4)2SO4 + 6NH3=2Cu(NH3)4SO4 +2 H2O 2Cu(NH3)4SO4+3H2SO4+2H2O=Cu(OH)2·CuSO4+4(NH4)2SO4 Cu(OH)2·CuSO4 + H2SO4 = 2 CuSO4 + 2 H2O
无机化学 第11章
(3)配位平衡与氧化还原平衡:主要体现在配合物
的生成对于半反应的电极电势上。
氧化型 + ze- = 还原型
= 0.059 lg [氧化型]
z
[还原型]
若氧化型生成配合物, 值减小;若还原型生成配 合物, 值增大。
无机化学 第11章
例11-16:已知Hg2+ + 2e- = Hg Ө = 0.85 V, HgI42的K稳 = 6.76 1029,试求电对HgI42-/Hg的Ө 值。
例11-17:已知
Co3+ + 6NH3
Co(NH3)63+
K稳1 = 1.58 x 1035
Co2+ + 6NH3
Co(NH3)62+ K稳 2 = 1.29x 105
Co3+ + e-
Co2+
试求电极反应 Co(NH3)63+ + e-
的Ө 值。
= 1.83 V
Co(NH3)62+
无机化学 第11章
(2)水解效应:中心离子可以水解时
无机化学 第11章
Fe3+ + 6F-
FeF63-
当溶液的pH较大时,Fe3+会发生水解,而使溶液 中的Fe3+水解,平衡朝配离子解离的方向移动。
说明:通常情况下,酸效应对配位平衡的影响是 主要的。
无机化学 第11章
(2)配合平衡和沉淀-溶解平衡 两种平衡的关系实质是配合剂与沉淀剂争夺Mn+ 的
(2) 螯合效应
无机化学 第11章
无机化学 第11章
(3) 中心的影响
① 中心的电荷:中心的电荷越高,配位化合 物越稳定。 ②中心所在的周期:同族元素作为中心,中 心所处的周期大,d轨道在空间较伸展,与配 体结合越紧,配位化合物越稳定。
无机化学 第11章
(4) 配体的影响
配体中配位原子的电负性越小,给电子能力 越强,配合物越稳定。 Co(CN)63- > Co(NH3)63+ Cu(CN)43- > Cu(NH3)4+
K不 稳 3
Cu(NH3)+
Cu2+ + NH3
K不 稳 4
K不稳1 =
1
K稳 4
K不稳3 =
1
K稳 2
K不稳2 =
1
K稳 3
K不稳4 =
1
K稳 1
无机化学 第11章
K不稳= K不稳1·K不稳2 ·K不稳3 ·K不稳4
K不稳 =
1
K稳
无机化学 第11章
(4) 逐级稳定常数
配离子的稳定常数常用累计稳定常数b1, b2, b3, b4, b5, .......
解离,生成一系列配位数不同的配离子,其解离常 数越大,说明配离子越不稳定,故成为不稳定常数, K不稳。
无机化学 第11章
Cu(NH3)42+
Cu(NH3)32+ + NH3
K不 稳 1
Cu(NH3)32+
Cu(NH3)22+ + NH3
K不 稳 2
Cu(NH3)22+
Cu(NH3)2+ + NH3
Al3+ 为硬酸,从F- 至I-半径依次增大,从硬 碱向软碱过渡, Al F63-更稳定。
无机化学 第11章
二、影响配位化合物稳定性的因素 (1) 中心体与配体的关系
AgF Cl- AgCl NH3 Ag(NH3)2+ Br- AgBr S2O32- Ag(S2O3)23- I
Ag(S2O3)23- I- AgI CN- Ag(CN)2- S2- AgS 因为Ag+是软酸,与软碱结合更稳定。
Cu+、Ag+、Cd2+、Hg2+、Hg22+、Tl+ 交界酸:其变形性介于硬酸和软酸之间。如:
Cr2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+
无机化学 第11章
硬碱: 给出电子对的原子的电负性大,不易变形。
如:
F - 、 Cl - 、 H2O 、 OH - 、 O2 - 、 SO42– 、
无机化学 第11章
五、 配位平衡及配位平衡移动 1、配位化合物的稳定常数 (1) 稳定常数
溶液中既存在中心离子和配位体的配合反应,又 存在配离子的离解反应,配合和离解最终达到平衡, 这种平衡称为配合平衡。
无机化学 第11章
Cu2+ + 4NH3
Cu(NH3)42+
K稳 =
[Cu(NH3)42+] [Cu2+] [NH3]4
b1 = K稳1 b2 = K稳1 K稳2 b3 = K稳1 K稳2 0.20 mol·dm-3 AgNO3 溶液与 2.0 mol·dm-3 NH3·H2O 等体积混合,试计算平衡时溶液 中Ag+,NH3,Ag(NH3)2+ 的浓度。 已知 Ag(NH3)2+ 的 K稳 = 1.1 107。
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(1)酸效应:弱酸的酸根作为配体时
FeCl3 + 3K2C2O4 K3[Fe(C2O4)3] + 4HCl
K3[Fe(C2O4)3] + KCl K[FeCl4] + 2KHC2O4 + H2C2O4
在配位平衡体系中加酸,由于加入的H+与配体 弱酸根生成弱酸而使配离子解离稳定性减小的 效应为酸效应。
问题,和 Ksp、K稳 的值有关。
例11-15:计算CuI在1.0 moldm-3 氨水中的溶解度。
无机化学 第11章
AgF Cl- AgCl NH3 Ag(NH3)2+ Br- AgBr S2O32- Ag(S2O3)23- I-
Ag(S2O3)23- I- AgI CN- Ag(CN)2- S2- AgS
无机化学 第11章
第三节 配位化合物的稳定性
一、软硬酸碱理论
接受电子物质如Fe3+、H+、Ag+等是酸,给电子 的物质如X-,OH-,NH3,CO等是碱。广义上, 配合反应就是酸碱反应。