路易斯电子配对杂化价层精讲

（1）共价键的本质
（2）共价键成键原理
（3）共价键的特征 （4）共价键的键型
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（1）共价键的本质
排斥态
基态 R0= 87pm
R0 R
氢分子形成过程能量随核间距离变化示意图
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（1）共价键的本质
0
0
氢分子基态和排斥态的|ψ |2和原子轨道重叠的示意图
（2） 键与大 键
◆在轨道杂化理论中把杂化轨道叫做 轨道， 轨道中的 电子叫做 电子， 轨道形成的键叫 键。
p 轨道( 轨道)
BeCl2
BF3
◆在轨道杂化理论中把未参加杂化的纯p 轨道叫做 轨道， 轨道中的电子叫做 电子， 轨道形成的键叫做 键。
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（4）共价键的键型
①键
s–s(H2)
键电子云
s–px(HCl)
px–px(Cl2)
沿键轴方向，以 “头碰头”方式发 生轨道重叠，轨道 重叠部分沿着键轴 呈圆柱形分布， 键的键能大，稳定 性高，能量低。
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（4）共价键的键型
（4）共价键的键型
②键
键和 键的特征比较
键的类型
原子轨道重叠方式
原子轨道重叠部位
键
沿键轴方向头碰头
键
沿键轴方向肩并肩
两原子核之间，在键 键轴上方和下方，键 轴上 轴处为零
原子轨道重叠程度
键的强度 化学活泼性
大
较大 不活泼
小
较小 活泼
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（4）共价键的键型
◆ s-p-d 型杂化
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（1）杂化轨道类型
sp3 杂化
C
2s
s-p 型杂化
CH4
激发
2p
基态
2s
2p
激发态 杂化
成键
sp3杂化轨道
正四面体
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（1）杂化轨道类型
sp2 杂化 BF3
激发
2s 2p
s-p 型杂化
B
基态
2s
2p
激发态 杂化 成键
第3章 化学键与分子结构
教学内容：
二、共价键理论
1. 经典价键理论（路易斯理论）
2. 现代价键理论（电子配对法）
3. 原子轨道杂化理论
4. 价层电子对互斥理论
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1. 经典价键理论（路易斯理论）
离子键理论能很好地说明离子型化合物的形成 和特性，但它不能说明由相同原子组成的单质分子 如H2、Cl2、N2等的形成，也不能说明由化学性质 相近的元素所组成的化合物分子如HCl、H2O等的 形成。
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4. 价层电子对互斥理论
电子配对法和轨道杂化理论都可以解释共价键的方 向性，特别是轨道杂化理论在解释和预见分子的空间构 型方面是比较成功的。但是一个分子究竟采取哪种类型 的杂化轨道，有些情况下是难以确定的。
价层电子对互斥理论：
简称VSEPR
(valence-shell electron-pair repulsion)理论，由英国化学 家希德威克（N.Sidgwick）于1940年首先提出，20世纪 60年代初加拿大化学家吉来斯必（R.J.Gillespie）等人又 发展了这一理论。
sp＜sp2＜sp3＜dsp2＜sp3d＜sp3d2
⑤杂化轨道成键还要满足化学键间最小排斥原理，键与键间排斥力的大 小决定于杂化轨道间的夹角，键角越大，化学键之间的排斥力越小； ⑥杂化轨道的类型与分子的空间构型有关。
问题： 分子究竟采取哪种类型的杂化轨道，有时难以确定；
还不能解释O2分子顺磁性的原因。
教学要求：
1. 掌握电子配对法及共价键的特点和键型，能写出一 般分子的路易斯结构式。 2. 掌握原子轨道杂化理论的要点，熟悉杂化的类型， 能熟练地用原子轨道杂化理论解释一般分子和离子的 空间构型。
3. 能熟练使用价层电子对互斥理论预测主族元素分子
和离子的空间构型。
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路易斯
G.N.Lewis,1875-1946
美国化学家路易斯为了说明分子的形 成，1916年提出了共价键学说，建立了经 典的共价键理论。
共用电子对，稀有气体八隅体结构
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1. 经典价键理论（路易斯理论） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cl . . Cl . . . H .H N N H Cl .. .. .. .
不参加成键的孤电子对参与杂化， 造成不完全等同的杂化轨道，这种 杂化称为不等性杂化。
等性与不等性杂化
孤电子对 参与杂化 不参与成键
O
2s
杂化
2p
基态
sp3不等性杂化轨道
成键
电子构型：四面体 分子构型：V形分子
∠HOH= 104.5°
H2O 分子
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（1）杂化轨道类型
②键
键电子云
键轨道重叠程度和键能都比 键小， 所以 键的稳定性低（能量高）于 键； 键电子的活动性较高，它是化
学反应的积极参加者。
原子轨道以“肩并肩” （或平行）的方式发生重 叠，轨道重叠部分对通过 键轴的平面是反对称的， 其电子云分布的界面图好 像是两个椭圆形的冬瓜。
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第3章 化学键与分子结构
一、离子键理论 二、共价键理论
1. 经典价键理论（路易斯理论） 2. 现代价键理论（电子配对法） 3. 原子轨道杂化理论 4. 价层电子对互斥理论 5. 分子轨道理论 6. 共价键参数与分子性质
三、金属键理论 四、分子间作用力和氢键
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第3章 化学键与分子结构
Hale Waihona Puke Baidu
sp3d2 杂化轨道
正八面体
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（1）杂化轨道类型
s-p-d 型杂化
过渡元素的(n-1)d、ns、np能级接近，d 轨道参加杂化
PCl5 [ Ni (NH3)4 ]2+ IF7
sp3d 杂化 三角双锥
dsp2 杂化 平面四边形
sp3d3 杂化 五角双锥
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① 确定中心原子或离子价层中电子对的对数：
中心原子价电子数+ 配位原子提供的电子数±离子电荷数 价层 = 电子对数 2
式中配位原子提供电子数的计算方法：
◆H和X卤原子都各提供1个电子； ◆O和S原子提供的电子数为零； ◆N原子提供的电子数为-1；
◆当卤族、氧族和氮族原子作为中心原子时，将分别提供7个、
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4. 价层电子对互斥理论
在共价分子中，中心原子价电子层中电 子对的排布方式，使电子对之间的静电斥力 最小，并由此决定了分子的空间构型。
（1）判断分子或离子空间构型的步骤 （2）价层电子对互斥理论的基本要点
（3）小结
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（1）判断分子或离子空间构型的步骤
（2） 键与大 键
甲 醛 H2CO
苯 C6H6
66
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（2） 键与大 键
包括3个或3个以上原子的 键叫大 键、多原子 键、离域 键或共轭 键等；
生成大 键需要满足三个条件：
◆生成 键的原子都在同一平面上； ◆ 每个原子都有1个p轨道且互相平行； ◆ p电子的数目要小于p轨道数目的2倍。
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（2）共价键成键原理
★电子配对原理
成单电子、自旋相反配对
★原子轨道最大重叠原理
★能量最低原理
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（3）共价键的特征
①结合力的本质是电性的
②具有饱和性
每种元素的原子提供 能用于形成共价键的 轨道数和成单电子的 数目是一定的。
H
.. . . ..
..
. .
..
不能解释一些分子的稳定存在；不能解释共价键的方向 性、饱和性；不能说明为什么两个电子不相斥，反而互相配 对？共用电子对能使原子结合成分子的本质原因是什么？
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2. 现代价键理论（电子配对法）
1927年，德国化学家海特勒和伦敦，把量子力学的成果应 用到H2分子结构上，提出电子配对法：
电子配对法简明地阐述了共价键的形成过程和本质， 并成功地解释了共价键的方向性、饱和性的特点，但不 能解释CH4分子的空间构型。
C
为了解释多原子分子的 空间结构， 1931 年鲍林在 价键理论的基础上，提出了 原子轨道杂化理论。
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3. 原子轨道杂化理论
在形成分子时，若干不同类型的、能量相近的原子轨道混 合起来，重新组成一组新轨道，这种轨道重新组合的过程叫杂 化，所形成的新轨道叫杂化轨道。杂化轨道可以与其他原子轨 道重叠形成化学键。
等性与不等性杂化
孤电子对 参与杂化 不参与成键
N
2s
杂化
2p
基态
sp3不等性杂化轨道
成键
电子构型：四面体 分子构型：三角锥 ∠HNH= 107.3°
NH3 分子
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（1）杂化轨道类型
sp3d2 杂化 SF6
s-p-d 型杂化
S
3s
3p
3d
激发
3s
3p
杂化
3d
成键
3d
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（1）共价键的本质
量子力学阐明了共价键的本质是电性的
氢分子的基态能成键，两个氢原子轨道（ 1s）互相叠加，由于 两个ψ1s都是正值，叠加后使两个原子核间的电子云密度增加，在两 核间出现了一个概率密度最大的区域，这叫做原子轨道的重叠；重 叠的结果，一方面降低了两个核间的正电排斥，另一方面增大了两 个核对电子云密度大的区域的吸引，有利于体系势能的降低，有利 于形成稳定的化学键。 氢分子的排斥态则相当于两个氢原子轨道的相减，在两个核间 出现了一个空白区，增大了两个核的排斥能，因体系的能量升高， 不能成键。
杂化后的轨道
轨道的成分 变了
变了
轨道的能量 变了
轨道的形状 变了
更有利于成键
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3. 原子轨道杂化理论
（1）杂化轨道类型
（2） 键与大 键 （3）轨道杂化理论的要点与问题
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（1）杂化轨道类型 ◆ s-p 型杂化 ◆ 等性与不等性杂化
③ 配位键
由一个原子提供电子对为两个原子所共用而形成的共 价键，称为配位键，用一个指向接受电子对的原子的箭头 来表示。
形成配位键的条件：
★一个原子的价电子层中有 孤电子对； ★另一个原子的价电子层中 有可接受孤电子对的空轨道。
C
C
O
O
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2. 现代价键理论（电子配对法）
s-p 型杂化
键角
空间构型
sp sp2
sp3
1
1 1
1
2 3
2
3 4
1/2
1/3 1/4
1/2
2/3 3/4
180˚
120˚ 109˚28'
直线形
平面三角形 正四面体
等性杂化 杂化轨道 性质等同
在s-p 型杂化中，键角随着杂化轨 道中s含量的增加而变大；
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（1）杂化轨道类型
sp2杂化轨道
2p
平面三角形
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（1）杂化轨道类型
sp 杂化
Be
2s
s-p 型杂化
BeCl2
激发
2p
基态
2s
2p
激发态 杂化
2p
成键
直线形
sp杂化轨道
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（1）杂化轨道类型
s-p 型杂化小结
杂化 参加杂化的 杂化 杂化轨道中 轨道 轨道数目 轨道 类型 s p 数目 s 含量 p 含量
H
H
H O
Cl
H
N
N
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（3）共价键的特征
③具有方向性
原子轨道除s轨道成球形对称外， p,d,f,…轨道在空间都有一定取向和伸展 方向，只有沿着键轴的方向才能发生最 大程度的重叠；共价键的方向性决定分 子的空间构型，影响分子的性质。
H2S分子成键示意图
HCl分子成键示意图
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（3）轨道杂化理论的要点与问题
①只有在形成分子时原子轨道才发生杂化，杂化存在激发、杂化、轨道 重叠、成键等过程，孤立的原子不杂化；
②能量相近的原子轨道才能发生杂化；
③杂化前后轨道数目不变； ④杂化轨道成键也要满足原子轨道最大重叠原理，杂化轨道成键能力比 各原子轨道的成键能力强，各不同类型杂化轨道的成键能力顺序：
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（2） 键与大 键
HNO3 分子中的大 键
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（2） 键与大 键
NO3¯离子中的大 键
有1个电子 是离子的 电荷
Π
6 4
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（3）轨道杂化理论的要点与问题
杂化轨道类型、空间构型及成键能力之间的关系