《大学无机化学》PPT课件

N, P
H2O, H2S
O, S
分辨正误
• BF3和NF3均为AB3型分子，因此中心原子都是以sp2 杂化轨道成键的。
• s电子与s电子之间配对形成的键一定是键，而p 电子与p电子之间配对形成的键一定是键。
• 已知OF2是极性分子，可判定其分子构型为”V” 形结构。
• 实验测定CS2为直线型分子，则分子中共有4个键 。
sp3杂化 (2)
sp2杂化 (1)
由一个 ns 轨道和两个 np 轨道参与的杂化称为sp2 杂化，所形成的三个杂化轨道称为sp2 杂化轨道。每 个sp2杂化轨道中含有1/3的s轨道和2/3的p轨道成分 ，杂化轨道间的夹角为120,呈平面正三角形。
sp2杂化 (2)
sp杂化 (1)
由一个 ns 轨道和一个 np 轨道参与的杂化称为sp 杂化，所形成的轨道称为sp杂化轨道，每一个sp 杂 化轨道中含有1/2的s和p轨道成分，杂化轨道间的夹 角为180，呈直线形。
• 出发点是分子的整体性，重视分子中电子的运动 状况，以分子轨道的概念来克服价键理论中强调 电子配对所造成的分子电子波函数难于进行数学 运算的缺点。莫利肯把原子轨道线性组合成分子 轨道，可用数学计算并程序化。分子轨道法处理 分子结构的结果与分子光谱数据吻合，因此50年 代开始，价键理论逐渐被分子轨道理论所替代。
• NF3分子的空间结构是平面三角形。
选择题
• 下列分子中键角最大的化合物是
A. BeCl2
B. CH4
C. NH3
• 对共价键方向性的最佳解释是
D. BF3
A. 键角是一定的
B. 电子要配对
C. 原子轨道的最大重叠 D. 泡利原理
氧分子的结构
• 杂化轨道理论和价键理论
电子配对，没有未成对电子，反磁性
•不能参与成键的、已配对的电子称为孤对电子，孤 对电子占据的轨道不能参与成键，这样的轨道称为 非键轨道
示例 (1)
NH3 • HNH=10728’ • 成键电子对数：3 • 孤对电子数目：1
H2O • HOH=10430’ • 成键电子对数：2 • 孤对电子数目：2
示例 (2)
总结
杂化轨道 类型
• 方向性：各原子轨道在空间分布方向是固定的，为了满足轨道的最大程度重叠，原子 间成的共价键，必须具有方向性。
共价键类型
• 键 原子轨道沿成键原子间联线的方向头对头
重叠形成的键 • π键
原子轨道沿成键原子间联线的方向肩并肩 形成的键 • 定域键
电子云主要局限在两个原子之间所形成的 化学键，如普通键和π键 • 离域键
• 分子型共价单质
I2
P4
• 原子型共价化合物 SiC
共价键理论的建立与发展
•共价键理论(经典Lewis学说): 1916年，美国路易 斯(G.W. Lewis) 提出两原子各提供1个或2个电子作 为两原子共有，使每个原子都具有8电子的稳定结构 ，共有电子与两原子核相互吸引而使两原子相互结 合。这种原子间的结合称为共价键。1923年出版“ 价键和原子、分子的结构”，系统阐述了他的价键 理论，并提出了描述这种共价结合的图示法（路易 斯结构式）。被称为八隅说。 •1919年美国朗缪尔(I. Langmuir):一种原子间共用 电子对可以不是来自两原子，而是由一个原子单独 提供的（路易斯－朗缪尔理论）。 作为化学键的经典电子理论，电价理论和共价键理 论在化学键理论发展史上起到了继往开来的作用。
• 成键电子对数：4
• 键长：C-H=1.110Å
1.788Å
C-Cl=
不等性sp3杂化
•在同一原子中，能量相近的不同类型的几个原子轨 道在成键时，可以互相叠加重组，形成相同数目能 量不完全相等、空间分布不完全对称的新轨道的过 程成为不等性杂化，所产生的新轨道叫不等性杂化 轨道。
•能够进行不等性杂化的原子：杂化后轨道中已拥有 成对电子的原子--N, P, O, S
rHm=-E(NN)= -941kJ·mol-1
+)
6H=3H2 rHm=-3E(H-H)= -1305kJ·mol-1
2N+6H=2NH3
rHm= -2338kJ·mol-1
E(N-H)= 2338/6=390kJ·mol-1
(2) N2+H2=NH2-NH2
rHm= 96kJ·mol-1
2N=N2
rHm=-E(NN)= -941kJ·mol-1
+)
4H=2H2
rHm=-2E(H-H)= -870kJ·mol-1
2N+4H=NH2-NH2 rHm= -1715kJ·mol-1
E(N-H)= 1715-4390= 155 kJ·mol-1
H N
H
H N
H
键参数 (3)
• 键角 在多原子分子中，中心原子若同时和两以上的原子键
• 由N2和H2每生成1mol NH3放热46kJ，而每生成1mol NH2-NH2却吸热96kJ, 已知H-H键能为 435kJ·mol-1, NN键能为941kJ·mol-1。求(1)N-H的键能；(2) N-N的键能。
解:(1) N2+H2=2NH3 rHm= -92kJ·mol-1
N+N=N2
氢分子形成过程的能量曲线
价键理论
基本要点 • 两个原子接近时，自旋方式相反的成单（未成
对）电子可以结合（配对）形成共价键。 • 只有同号轨道间才能实现有效的重叠，成键的
原子轨道重叠越多，两核间电子出现的概率密 度就越大，体系能量降低越多，形成的共价键 就越牢固。因此，在可能情况下，共价键的形 成将沿着原子轨道最大重叠的方向进行，这就 是原子轨道最大重叠原理。
2H2 ＋ O2 ＝ 2H2O
化学键是指分子中两个相邻原子之间强烈的相互吸引力。 基本化学键：
• 离子键 • 共价键 • 金属键 • 配位键
共价键和共价化合物
定义： • 原子间靠共享电子对使原子结合起来的化学键称为共价键 • 由共价键结合的化合物称为共价化合物 • 共价化合物的分类
• 分子型共价化合物 H2O
有效重叠
++ ++
xx px
++
z
负重叠和零重叠
+
+
x px
+
+
+
x
－
z
+
+ +
++
共价键的特性
• 饱和性：一个原子含有几个未成对电子，通常就能与其他原子的几个自旋相反的未成 对电子配对形成共价键。也就是说，一个原子所形成的共价键的数目不是任意的，一 般受未成对电子数目的限制，包括原有的和激发而成的，这就是共价键的饱和性。
等性杂化
sp3
sp2
sp
参加杂化轨道 s+3p
s+2p
s+p
杂化轨道数
4
3
成键轨道夹角 10928’
120
分子空间 构型
实例 中心原子
CH4, SiCl4
C, Si
BF3, BCl3 B
2 180
BeCl2, HgCl2 Be, Hg
不等性杂化 sp3 s+3p
4 90<< 10928’
NH3, PH3
sp杂化 (2)
示例
• CH4
• HCH=10928’
• 成键电子对数：4
• 键长：1.110Å
• BF3
• FBF=120
• 成键电子对数：3
• 键长：1.626Å
• BeH2
• HBeH=180
• 成键电子对数：2
• 键长：1.252Å
• CH3Cl
• HCH=120
• HCCl=10810’
较大
较小
键能
大些
小些
化学活泼性

不活泼
活泼
成键方式
两个原子形成共价单键时，原子轨道总是沿键轴方 向达到最大程度的重叠: • 单键都是 键 • 形成共价双键时，有一个 键和一个 键 • 形成共价三键时，有一个 键和两个 键 • 任何两原子之间只能形成一个 键 • π键不能单独存在，总与σ键相伴，且当双键或
• 为解释甲烷分子的空间构型，根据波函数叠加原理，提出杂化轨 道理论。作为价键理论的重要补充，较满意地解释了共价多原子 分子的空间构型。
• 为合理处理用路易斯结构难以描述的分子，鲍林又提出共振概念
价键理论将量子力学的原理和化学的直观经验紧密结合 ，在经典化学中引入了量子力学理论和一系列的新概念 ，对当时化学键理论的发展起了重要作用。
距。是共价键的重要性质，可用X射线、分子光谱 实验测知。
H-F H-Cl H-Br H-I
键长增加，结合力减弱，热稳定性减小
键参数 (2)
• 键能
在标准状态和298K下，破裂1mol键所需要能量的
平均值，用 E 表示，单位kJmol-1。
• 解离能
在100kPa和298K的标准条件下，1mol理想气态分 子AB解离成理想气态原子A和B的反应释放或吸收 的能量叫AB的解离能，用 D 表示。E＝D
N
107
H
H
杂化轨道理论
• 在同一原子中，能量相近的不同类型的几个原 子轨道在成键时，可以互相叠加重组，形成成 键能力更强的新轨道，这种新轨道叫杂化轨道 。
• 原子在相互结合过程中由于最大重叠的需要， 使得原子内的轨道发生杂化以获得更大成键能 力。孤立原子本身不发生杂化。
• 原子轨道杂化时，一般使成对电子激发到空轨 道而成单个电子，其所需的能量完全可用成键 时放出的能量予以补偿。
合，从中心原子的核到与它键合的原子核的连线叫键轴， 每相邻两键轴的夹角叫键角。