分子结构、基本理论和作用
分子结构
sp2杂化轨道示意图
BF3的成键过程
③ sp3杂化
sp3杂化轨道是由 个 ns 轨道和 个 np 轨 杂化轨道是由1个 轨道和3个 道组合而成的， 道组合而成的 ， 每个 sp3 杂化轨道的能量相 成分相同， 等 、 成分相同 ， 它的特点是每个 sp3 杂化轨 道都含有1/4s 和3/4p 轨道的成分。 轨道的成分。 道都含有 sp3 杂化轨道间夹角为 杂化轨道间夹角为109°28′， 空间构型 ° ， 为正四面体。 正四面体。
sp杂化轨道示意图 杂化轨道示意图 杂化轨道
BeCl2（气态）分子形成示意图
BeCl2（气态）分子的结构
② sp2杂化
轨道和2个 sp2杂化轨道是由 个 ns 轨道和 个 np 轨 杂化轨道是由1个 道组合而成的， 道组合而成的 ， 它的特点是每个 sp2 杂化轨 道都含有1/3s 和2/3p 轨道的成分。 轨道的成分。 道都含有 sp2 杂化轨道间的夹角为 杂化轨道间的夹角为120°，呈平面三 ° 角形。 角形。
6 共价键
1 价键理论 共价键的形成和本质 共价键的特点和类型 2 杂化轨道理论 杂化轨道理论 杂化轨道的类型和分子空间构型
6.1 价键理论
（1）共价键的形成和本质 ） 海特勒和伦敦用量子力学处理氢原子形成 氢分子时，得到了如下的 分子的能量E与核 氢分子时，得到了如下的H2分子的能量 与核 间距离R 的关系曲线图： 间距离 的关系曲线图： 氢分子的能量与核间距的关系曲线
sp3杂化轨道示意图
CH4成键过程
(3) 杂化轨道类型和空间结构的关系
把仅包括s和 轨道参加的杂化轨道类型归纳如下表 轨道参加的杂化轨道类型归纳如下表： 把仅包括 和p轨道参加的杂化轨道类型归纳如下表： s轨道和 轨道的杂化类型 轨道和p轨道的杂化类型 轨道和
化学中的分子结构
化学中的分子结构化学是自然科学中非常重要的一个学科，它探究物质的性质和转化。
分子是化学中非常重要的一个概念，分子结构决定了物质的性质和行为。
在化学中，我们经常需要借助实验和理论来确定分子结构，以便研究分子性质和化学反应。
分子结构的基本概念分子是指由原子通过化学键连接构成的实体。
分子的结构取决于原子的性质和它们之间的化学键。
分子可以是单原子分子或复合分子，复合分子可以是同种元素或不同种元素化合物的分子。
例如，氧分子( $O_2$ )是由两个氧原子组成的，而水分子( $H_2O$ )是由两个氢原子和一个氧原子组成的。
分子中的原子通过共价键连接，可以形成直链、支链、环形或立体型分子。
分子的几何形状可以通过分子式和分子模型来表示，其中分子式是用化学符号表示分子组成和原子相对数量的简单符号，而分子模型则用空间图形表示分子的实际形状和结构。
例如，甲烷( $CH_4$ )分子是由一个碳原子和四个氢原子连接而成的正四面体。
分子结构的确定方法确定分子结构的主要方法有基于光谱、晶体学、分子模拟和化学反应等。
其中，光谱法包括红外光谱、拉曼光谱、电子吸收光谱、核磁共振光谱、质谱等，可以用来测定分子中原子间化学键的种类、数目和键级；晶体学可以通过X射线和中子衍射确定分子晶体的结构；分子模拟可以利用计算机模拟分子间相互作用和构象变化；化学反应可以通过观察反应物和产物比例以及反应物的化学键打破和形成情况来推断分子结构。
光谱法是一种基于分子对于不同波长的辐射的吸收、散射和发射的特征谱线的方法。
例如，拉曼光谱可以测定分子中的振动模式和转动模式，而红外光谱则可以检测化学键的伸缩和弯曲振动等。
利用这些波长的位置、相对强度和谱线形状，可以推断分子中的化学键类型和分子结构，如$H_2O$分子中的氧-氢化学键。
晶体学可以通过物质中分子的晶体结构来确定分子的三维结构。
物质的结晶状态可以使其分子有序排列，并显示该过程。
X射线衍射在晶体学中得到广泛应用。
第三章 分子结构
共价键理论：
Lewis理论(1916年) 价键理论(1927年, 1930年) 杂化轨道理论(1931年) 价层电子对互斥理论(1940年) 分子轨道理论(20世纪20年代末)
3.1.2 共价键的形成与本质
两核间电子云密度增大
两核间电子云密度减小
H2的形成过程
一：共价键的形成
当具有自旋反平行的成单电子的原子相互 接近时,其原子轨道重叠相加,核间产生电子 云密度较大的区域,把两个核紧密地吸引在一 起使体系能量下降的这种结合力就是共价键.
4
3
1
四面体
NH3 (三角锥)
H 2O (V型或角型 )
2
2
四面体
5
0
三角双锥
PCl5 (三角双 锥)
(变形三 角双锥) ClF3 (T型) I 3(直线型 )
4 5 3
1
三角双锥
2
三角双锥
2
3
三角双锥
6
0
正八面 体
SF6 (正八面体 ) IF5 (四方锥)
5 6 4
1
八面体
2
八面体
ICl4XeF4 (平面正方 形)
3-8: 对N2、O2分子回答下列问题： (1)写出它们的分子轨道式； (2)计算键级,说明其成键情况和磁性; (3)N2+,O2+分别与N2,O2相比,谁更稳定?
解：因H2+的分子轨道排布式为:(σ1s)1,键级 =0.5,可稳定存在.
同理He2+的分子轨道排布式为：(σ1s)2(σ*1s)1, 键级=0.5,可稳定存在. 而He2的分子轨道排布式为:(σ1s)2(σ*1s)2,键级 =0.0,则不可能稳定存在.
因排斥力大小顺序为: 1. 孤对电子与孤对电子>孤对电子与成键电子 >成键电子与成键电子 2. 叁键-叁键>叁键-双键>双键-双键 >双键-单键>单键-单键 3.电子对之间的夹角越小，排斥力也就越大。 90o > 120o > 180o 所以当分子中有两对或以上的孤对电子 时,必须选择分子内斥力最小的空间结构.
无机化学 分子结构
实例
s,p
sp
2
HgCl2
s,p,p
sp2
3
BF3
重要的杂化轨道及其形状(2)
中心原子 中心原子 中心原子的 的轨道数 的杂化轨道 杂化轨道数 杂化轨道 形状 实例
s,p,p,p
sp3
4
CCl4 NH4+
s,p,p,p,d
sp3d
5
PCl5
Hale Waihona Puke （4）sp3 不等性杂化 (sp3 Uneven Hybridization)
共价键的形成条件为
◆ 键合双方各提供自旋方向相反的未成对电子（想一想自
旋方向 相同呢？） ◆ 键合双方原子轨道应尽可能最大程度地重叠
◆ 能量最低原理
价键理论基本要点
1. 电子配对原理
具有自旋相反的单电子的两个原子相互接 近时，单电子可以配对构成共价键。 如 H2： H 1s1 + H 1s1 →H-H HCl： H 1s1 + Cl 3s23p5 → H-Cl N2： N 2s22p3 + N 2s22p3 → N N
Question
写出氯酸根离子 ClO3- 的路易斯结构式.
Cl 原子的电负性小于 O 原子，意味着不存在 O－O 之间的键合. 合理的排布应该如下所示：
O Cl O O O Cl O O
ClO3-离子中价电子总数等于26(四个原子的价电子数相 加再加1), 扣除3个单键的6个电子，余下的20个电子以孤 对方式分配给四个原子, 使它们均满足八隅律的要求.
第二章 分子结构
(Structure of Molecule) 价键理论
价层电子对互斥理论
分子轨道理论
键参数
物质的分子结构和化学键
物质的分子结构和化学键一、引言在化学领域，研究物质的分子结构和化学键是非常重要的。
物质的分子结构与其性质息息相关，而化学键则是构成分子的基本力量。
本文将深入探讨物质分子结构和化学键的相关概念、特性和应用。
二、物质的分子结构1. 分子的概念和组成分子是物质的最小可独立存在的粒子，由原子通过原子间的化学键连接而成。
分子的组成取决于物质中的原子种类和数量。
2. 分子式和结构式分子式用化学符号表示分子的组成，如H2O表示水分子，而结构式则通过化学键的连接方式展示分子的空间结构。
3. 分子的空间排布分子在空间中通过化学键的排列方式形成特定的结构。
分子的空间排布对于物质的性质具有决定性影响。
例如，立体异构体的存在导致了同分异构体的形成。
三、化学键1. 化学键的定义和类型化学键是原子之间形成的电子云附近的相互作用力。
根据原子之间电子的共享或转移程度，化学键可分为共价键、离子键和金属键。
2. 共价键共价键是通过电子的共享而形成的键，常见于非金属元素之间。
共价键的特点是电子偏向较均匀，并形成共用电子对。
共价键的强度取决于共享电子对的数量和空间分布。
3. 离子键离子键是由正负离子之间的电荷吸引力而形成的键。
离子键通常存在于金属与非金属之间或是多原子离子之间。
离子键的强度与离子的电荷大小和离子半径相关。
4. 金属键金属键是金属原子之间通过自由电子互相吸引形成的键。
金属键的特点是电子高度移动性和相对宽松的电子排布。
五、化学键的应用1. 反应速率和能量释放化学键在化学反应中起到关键的作用。
反应过程中，键的形成和断裂导致了能量的吸收和释放，直接影响了反应的速率和热效应。
2. 分子间力和物质性质物质的性质与其分子间力密切相关。
化学键的类型和强度决定了物质的密度、熔点、沸点和溶解度等特性。
3. 材料设计和催化反应通过理解和控制化学键，可以设计出具有特定性能的材料，并开发出高效催化剂。
例如，通过改变聚合物链的结构和键的数量，可以调节材料的强度、硬度和柔韧性。
化学中的分子结构和空间构型
化学中的分子结构和空间构型分子结构和空间构型是化学中的重要概念，它们对于理解分子性质和反应机制具有重要意义。
在化学中，分子结构指的是分子中原子的相对位置和连接方式，而空间构型则描述了分子在三维空间中的排列方式。
本文将从分子结构和空间构型的基本概念、分子结构的表示方法和空间构型的分类等方面进行阐述。
首先，分子结构是指分子中原子之间的连接方式和排列。
原子之间的连接通过共价键或离子键实现，而原子之间的排列、相对位置则决定了分子的性质和反应行为。
分子结构的表示通常使用结构式、线角式、空间填充式等形式。
其中，结构式是一种常用的表示方法，它通过线段和点的连接来表达分子中的原子和它们之间的键。
线角式则通过将原子用线段表示，连接处的角度表示键的方向。
空间填充式则是以实心球来表示原子，通过球的大小来表示原子的大小，以及原子之间的空间关系。
这些表示方法可以有效地帮助我们理解分子结构和进行分子的模拟研究。
其次，空间构型描述了分子在三维空间中的排列方式。
分子的空间构型与原子的相对位置和取向有关，因此空间构型也影响着分子的性质和反应机制。
常见的空间构型包括线性构型、平面构型、三角锥构型、四面体构型等。
线性构型指的是分子中原子的排列呈直线状，如氨分子等。
平面构型指的是分子中原子排列在同一平面上，如苯分子等。
三角锥构型指的是分子中一个原子为顶点，其余原子排列在底面的三角形上，如三氯化硼分子等。
四面体构型指的是分子中一个原子为中心，三个原子排列在其周围的三个顶点上，如甲烷分子等。
空间构型的不同将导致分子具有不同的对称性和性质，进而影响分子的化学反应。
另外，化学中的分子结构和空间构型还涉及到立体化学的研究。
立体化学是研究分子空间构型和立体异构体的学科，它对于理解分子的构建和反应机理非常重要。
在研究立体化学时，我们常常使用斜角投影法和虚化键线法等技术来表示分子的三维构型。
斜角投影法是一种常用的表示方法，它使用斜线和角度表示分子中的原子和键，可以清晰地展示分子的空间构型。
分子结构与物质性质
分子结构与物质性质分子结构与物质性质之间存在密切的联系，其中分子结构的特征对物质的性质产生重要影响。
本文将从分子结构理论和物质性质的角度来探讨这一关系。
我们将首先介绍分子结构的基本概念，然后探讨分子结构与物质性质之间的关系，并以一些具体的例子加以说明。
一、分子结构的基本概念分子结构是指化学物质中原子之间的连接方式和排列方式。
分子结构可以通过多种方法加以表征，例如分子式、结构式和立体结构等。
其中，分子式简明地表示了化学物质中各元素的种类和数量关系，结构式则更详细地描述了原子之间的连接方式，而立体结构则进一步揭示了分子中原子的立体排列方式。
二、分子结构与物质性质的关系1. 构成元素和键的属性：分子的构成元素以及化学键的属性直接影响物质的性质。
比如，含碳氢键的有机分子通常具有较高的燃烧热，这是因为碳氢键的能量较高，容易发生燃烧反应。
此外，不同元素之间的化学键强度也不同，从而影响了分子的稳定性和化学活性。
2. 分子形状与极性：分子的形状和极性对物质的物理性质和化学性质都有重要影响。
分子的形状决定了分子之间的相互作用力，从而影响物质的物理状态（如固体、液体或气体），以及物质的溶解性、表面张力等性质。
另外，分子的极性也会影响分子之间的相互作用力，导致物质的溶解度、极性溶剂中的离子化趋势等性质产生差异。
3. 分子量和分子大小：分子量和分子大小对物质的性质有一定的影响。
通常情况下，相同性质的物质，其分子量越大，密度越大，同时分子的大小也会变得更大。
例如，分子量较大的有机聚合物通常比分子量较小的分子物质具有更高的软化点和更强的机械强度。
4. 分子内部结构：分子内部的键长、键角以及功能基团的存在等内部结构对物质的性质也有重要影响。
具体来说，键长和键角的变化可能导致分子的拉伸性、弹性和化学活性的变化。
而不同的功能基团可以赋予物质不同的化学反应性质，例如醛基和羟基在化学反应中具有不同的活性。
三、具体案例分析1. 水分子的分子结构为H2O，由两个氢原子和一个氧原子构成。
化学分子的结构
化学分子的结构化学分子的结构是指由原子通过共价键或离子键连接在一起形成的化学实体的排列方式和几何形状。
分子结构的研究对于理解化学反应机理、预测物质的性质以及设计新的化学物质都具有重要意义。
本文将从分子结构的基本概念、方法和应用等方面进行探讨。
一、分子结构的基本概念分子是化学反应的基本单位，由两个或多个原子通过共价键连接而成。
分子结构的基本概念包括键长、键角、键的性质和分子的空间排列等。
通过实验测定和理论计算，可以确定分子的结构，揭示化学反应的本质。
1. 键长：指两个相邻原子之间的核心间距离，通常用pm（皮克米，1 pm=10^-12m）表示。
键长的不同可以影响分子的稳定性和性质。
2. 键角：指相邻原子之间的夹角，用度（°）表示。
键角的大小与原子间的键强度有关，对于分子的形状和化学活性具有重要影响。
3. 键的性质：化学键可以分为共价键和离子键。
共价键是通过原子之间共享电子而形成的，强度一般较高；离子键是通过电子的转移形成的，强度较弱。
4. 分子的空间排列：分子在空间中的排列方式会影响其物理性质和化学性质。
分子的空间排列可以分为线性、平面和立体排列等。
二、分子结构的研究方法为了确定分子的结构，科学家们开发了多种实验和理论方法。
常用的分子结构研究方法包括X射线衍射、核磁共振、质谱和量子化学计算等。
1. X射线衍射：通过测量晶体的X射线衍射图案，可以推断出分子的晶体结构。
这种方法对于有序结晶的分子非常有效。
2. 核磁共振：通过对分子中核自旋的共振吸收，可以确定分子的结构和化学环境。
核磁共振是一种非常常用的分析方法，广泛应用于有机化学和生物化学等领域。
3. 质谱：质谱技术可以通过测量分子中的离子质荷比来确定分子的质量和结构。
质谱在有机化学合成和天然产物分析中得到了广泛应用。
4. 量子化学计算：通过数值计算方法，可以预测分子的结构、能量和性质。
量子化学计算是一种重要的辅助工具，对于大分子和复杂体系的研究起到了重要的作用。
第七章 分子结构
2.原子轨道要有效地线性组合成分子轨道， 必须遵循三条原则： ， ， ，
§7－7 分子的极性和分子间力
分子间力：
分子之间弱的相互作用
一、分子的极性
• 正电荷与负电荷中心不重合 • 正电荷与负电荷中心重合 键的极性与分子的极性：
极性分子
非极性分子
• 同种元素原子间： 所成化学键：电负性相同 所形成分子：
C
O
§ 7－ 3
杂化轨道理论
一、轨道杂化理论的基本要点
价键理论较好地解释了共价键的形成和本质，初步解释了 共价键的饱和性和方向性。但不能解释键角和共价键的数目。 1931年 Pauling 和 Slater 提出杂化轨道理论，补充和发展 了现代价键理论。 H 例：
CH4分子的结构： H
C H
H
杂化轨道概念：
y y z z
py- py
x x
p z- p z
x x
多重键：形成 键外，同时还可以形成 键，从而构成多重键
例：
N2分子的结构：
三重键
z
y
2px-2px
2py-2 py
2pz- 2pz
x
配位共价键
共用电子对由一方原子提供
例：
CO分子的结构：
C: O: 2s22px12py13pz 2s2 2px12py1 2pz2
（１）苯和四氯化碳分子之间（只有色散力） （２）乙醇和水分子之间（氢键、定向力、诱 导力和色散力） （３）氧气和水分子之间（诱导力和色散力） （４）氯化氢和溴化氢分子之间（定向力、诱 导力和色散力
二、杂化轨道的类型
1、sp 杂化 同一原子中 ns-np 杂化成新轨道；一个 s 轨道和一个 p 轨 道杂化组合成两个新的 sp 杂化轨道。 例：
其它-第2讲分子结构ppt
个π键。 4)普通σ键和π键为 定域键， 多个原子间构成的大π键 为离域键。
Π4
极性单质
3
二、分子轨道理论
1、物质的磁性 顺磁性物质在磁场中被磁场所吸引。 抗磁性物质在磁场Fra bibliotek被磁场所排斥。
磁矩：描述物质的顺磁性强弱 。 nn 2
1s22s22p42d1 1s22s22p42d63s23p43d63f7
• （5）写出前112号元素电负性最大和最小的元素的原子序数；
13
101
• （6）写出第二周期中可能的杂化轨道。
sp、sp2、sp2d、sp2d2、sp2d3、 pd、pd2、pd3、p2d、p2d2、p2d3
• （7）在这个星球中的有机化学是最可能以哪一种元素为基础的？ 写出原子序数。
• （7）在这个星球中的有机化学是最可能以哪一种元素为基础的？ 写出原子序数。
• （8）在这个星球中，有哪些规则和地球上所用的8电子和18电子 规则相当？
• 作业讲评：在我们地球的物质世界里的周期系是根据4个量子数建 立的，即 n＝1，2，3，……； l＝0，1，…，（n－1）； m＝0，±1，±2…，±l；ms＝±1/2。如果在另一个星球，那里 的周期系也是由4个量子数建立的，但它们的关系为: n＝1，2， 3…； l＝0，±1，±2，…，±(n－1)； m＝0，1，2，…，l－1； ms＝±1/2。如果在地球上的基本原理在这个星球上也是适用的 （但不发生能级交错现象），回答下列问题：
我爱奥赛网第三届 化学奥赛网络夏令营
主 讲 杨 德 生
• 作业讲评：在我们地球的物质世界里的周期系是根据4个量子数建 立的，即 n＝1，2，3，……； l＝0，1，…，（n－1）；
化学键与分子结构
化学键与分子结构化学键与分子结构密不可分，它们共同构成了化学领域里的基本概念和理论。
化学键是原子间的相互作用力，它决定了分子中原子的排列和结构。
本文将从化学键的概念、类型及形成机制，以及分子结构的重要性和影响因素等方面来进行论述。
一、化学键的概念与类型化学键是指由原子之间的相互作用力形成的连接，使得原子形成分子、晶体或离子的过程。
它是维持化学物质的稳定性和性质的基础。
根据原子之间相互作用力的性质，化学键可分为离子键、共价键和金属键。
1. 离子键离子键是指来自离子间的静电作用力而形成的键。
它通常存在于由金属和非金属元素组成的化合物中，如氯化钠（NaCl）。
在离子键中，金属元素通常失去电子形成阳离子，而非金属元素则获得电子形成阴离子。
2. 共价键共价键是指两个原子通过共享电子而形成的键。
它通常存在于由非金属元素构成的化合物中。
共价键的形成要求两个原子具有空的轨道以容纳共享的电子，如甲烷（CH4）中的碳氢键。
共价键的强度通常比离子键弱。
3. 金属键金属键是金属原子之间形成的一种特殊类型的化学键。
在金属结构中，金属原子形成离子，并构成一种“海洋”式排列，电子可以自由移动于金属结构中。
这种移动性使得金属具有良好的导电性和热导性。
二、化学键的形成机制化学键的形成主要是通过原子间的电荷相互作用来实现的。
在离子键中，电子的转移导致了正负离子的形成，并由静电作用力将它们吸引在一起。
在共价键中，原子通过共享电子来实现化学键的形成，以使每个原子周围的轨道都满足八个电子的规律，即八个电子规则（类似于稳定的气体原子结构）。
在金属键中，金属原子的外层电子形成电子“海洋”，自由移动并共享给整个金属结构。
三、分子结构的重要性与影响因素分子结构对化学物质的性质和反应行为起到决定性的影响。
分子结构的重要性体现在以下几个方面：1. 形态与性质分子结构决定了化学物质的形状和三维排列方式，从而直接影响其物理和化学性质。
例如，在有机化合物中，分子结构的改变可以导致物理性质（如熔点、沸点）和化学性质（如反应活性、酸碱性）的变化。
分子结构
40
2.原子轨道形成分子轨道应遵循的三个条件： 2.原子轨道形成分子轨道应遵循的三个条件： (1)对称性匹配 (1)对称性匹配 (2)能量相近 (2)能量相近 (3)最大重叠 (3)最大重叠 3.分子轨道的类型 3.分子轨道的类型 σ分子轨道 π分子轨道
41
4、分子轨道的能级
42
5、电子在分子轨道中的排布 电子在分子轨道中的排布遵循Pauli不相 电子在分子轨道中的排布遵循Pauli不相 容原理、能量最低原理和Hund规则。 容原理、能量最低原理和Hund规则。
46
五、分子的极性和分子间作用力
47
1、分子的极性
分子有无极性取决于整个分子的正、负电荷中 心是否重合，如果分子的正、负电荷中心重合， 则为非极性分子(H 则为非极性分子(H2,O2,CO2)，反之，则为极性 分子(CO,HCl,H O)。 分子(CO,HCl,H2O)。 偶极矩µ 偶极矩µ的定义：极性分子正电中心（或负电 中心）的电量乘以两中心的距离：
21
在不同的分子或原子团中，同一种中心原 子在不同共价分子中可以采取不同的杂化 类型。 例如： C原子 C2H6（sp3）、C2H4（sp2）、C2H2（sp） ）、C ）、C sp） P原子 PCl3（sp3）、PCl5（sp3d）、 ）、PCl
22
三、价层电子对互斥理论 VESPR
23
对ABm型分子或离子，中心原子A价层电子 型分子或离子，中心原子A 对（包括成键电子对和孤对电子）之间存在 排斥力，将使分子中的原子处于尽可能远的 相对位置上，以使彼此之间斥力最小，分子 体系能量最低。
激发 2s 2p 2s 2p
杂化 sp 2p
CO2 HC≡CH HC≡
11
（２） sp2杂化：一个s轨道与两个p轨道杂化， 一个s轨道与两个p 得三个sp 得三个sp2杂化轨道，每个杂化轨道的s成分为 每个杂化轨道的s
2分子结构
·
·
现代价键理论是建立在量子力学基础上, 具体讨论如后:
1. 量子力学处理H2分子的结果
当两个氢原子从远处彼此接近时，将出现两种情 况：如果两个氢原子的两个1s电子,自旋方向相反,在 达到平衡距离R0以前，随着R的减小,电子运动的空间 轨道发生重叠,电子在两核 间出现的机会较多,即两核
间的电子云密度较大，削
路易斯结构式的局限性：
1. 对作为中心原子的第3周期及其以下周期的元素而言, 价 层电子数可以大于 8。例如，PCl5 和 SF6 中的中心原 子价层电子数分别为 10 和 12 。 2. 对于氧分子的结构，第一种表示虽然符合路易斯结构式， 但它不能表达氧分子显示的磁性，后两种表示方法对.
O O
正
z=成键电子对数(n) + 孤对电子对数(m)
例： z( SO 2) = 4+(6-2³4+2)/2=4 4
确定电子对的空间构型—VSEPR理想模型： z=2 直线形
z=3
z=4
平面三角形
正四面体
z=5
z=6
三角双锥
正八面体
根据中心原子的孤对电子对数m ，推断分子的 空间构型。
① m=0: 分子的空间构型即电子对的空间构型
o
o
Cl
H
H
②中心原子和配位原子的电负性大小也影响键角。
:
:
:
N H
107 o18'
N H F
102 o
P F HH H
93o18'
H
F
中心原子电负性大者，键角较大；配位原子 电负性大者，键角较小。
※ w w＞ w s ＞ s- s（配位原子电负性） ※ 处于中心原子的全充满价层里的键合电子 之间的斥力大于处在中心原子的未充满价 层里键合电子之间的斥力。
分子结构与键级理论
分子结构与键级理论分子结构与键级理论是有机化学领域中重要的理论基础之一。
它们通过研究分子的构成元素、化学键的类型和键级等参数，描述了分子的三维结构和化学性质。
本文将详细介绍分子结构与键级理论的基本概念、应用和发展，并探讨其在有机化学研究和实践中的重要性。
一、分子结构的基本概念分子结构是指分子中原子之间的相对排列和空间关系。
分子结构的确定对于了解分子性质、反应机理以及合成方法等方面非常重要。
按照分子结构的不同特点，可以分为平面结构、立体结构和共振结构等。
平面结构的分子中原子呈平面排列，如甲烷分子（CH4）。
立体结构则是指分子中原子呈非平面排列，如四氯化碳（CCl4）。
而共振结构则是指分子中最简单的几种结构无法准确描述分子的性质，需要通过多种结构的线性组合来表示，如苯分子（C6H6）。
二、键的类型和键级在分子中，原子之间通过化学键相互连接。
根据原子之间电子的共享和转移情况，可以将化学键分为共价键、离子键和金属键等。
共价键是指原子通过共享电子对来连接的。
离子键则是由原子之间通过电子转移形成的，其中一个原子捐赠电子，另一个原子接受电子。
金属键则是金属原子之间通过电子云共享形成的。
键级是用来描述化学键中电子的共享程度的指标。
在共价键中，电子可以在两个原子之间共享一对电子（单键）、两对电子（双键）或三对电子（三键）。
键级的高低决定了化学键的强度和稳定性，也对分子性质和反应机理产生重要影响。
例如，双键和三键通常比单键更易发生加成反应。
三、分子结构与键级理论在有机化学中的应用1. 分子构象和立体化学分子结构与键级理论可以用来预测和解释分子构象和立体化学性质。
通过分析化学键的类型和键级，可以预测分子中键长、键角和二面角等参数。
同时，通过研究键的转动和取向，可以揭示分子构象的不同可能性和稳定性。
这对于药物设计、催化剂设计以及有机合成等方面具有重要意义。
2. 反应机理分子结构与键级理论对于解释和预测有机化学反应机理非常重要。
第二章 分子结构
共享电子对
·● ·
●
非金属元素通过和其它元素共用一对电 子形成共价键结合在一起。
H ＋ Cl
H Cl 路易斯结构式
Lewis学说的局限性: 1. 无法解释两个带负电荷的电子为什么不互相排斥，
反而相互配对趋于稳定；
2. 无法解释许多共价化合物分子中原子的外层电子数 虽少于8，或多于8仍能稳定存在。
F
B
F
F
平面三角形结构的BF3分子
3.sp3杂化
CH4的空间构 型为正四面体。
C：2s22p2
2p
2s
键角为：109.5°
45
2s
2p 激发 2s 2p
sp3杂化
sp3
CH4形成 时的sp3杂化。
46
四个sp3杂化轨道
47
二、杂化轨道理论
（三）等性与不等性杂化 （1）等性杂化：所有的杂化轨道都是等同的。 （2）不等性杂化：
原子相互接近时，由于原子轨道的重叠，原子 间通过共用自旋方向相反的电子对使体系能量降低， 由此形成共价键。
重叠部分越大，键越牢固，分子越稳定。
成键原理:
① 电子配对原理 ② 原子轨道最大重叠原理
一、价键理论(Valence Bond Theory, VB)
① 电子配对原理：原子上如果有自旋相反的成单
经典的共价键理论（G.N. Lewis, 1916, 美国）
1. 要点:
共价分子中的原子都有形成稀有气体电子结构的 趋势，求得自身的稳定。
原子通过共用电子对形成化学键。——共价键
“－”单键 “=”双键“ ”三键，价键结构式如：NN
Lewis 的贡献，在于提出了一种不同于离子键的 新的键型，解释了电负性比较小的元素之间原子的成键 事实。
第九章分子结构
NH3分子形成时的轨道杂化。
H2O：几何构型为 型。 ：几何构型为V型 键角为： 键角为：104.5 ° O： 2s22p4 ：
2p 2s
sp 3杂化
sp3不等性杂化 两个杂化轨道能量较低， 两个杂化轨道能量较低， 被两对孤对电子占据。 被两对孤对电子占据。
小结： 小结：杂化轨道的类型与分子的空间构型
§9.2
价键理论
9.2.1 共价键的形成和本质 9.2.2 价键理论的基本要点 与共价键的特点 9.2.3 共价键的键型
9.2.1 共价键的形成和本质
Heitler和London用量子力学处理 2分子 和 用量子力学处理H 用量子力学处理 的形成过程，得到E—R关系曲线。 的形成过程，得到 关系曲线。 关系曲线
判断 I 离子的几何构型 中心原子I 的VPN=(7+1×2 +1)/2=5， 价层电子对排布呈三角双锥构型， n=(7+1－2)/2=3
3
I 属于AX2L3型离子，几何构型为直
线形。
3
思考题： 思考题： 解释NO2+, O3, SnCl3-, OF2, ICl3, I3-, 解释 XeF5+, ICl4- 等离子或分子的空间构型 并指 等离子或分子的空间构型, 出其中心原子的轨道杂化方式。 出其中心原子的轨道杂化方式。
9.3.2 杂化轨道的类型
1. sp型杂化 型杂化
• sp3杂化
CH4的空间构 型为正四面体。 型为正四面体。
C：2s22p2
键角为：109.5 °
2p
2s
2p
2s
激发
2p
2s
3
sp 杂化
sp3
CH4形成 时的sp 杂化。 时的 3杂化。
分子化学结构
分子化学结构分子化学是研究化学反应中原子之间的组合和分解的科学领域。
在本文中，我们将探讨分子化学结构的基本概念、种类、分析方法以及在化学研究和应用中的重要性。
一、分子化学结构的基本概念分子化学结构是指分子中原子的排列方式以及它们之间的相互关系。
这种结构不仅决定了分子的性质和行为，还直接影响化学反应的进行和产物的生成。
分子化学结构的基本概念包括化学键、共价键、离子键、极性、杂化等。
二、分子化学结构的种类根据不同的原子排列方式和键的类型，分子化学结构可以分为小分子、大分子和超分子。
1. 小分子：由相对较少的原子构成，如水（H2O）、氨（NH3）等。
小分子的结构相对简单，更易于表征和分析。
2. 大分子：由较多的原子组成，如蛋白质、核酸等。
大分子通常具有复杂的结构和多样的功能，对于生物体的正常运作起着重要作用。
3. 超分子：由多个小分子通过非共价键相互作用而形成的结构。
超分子结构的形成和特性研究是近年来分子化学领域的热点之一。
三、分子结构的分析方法为了确定和描述分子的结构，科学家发展了各种分析方法，包括实验和理论模拟两方面。
1. 实验方法：实验方法主要包括光谱学、晶体学和电子显微镜等。
光谱学通过测量分子与特定波长的光相互作用来研究分子结构，如红外光谱、核磁共振等。
晶体学利用晶体的周期性结构来反推分子的组织方式。
电子显微镜则可以直接观察分子的形态和结构。
2. 理论模拟：通过量子化学方法和计算机模拟，可以模拟分子的构型、键长、键角等多个参数，进而推导出分子的结构。
这些模拟方法包括分子动力学模拟、密度泛函理论等。
四、分子化学结构在研究和应用中的重要性分子化学结构在化学研究和应用中起着至关重要的作用。
它不仅为化学家提供了认识和理解物质的框架，还为合成新材料、设计新药物、改进能源技术等领域的研究提供了指导和基础。
1. 新材料合成：通过研究分子的结构，可以设计和合成新型材料，如聚合物、纳米材料等，这些材料在电子、光电、医学等领域有着广泛的应用。
分子结构模型的搭建与解释
举例说明分子结构模型在科研和教学中的具体应 用，包括在哪些领域取得了重要的成果，以及如 何帮助学生更好地理解和掌握化学知识。
02
分子结构模型基本概念
分子结构定义
分子结构
分子中原子的空间排列，包括原子间的化学键和分子整体的几何 形状。
化学键
原子间通过共享或转移电子形成的相互作用力，决定分子的稳定 性和性质。
通过分子结构模型预测新 材料的性能，指导实验合 成。
晶体结构解析
利用分子结构模型分析晶 体的原子排列，揭示材料 的物理和化学性质。
材料性能优化
通过调整分子结构模型中 的参数，优化材料的力学 、热学、电学等性能。
生物学中的应用
生物大分子结构解析
01
利用分子结构模型揭示蛋白质、核酸等生物大分子的三维构象
分子结构模型的搭建与解释
汇报人:XX
2024-01-13
目
CONTENCT
录
• 引言 • 分子结构模型基本概念 • 搭建分子结构模型的步骤 • 解释分子结构模型的方法 • 分子结构模型在化学领域的应用 • 分子结构模型在其他领域的应用 • 总结与展望
01
引言
目的和背景
理解分子结构
通过搭建分子结构模型，可以直观地理解分子的三维构型 、键长、键角等关键信息，有助于深入掌握化学知识。
分子结构模型种类
球棍模型
用球表示原子，棍表示化学键，直观展示分子的三 维结构和空间构型。
比例模型
按照原子实际大小比例制作的模型，更真实地反映 分子内部结构。
电子云模型
展示电子在原子周围的概率分布，反映化学键的成 键方式和电子的运动状态。
搭建分子结构模型的意义
新颖的分子结构
新颖的分子结构
分子结构是指分子中原子的排列方式和相互作用。
一个新颖的分子结构通常具有独特的化学性质和物理性质，因此在化学、材料科学、药物研发等领域具有重要的应用价值。
例如，石墨烯是一种由碳原子构成的二维平面分子结构，它具有极高的导电性、导热性和机械强度，因此被广泛应用于电子学、能源、材料科学等领域。
又如，一些有机分子具有手性结构，即分子中的原子排列方式具有左右手不对称性。
这种手性结构可以导致分子在光学、化学和生物学等方面表现出独特的性质，因此在手性药物、手性催化剂等领域具有重要的应用价值。
此外，一些分子结构还具有特殊的拓扑性质，如螺旋形、环形、笼形等。
这些拓扑结构可以影响分子的物理性质和化学反应活性，因此在材料科学、催化剂设计等领域具有潜在的应用前景。
总之，新颖的分子结构具有重要的科学研究和应用价值，它们为人们探索物质世界提供了新的思路和方法。
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如：NH3(107.3°) 、PH3(93.3°)
4.5 价层电子对互斥理论的缺陷
点 学键，这种化学键称为共价键，形成的分子为共
价分子；
➢ 每一个共价分子都有一个稳定的Lewis结构式。
1.1 Lewis结构式
八
稀有气体最外层电子构型（8e－）
隅 律
是一种稳定构型，其他原子倾向于共
规 用电子而使它们的最外层转化为稀有 则
气体的8电子稳定构型。
1.2 Lewis结构式的画法
分子结构、基本理论和 作用
内容提要
➢ Lewis理论 ➢ 价键理论 ➢ 杂化轨道理论 ➢ 价层电子对互斥理论 ➢ 分子轨道理论 ➢ 离域大Π键 ➢ 分子间作用力和氢键
一、Lewis理论
➢ 分子中每个原子均应具有稳定的稀有气体原子
理 的外层电子构型；
论 要
➢ 分子中原子间通过共用一对或多对电子形成化
3、价电子全部用完，经检查，各原子均满足 八隅律要求，上式即为CH4的Lewis结构式。
例2. CO2
1、价电子总数：16 2、将原子间用短线连接起来： 3、将剩余的价电子优先加（• ）到两端 的O原子上，使其满足八隅律的要求。
例2. CO2
4、价电子已全部用完
5、中心C原子不满足八隅律要求，将两端氧 原子上的各一对电子擦去，将其作为共用电 子对用－插入到氧与碳原子之间。
2.3 共价键Leabharlann 类型 σ键2.3 共价键的类型 σ键
2.3 共价键的类型
π键 原子轨道以“肩并肩”方式重叠，
重叠部分对于通过键轴的一个平面呈镜 面反对称性，轨道重叠程度相对较小， 稳定性较低，是化学反应的积极参与者。
2.3 共价键的类型 π键
2.3 共价键的类型 π键
2.3 共价键的类型
5、杂化轨道在空间的伸展满足相互间的排斥 力最小，使形成的分子轨道能量更低。
3.2 常见的杂化类型
sp
BeF2
3.2 常见的杂化类型
sp
3.2 常见的杂化类型
sp
3.2 常见的杂化类型
sp2
BCl3
3.2 常见的杂化类型
sp2
3.2 常见的杂化类型
sp3
CH4
3.2 常见的杂化类型
sp3
1.3 Lewis理论的缺陷
1、未能揭示共价键的本质。 2、八隅律规则不适合某些分子。如：BF3，SF6。
3 、 难 以 解 释 某 些 分 子 的 特 性 。 如 ： SO2 ， NO。
1.4 Lewis共振式
二、价键理论
1927 年 德 国 化 学 家 Heitler 和 London 首 先把量子力学应用到分子结构中，后来 Pauling等人又加以发展，建立了现代价键 理论，简称VB理论（又称电子配对理论）
4.4 各种分子类型的空间构型
各种分子类型的空间构型
(1) 不同键型间的排斥力大小：三键—三键 > 三键— 双键 > 双键— 双键 > 双键—单键 > 单键—单键； (2) 孤电子对(lp)比成键电子对(bp)肥大，所以电子对 间排斥力： lp-lp >> lp-bp > bp-bp； (3) 电负性高的配体，吸引价电子能力强，价电子离中 心原子较远，占据空间角度相对较小。
3.2 常见的杂化类型
sp3d
PCl5
3.2 常见的杂化类型
sp3d2
SF6
3.3 不等性杂化 H2O中O原子的sp3杂化
3.3 不等性杂化 H2O中O原子的sp3杂化
3.4 乙烯成键情况讨论
3.4 乙炔成键情况讨论
四、价层电子对互斥理论（VSEPR）
1940年斯治维克(Sidgwick)在总结了大 量已知共价分子构型的基础上提出来的。 其中心思想是：共价分子中各价层电子对 尽可能采取一种完全对称的空间排布，使 相互间的距离保持最远，排斥力最小。
3.1 杂化轨道理论基本要点
1、孤立原子的轨道不发生杂化，只有在形成 分子时轨道的杂化才是可能的；
2、原子中不同类型的原子轨道只有能量相近 的才能杂化；
3、杂化前后轨道的数目不变；
3.1 杂化轨道理论基本要点
4、杂化后轨道在空间的分布使电子云更加集 中，在与其他原子成键时重叠程度更大、成键 能力更强，形成的分子更加稳定；
2.1 共价键的本质
2.1 共价键的本质
2.1 共价键的本质
原子相互接近时轨道重叠，原子 间通过共用自旋相反的电子对使能量 降低而成键。
2.2 共价键的特点
1、饱和性 2、方向性
2.3 共价键的类型 σ键 原子轨道以“头碰头”方式重叠，
重叠部分沿键轴成圆柱形对称，轨道 重叠程度大，稳定性高。
1、计算所有原子的价电子总数，对离子分别 加、减离子电荷数；
2、写出分子中每个原子的元素符号，并且用 短线（－），代表一对电子，将原子连接起 来；
1.2 Lewis结构式的画法
3、对除中心原子外的所有原子，加（• ） 到原子周围，每个（• ）代表一个电子， 使它满足八隅律的要求（另外注意，氢原 子只需要两个电子）。
4、把剩余的电子分配到中心原子上。
1.2 Lewis结构式的画法
5、检查每个原子周围是否均有八个电子，如 果中心原子周围达不到八电子，尝试擦去与中 心原子相连原子的一对电子，将其作为电子对 （－），插入中心原子与其之间。直到所有原 子满足八隅律。
例1. CH4
1、价电子总数：8 2、将原子间用短线连接起来：
4.1 常见的价层电子对
孤对 电子
单键
双键
叁键
4.2 各价层电子对空间构型
4.3 分子几何构型的判断方法
确定中心原子的价电子对数：
中心原子的价电子数+配体提供的电子数
中心原子的价电子对数=
2
(a) H、卤素作为配体只提供1个电子； (b)氧族元素作为配体不提供电子，作为中心原子提供6个电子； (c) 对于离子，应加上或减去离子所带电荷数；
δ键
原子轨道以“面并面”方式重叠
2.4 价键法的缺陷
价键理论虽然解释了许多分子（特别 是双原子分子）的形成，但对于一些多原 子分子的空间结构和性能却难以说明。 如：CH4分子的正四面体构型，价键理论 就无法解释。
三、杂化轨道理论
在形成分子时，同一原子中不同类型、 能量相近的原子轨道混合起来，重新分配 能量和空间伸展方向，组成一组新的轨道 的过程称为杂化，新形成的轨道称为杂化 轨道。