无机化学 第九章

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sp3d2杂化
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4.不等性sp3杂化
NH 3
HNH 107 18 '
ο
2p
sp3杂化
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2s
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H 2O
HOH 104 30
ο
'
2p 2s
sp 杂化
3
sp
平面三角形
正四面体
VP=5
VP=6
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三角双锥
正八面体
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•确定中心原子的孤对电子对数，推断分子 的空间构型。 ① LP=0: 分子的空间构型=电子对的空间构型 例如：
BeH22 VP= 2 (2+2)=2 BeH
1 1 1
直线形 平面三角形
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BF3 3
CH4 CH 4
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•方向性
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9.2.2 共价键的键型
1.σ键： 原子轨道沿核间 联线方向进行同号重 叠(头碰头)。 无 机 化 学 教 案
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2.π键： 两原子轨道垂直核间联线并相互平行 进行同号重叠(肩并肩)。
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电子对的 空间构型
分子的 空间构型
例 SnCl2 NH3 H 2O SF4 ClF3 XeF2
1 1
平面三角形 四面体
V形 三角锥
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VP = 5，电子对空间构型为三角双锥，
LP占据轴向还是水平方向三角形的某个 顶点？原则：斥力最小。 例如：SF4 VP=5 LP=1
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§9.5
分子轨道理论
9.5.1 分子轨道
9.5.2 同核双原子分子 9.5.3 异核双原子分子
*9.5.4 关于原子轨道和
分子轨道的对称性
9.5.1 分子轨道
分子轨道：是以多个原子核为中心构 成的多中心轨道，分子轨道波函数也是 Schrodinger 方程的解。可以采取原子轨道 线性组合的方法求得分子轨道的波函数。
单键： σ键 以-表示,如H-Cl 双键：一个σ键一个π键。以=表示,如O=C=O 叁键：一个σ键两个π键。 以=表示
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3.配位键 形成条件：成键原子一方有孤对电子， 另一方有空轨道。 例：NH 无 机 化 学 教 案
2s
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4
CO
BF4
杂化轨道------形成分子的过程中,原子 间的相互影响使能量相近的原子轨道相互 混合,形成的新的轨道。 杂化是在分子形成的过程中进行的,孤立 的原子不能杂化。 无 机 必须是能量相近的原子轨道才能够混合杂 化 化。 学 教 案
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杂化轨道理论基本要点： •成键时能量相近的价电子轨道混合杂化， 形成新的价电子轨道——杂化轨道。 •杂化前后轨道数目不变。 无 机 化 学 教 案 •杂化后轨道伸展方向，形状发生改变。
∠HCH＝109。28｀ C：2s22p2
2p
2s
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2p
2p
激发
2s
2s
sp 杂化
3
sp3
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CH 4的形成
末页
四个sp3杂化轨道
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为什么CH4是四面体结构而不是平面正方形结构？ CH4形成过程中2S电子被激发的能量来自于何处 ？
正四面体键角更大，键间的斥力比正 方形结构要小。
无 机 化 学 教 案 成键过程中的能量降低足以补偿激发 2S电子所需能量。 杂化轨道的形状发生改变，更有利与 成键,形成共价键更稳定。
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3
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小结：杂化轨道的类型与分子的空间构型
杂化轨道类型 SP 杂化轨道数
SP2 SP3 不等性SP3
参加杂化的轨道 s+p s+(2)p s+(3)p
2
3
4
s+(3)p 4
180 120 109 28 ' 90 109 28 ' 成键轨道夹角
F


H


C
2p
HNH

2
O
2
FBF
H
F
2s 2 p
2s 2 p
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2
1
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价键理论基本要点回顾： 自旋相反的未成对价电子相互形成共价键
共价键具有饱和性和方向性 无 机 化 学 教 案
如:HCl的空间构 型为直线型 ∠HCl＝180。
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≈ 90 如:H2S中∠HSH= ? 。 S：3s23p4
3p
3s
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Why：H2O的键角为104.5° CH4的空间构型为正四面体， ∠HCH＝109°28｀
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C：2s22p2
2p
2s
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9.3 杂化轨道理论
1.sp3杂化
CH4的空间构型为正 四面体，
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节面
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2.价键理论基本要点与共价键的特点 价键理论基本要点： •原子轨道最大程度地重叠。 共价键的特点： •饱和性 H Cl H O H N N
•自旋方式相反的未成对价电子相互配对成键；
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3.sp杂化 Be：2s2
2s
2p
H
BeH2的空间构型为直线形 H Be
2p
2s
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激发
2p
2s
sp
sp杂化
Be采用sp杂化
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生成BeH2
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两个sp杂化轨道
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sp3d杂化
第九章
§9.1 §9.2
§9.3
分子结构
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 键参数
§9.4 §9.5 §9.6
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分子-----保持物质基本化学性质的最小 微粒。参与化学反应的基本单元之一。
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§9.1
Lewis理论
化学键： 分子或晶体中相邻原子(或离子)之间 强烈的吸引作用。
•杂化轨道成键是要满足化学键间最小排斥 原理.
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2.sp2杂化
H
BH3的空间构型 为平面三角形
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B
H
2p
H
B： 2s22p1
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2s
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2p
2p
激发
2s
2s
sp2
sp2杂化
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BH 3的形成
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三个sp2杂化轨道
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分子空间构型
直线形 三角形 四面体 三角锥 V型
实例
BeCl 2 BF 3 CH 4 HgCl 2 BCl 3 SiCl 4
NH 3
Be(ⅡA) B(ⅢA) 中心原子 Hg(ⅡB) (ⅣA) 首页 上一页 下一页
PH 3 C,Si N,P
H 2O H 2S
O,S
(ⅤA) (ⅥA) 末页
效的分子轨道。
③最大重叠：原子轨道最大程度地重叠。
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x
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H2分子轨道的形成
反键分子轨道 σ*1s 成键分子轨道 σ1s 节面 原子轨道 1s
F
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F F
S
F
F
F F
..
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
S
F
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F
F F
S
F F
F
S
F
F
LP－BP(90o) 3 2 结论：LP占据水平方向三角形, 稳定 分子构型为变形四面体(跷跷板形)。
1 6
八面体
四方锥
IF5
2 八面体
平面正方形
XeF4
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化学键理论： 离子键理论
价键理论 共价键理论 分子轨道理论
杂化轨道理论、 价层电子对互斥理论
金属键理论
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1913年德国化学家W.Kossel提出了离 子键理论： 金属与非金属元素间形成化合物中的化 学键，是它们的原子彼此发生电子转移， 各自变成阳离子和阴离子的结果。 比如像NaCl 这种由异电荷离子的吸引所产生的化 学结合力称为离子键
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②配体X：H和卤素每个原子各提供一个价 电子, 氧与硫不提供价电子； ③正离子应减去电荷数,负离子应加上电荷数。 1 2 例：VP(SO 4 ) = (6+4³0+2)=4 首页 上一页 2 下一页 末页
•确定电子对的空间构型： VP=2 直线形
VP=3
无 机 化 学 教 案 VP=4
P
F HH H
93 o18 '
配位原子电负性大者，键角较小；中 心原子电负性大者，键角较大。
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: H
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F
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思考题：
解释NO2+, O3, SnCl3-, OF2, ICl3, I3-,
无 机 化 学 教 案 XeF5+, ICl4- 等离子或分子的空间构型, 并指 出其中心原子的轨道杂化方式。
式中： Ψａ， Ψｂ — 原子轨道
EⅡ Ea
Eb
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EⅠ
分子轨道能量与原子轨道能量比较
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成键三原则： ①能量相近: 只有能量相近的原子轨道才能组
合成有效的分子轨道。
②对称性匹配: 原子轨道（波函数）σ轨道与 无 机 化 学 教 案
σ轨道匹配，π轨道与π轨道匹配才能组合成有
VP= 2 (3+3)=3
VP= 2 (4+4)=4
1 1
四面体
三角双锥
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PCl55 VP= (5+5)=5 PCl 2
SF SF6 6 首页
VP= 2上一页 (6+6)=6
八面体
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②LP≠0 ：分子的空间构型不同于电子对的 空间构型。 VP LP 3 无 机 化 学 教 案 4 2 5 四面体 V形 1 三角双锥 变形的四面体 2 三角双锥 T形
键角越大斥力越小
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推断分子或离子的空间构型的具体步骤： 确定中心原子的价层电子对数
确定电子对的空间构型： 无 机 化 学 教 案
确定中心原子的孤对电子对数，推断分子 的空间构型。
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•确定中心原子的价层电子对数， 以AXm为例 (A—中心原子,X—配位原子) ： VP=1/2[A的价电子数+X提供的价电子数 负 ±离子电荷数( 正 )] 原则： ①A的价电子数=主族序数；
核运动，从而将键合原子牢固地联系成稳定的分子。 这种由共用电子对形成的化学键称为共价键。
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§9.2
价键理论
9.2.1 共价键的形成与本质
9.2.2 共价键的键型
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1.量子力学处理H2分子的结果 两个氢原子电 子自旋方式相反， 靠近、重叠，核间 形成一个电子概率 密度较大的区域。 系统能量降低，形 成氢分子。 核间距 R0为74 pm。 共价键的本质——原子轨道重叠，核间 电子概率密度大吸引原子核而成健。
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例如： A+B→AB
ΨI CaΨa C bΨb
ΨⅡ C Ψa C Ψb
' a ' b
无 机 Ψ — 成键分子轨道； ΨⅡ — 反键分子轨道。 Ⅰ 化 C ， C ' 系数，表示原子轨道对 分子轨道的 — 学 教 贡献程度。 案
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进一步讨论影响键角的因素： ①π键的存在，相当于孤对电子排斥成 键电子，使键角变小。例如：
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Cl
111 o18 '
124 o 21 '
C=O
Cl
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②中心原子和配位原子的电负性大小 也影响键角。例如：
: : N H F
102 o
N H 无 机 化 学 教 案
107 o18 '
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美国化学家Lewis根据多数分子中电子数的总和
是偶数，认为：原子欲达到稳定的惰气型结构，可
以由键合原子共用电子对来实现。 例如，氢与氯结合形成H-Cl键时，二者共用电
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子对各自变成氦型和氩型结构。由于共用电子对同 属于相键合的原子，同时围绕着键合原子的原子
思考题：解释CCl4，CO2的分子构型。
已知： CO2为直线型； 无 机 化 学 教 案
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§9.4 价层电子对互斥理论(VSEPR法）
基本要点： •分子或离子的空间构型与中心原子的 价层电子对数目有关。 无 机 化 学 教 案 价层电子对=σ键电子对+孤对电子对 (VP) (σBP) (LP) •价层电子对尽可能远离,以使斥力最小。 LP-LP > LP-BP > BP-BP