分子的立体构型

[知识要点]

一、常见多原子分子的立体结构：

（原子数目相同的分子的立体结构不一定相同）

CH4 NH3 CH2O CO2 H2O

【小结】同为三原子分子或四原子分子，分子的空间构型不同。所以多原子分子的立体结构不但与所连原子数目有关，还与其他因素（比如中心原子是否有孤对电子及孤对电子的数目）有关

二、价层电子对互斥模型：

（用中心原子是否有孤对电子及孤对电子的数目，预测分子的立体结构）价层电子对互斥模型认为分子的立体结构是由于分子中的价电子对（成键电子对和孤对电子对）相互排斥的结果。中心原子价层电子对（包括成键电子对和未成键的孤对电子对）的互相排斥作用，使分子的几何构型总是采取电子对相互排斥最小的那种构型，即分子尽可能采取对称的空间构型这种模型把分子分为两类：

1、中心原子上的价电子都用于形成共价键（中心原子无孤对电子）

中心原子无孤对电子，分子中存在成键电子对与成键电子对间的相互排斥，且作用力相同，分子的空间构型以中心原子为中心呈对称分布。如CO2、CH2O、CH4、HCN等分子。它们的立体结构可用中心原子周围的原子数来预测：

2、中心原子上有孤对电子（未用于形成共价键的电子对）的分子。

中心原子上有孤对电子，分子中存在成键电子对与成键电子对间的相互排斥、成键电子对与孤对电子对间的相互排斥、孤对电子对与孤对电子对间的相互排斥。孤对电子要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥，使分子呈现不同的立体构型

如H2O和NH3，中心原子上的孤对电子也要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥，中心原子周围的δ键+孤对电子数=4，所以NH3与H2O的VSEPR理想模型都是四面体形。因而H2O分子呈V 型，NH3分子呈三角锥形。

【小结】电子对的空间构型（VSEPR理想模型）与分子的空间构型存在差异的原因是由于孤对电

子没有参与成键,且孤对电子对比成键电子对更靠近原子核，它对相邻成键电子对的排斥作用较大，要使电子对相互排斥最小，那么H2O 、NH3、CH4分子相应的键角必然逐渐变大。

三、杂化轨道理论：

（能量相近的原子轨道重新组合）

1、杂化的概念：

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重新组合，形成一组新的轨道，这个过程叫做轨道的杂化，产生的新轨道叫杂化轨道。

特点：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。

2、甲烷分子的杂化轨道的形成：（sp3杂化）

①甲烷分子的立体构型：空间正四面体，分子中的C—H键是等同的，键角是109°28′

②中心原子价电子构型

C：2s22p2

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。

③鲍林提出杂化轨道理论：

形成甲烷分子时，中心原子碳的2s和2p x、2p y、2p z四条原子轨道发生混杂，形成一组新的轨道，即四个相同的sp3杂化轨道，夹角109°28′。这些sp3杂化轨道不同于s轨道，也不同于p轨道。当碳原子跟4个氢原子结合时，碳原子以4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4

个C—Hδ键，因此呈正四面体的分子构型。

3、其他形式的杂化：

根据参与杂化的s轨道与p轨道的数目，除了有sp3杂化轨道外，还有sp2杂化和sp杂化，sp2杂化轨道表示由一个s轨道与两个p轨道杂化形成的，sp杂化轨道表示由一个s轨道与一个p轨道杂化形成的

①碳原子的 sp2杂化（以乙烯为例）

乙烯的中心原子C在轨道杂化时，有1个p轨道未参与杂化，只是Ｃ的２s轨道与2个２p轨道发生杂化，形成3个相同的sp2杂化轨道，sp2杂化轨道分别指向平面三角形的三个顶点，杂化轨道间夹角为120°。杂化轨道与2个H原子和另外一个C原子形成2个C—Hδ键和1个C—Cδ键，未杂化p轨道垂直于sp2杂化轨道所在平面，与另外的C原子形成C—C p键。

②碳原子的 sp杂化（以乙炔为例）

乙炔的中心原子C在轨道杂化时，有2个p轨道未参与杂化，只是Ｃ的２s与1个２p轨道发生杂化，形成2个相同的sp杂化轨道，杂化轨道间夹角为180°。杂化轨道与1个H原子和另外一个C 原子形成1个C—Hδ键和1个C—Cδ键，未杂化2个p轨道垂直于sp杂化轨道所在平面，与另外的C原子形成2个C—C p键。

【小结】杂化轨道在角度分布上比单纯的s或p轨道在某一方向上更集中，从而使它与其它原子的原子轨道重叠的程度更大，形成的共价键更牢固。

四、配合物理论简介

1、配位键

①概念：由一个原子单方向提供共用电子对给另一原子共用所形成的共价键。

前三种溶液呈天蓝色原因就是Cu在水溶液中与水分子通过配位键结合成四水合铜离子。其中Cu2+为接受电子对的一方，H2O为提供电子对的一方。

②表示方法

A B

电子对给予体电子对接受体

③形成条件：其中一个原子必须提供孤对电子。另一原子必须有接受孤对电子的轨道。

④常见的含有配位键的分子或离子的形成过程：

H3O+

NH4+

注意：在NH4+中，虽然有一个N－H键形成过程与其它3个N－H键形成过程不同，但是一旦形成之后，4个共价键就完全相同。

2、配位化合物

①概念：金属离子或原子与某些分子或离子以配位键结合而形成的化合物称为配位化合物，简称配合物。

②配合物的组成

③常见配合物的生成

A 向硫酸铜溶液里逐滴加入氨水，先形成难溶的氢氧化铜沉淀，继续滴加难溶物溶解，得到深蓝色的透明溶液

实验中发生的两个反应的离子方程式

蓝色沉淀深蓝色溶液

氢氧化铜与足量氨水反应后溶解是因为生成[Cu(NH3)4]2+

B向盛有氯化铁溶液的试管中滴加1滴硫氰化钾溶液

血红色

【小结】形成配位化合物时某些性质发生改变，比如颜色、溶解度等。配位键的强度有大有小，