第二章 分子结构PPT课件
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一、 经典共价键理论（电子配对理论） 二、 现代价键理论 三、 杂化轨道理论 四、共价键参数
一、 经典共价键理论
1916年，路易斯（G.N.Lewis）提出了原子间共 用电子对成键的概念。
他认为，同种元素的原子以及电负性相近的原子 间可以通过共用电子对形成分子。
Lewis结构
H ＋Βιβλιοθήκη BaiduCl
H Cl 路易斯结构式
二、现代价键理论
σ键类型
σs-s σp-p
σs-p
二、现代价键理论
π键 成键轨道绕键轴旋转 180°时，图形复 原，但符号变为相反。
xx px
++
绕键轴旋转
键轴
z
180°
++
二、现代价键理论
π键类型
πp-d
πp-p
πd-d
轨道对称轴相互平行--“肩并肩” 重叠
价键理论的意义：
• 价键理论继承了路易斯经典学说的共用电 子对的概念。
• 以量子力学为基础。 • 揭示了共价键的本质——原子轨道重叠，
原子核间电子概率密度大吸引原子核而 成键。
三、杂化轨道理论
• 杂化：同一原子中能量相近的某些原子轨道， 在成键过程中重新组合成相同数目的新轨道， 而改变了原来原子轨道的状态。这个过程称 为杂化。
• 杂化轨道：所形成的新轨道叫做杂化轨道。
• sp3杂化 一个s轨道和三个p轨道间的杂化
• sp杂化 直线型 两轨道夹角为180°
• sp2杂化 平面三角形 3轨道共面，夹角为120°
• sp3杂化 四面体 轨道分别指向四面体的
•
4个顶角，轨道夹角为109.5°
杂化轨道与分子空间构型
杂化 轨道
杂化
轨道 数目
键角
分子几何构 型
实例
sp
2 120° 直线形
键角为：104.5°
O： 2s22p4
2p
2s
s p3杂化
sp3不等性杂化
两个杂化轨道能量较低，被两对孤对
电子占据。
H2O分子和NH3分子的sp3不等性杂化
小结：杂化轨道的类型与分子的空间构型
杂化轨道类型 sp sp2 sp3 不等性sp3
参加杂化的轨道 s+p s+2p s+3p s+3p
BeCl2,CO2
sp2
3
180° 平面三角形 BF3,AlCl3
sp3 4 109.5°四面体
CH4,CCl4
sp3d 5 90°,120°三角双锥 PCl5
sp3d2 6
90° 八面体
SF6,SiF62-
等性杂化
杂化具有不成对电子的原子轨道间进 行，杂化后所得各杂化轨道中所含各种 原来轨道的成分相等。
杂化轨道理论的要点
• 1. 能量相近的轨道才能杂化。
• 2. 杂化轨道的数目与组成杂化轨道的各 原子轨道的数目相等。
• 3. 杂化轨道的成键能力比原来轨道加强。 Reasons 1) 杂化轨道的电子云形状改变； 2) 杂化轨道方向改变。
杂化轨道类型 —— sp杂化
BeCl2分子：直线形
键角为：180°
Be：1s22s2
2p 2s
BeCl2形成时的sp杂化
2s
2p
激发 2s 2 p
sp sp杂化
sp杂化
s轨道
p轨道
sp杂化轨道
sp杂化轨道在空间取向
BeCl2分子用杂化轨道成键
杂化轨道类型 —— sp2杂化
BF3的空间构型: 平面三角形
键角为：120°
B：1s22s22p1
2p
2s
BF3形成时的sp2杂化
2s
2p
2p 激发 2s
sp2 sp2杂化
sp2杂化
杂化轨道类型 —— sp3杂化
CH4的形成
2p 2s
激发
2p
2s
sp3杂化
sp3
sp3–s 成键
重叠
sp3杂化轨道示意图
CH4分子的空间结构
sp3杂化.
杂化小结
• sp杂化 一个s轨道和一个p轨道间的杂化
• sp2杂化 一个s轨道和两个p轨道间的杂化
(1) 共价键具有饱和性； (2) 共价键具有方向性.
二、现代价键理论
－
＋
x
二、现代价键理论
(三) 共价键的类型 σ键（头碰头）
• 按成键重叠方式： π键（肩并肩）
普通共价键（双方） • 按电子对来源：
配位共价键（单方）
二、现代价键理论
σ键：沿着键轴方向重叠--“头碰头” 重叠
将成键轨道沿着键轴旋转任意角度，图形及 符号均保持不变。
第二章 分子结构
序言
• 原子怎样结合成为分子？ 化学键
Link
• 离子键 – 共价键 – 金属键
• 分子的形状？ － 分子构型 • 分子怎样组成物质材料？－分子间作用力
分子结构
分子: 化学反应的基本单元 物质的性质
分子的性质 分子的内部结构
化学键 空间构型
分子间力 结构与物质的物理、
化学性质的关系
② 带负电荷的两个电子如何能够配对？ ③ 共价键的饱和性和方向性？
二、现代价键理论(valence bond)
(一)共价键的本质
能 量
排斥态
↑
↑
0
↑
↓
基态
D
Ro
核间距
氢分子的共价键理论
二、现代价键理论
共价键的本质： 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。
二、现代价键理论
（一）理论要点：
认为共价键的本质是两个原子有自旋
方向相反的未成对电子，它们的原子轨道 发生了重叠，使体系能量降低而成键。
共价键的形成条件： 成键原子有自旋相反的未成对电子。
成键电子的原子轨道最大重叠。
最大重叠原理
二、现代价键理论 (二) 共价键的特点
不等性杂化
有孤对电子所占据的原子轨道也参 与杂化，形成的各杂化轨道中，所含原 来轨道的成分不相等。
sp3不等性杂化：NH3 , H2O
NH3：几何构型 为三角锥
键角为：107°
N： 2s22p3
2p
2s
s p3杂化
sp3不等性杂化
一对孤对电子占据的杂化轨道能量较
低，含更多的s成分。
H2O：几何构型为V型。
成键中每个原子都达到稀有气体的稳定结构。
——“八隅律”
一、 经典共价键理论
共价键: 原子通过共用电子对所形成的化学键。
意义：路易斯的共价键理论初步揭示了共价键 与离子键的本质区别。对于分子结构的认识前 进了一步。
路易斯学说的局限性：
① 有些稳定分子的中心原子最外层电子数可 以少于 8 (如: BF3) 或多于 8 (如PCl5, SF6)
分子结构 ( Molecular structure)
分子结构的研究通常
包括两个方面的问题
分子或晶体的空间构型
原子间的 结合方式
化学键
原子间的 相对位置
化学键的定义
分子内部直接相邻的原子间强的相互作 用力称为化学键
化学键有三种类型：
化学键的类型
离子键 共价键 金属键
第二节 共价键
第一部分：共价键理论分类
一、 经典共价键理论
1916年，路易斯（G.N.Lewis）提出了原子间共 用电子对成键的概念。
他认为，同种元素的原子以及电负性相近的原子 间可以通过共用电子对形成分子。
Lewis结构
H ＋Βιβλιοθήκη BaiduCl
H Cl 路易斯结构式
二、现代价键理论
σ键类型
σs-s σp-p
σs-p
二、现代价键理论
π键 成键轨道绕键轴旋转 180°时，图形复 原，但符号变为相反。
xx px
++
绕键轴旋转
键轴
z
180°
++
二、现代价键理论
π键类型
πp-d
πp-p
πd-d
轨道对称轴相互平行--“肩并肩” 重叠
价键理论的意义：
• 价键理论继承了路易斯经典学说的共用电 子对的概念。
• 以量子力学为基础。 • 揭示了共价键的本质——原子轨道重叠，
原子核间电子概率密度大吸引原子核而 成键。
三、杂化轨道理论
• 杂化：同一原子中能量相近的某些原子轨道， 在成键过程中重新组合成相同数目的新轨道， 而改变了原来原子轨道的状态。这个过程称 为杂化。
• 杂化轨道：所形成的新轨道叫做杂化轨道。
• sp3杂化 一个s轨道和三个p轨道间的杂化
• sp杂化 直线型 两轨道夹角为180°
• sp2杂化 平面三角形 3轨道共面，夹角为120°
• sp3杂化 四面体 轨道分别指向四面体的
•
4个顶角，轨道夹角为109.5°
杂化轨道与分子空间构型
杂化 轨道
杂化
轨道 数目
键角
分子几何构 型
实例
sp
2 120° 直线形
键角为：104.5°
O： 2s22p4
2p
2s
s p3杂化
sp3不等性杂化
两个杂化轨道能量较低，被两对孤对
电子占据。
H2O分子和NH3分子的sp3不等性杂化
小结：杂化轨道的类型与分子的空间构型
杂化轨道类型 sp sp2 sp3 不等性sp3
参加杂化的轨道 s+p s+2p s+3p s+3p
BeCl2,CO2
sp2
3
180° 平面三角形 BF3,AlCl3
sp3 4 109.5°四面体
CH4,CCl4
sp3d 5 90°,120°三角双锥 PCl5
sp3d2 6
90° 八面体
SF6,SiF62-
等性杂化
杂化具有不成对电子的原子轨道间进 行，杂化后所得各杂化轨道中所含各种 原来轨道的成分相等。
杂化轨道理论的要点
• 1. 能量相近的轨道才能杂化。
• 2. 杂化轨道的数目与组成杂化轨道的各 原子轨道的数目相等。
• 3. 杂化轨道的成键能力比原来轨道加强。 Reasons 1) 杂化轨道的电子云形状改变； 2) 杂化轨道方向改变。
杂化轨道类型 —— sp杂化
BeCl2分子：直线形
键角为：180°
Be：1s22s2
2p 2s
BeCl2形成时的sp杂化
2s
2p
激发 2s 2 p
sp sp杂化
sp杂化
s轨道
p轨道
sp杂化轨道
sp杂化轨道在空间取向
BeCl2分子用杂化轨道成键
杂化轨道类型 —— sp2杂化
BF3的空间构型: 平面三角形
键角为：120°
B：1s22s22p1
2p
2s
BF3形成时的sp2杂化
2s
2p
2p 激发 2s
sp2 sp2杂化
sp2杂化
杂化轨道类型 —— sp3杂化
CH4的形成
2p 2s
激发
2p
2s
sp3杂化
sp3
sp3–s 成键
重叠
sp3杂化轨道示意图
CH4分子的空间结构
sp3杂化.
杂化小结
• sp杂化 一个s轨道和一个p轨道间的杂化
• sp2杂化 一个s轨道和两个p轨道间的杂化
(1) 共价键具有饱和性； (2) 共价键具有方向性.
二、现代价键理论
－
＋
x
二、现代价键理论
(三) 共价键的类型 σ键（头碰头）
• 按成键重叠方式： π键（肩并肩）
普通共价键（双方） • 按电子对来源：
配位共价键（单方）
二、现代价键理论
σ键：沿着键轴方向重叠--“头碰头” 重叠
将成键轨道沿着键轴旋转任意角度，图形及 符号均保持不变。
第二章 分子结构
序言
• 原子怎样结合成为分子？ 化学键
Link
• 离子键 – 共价键 – 金属键
• 分子的形状？ － 分子构型 • 分子怎样组成物质材料？－分子间作用力
分子结构
分子: 化学反应的基本单元 物质的性质
分子的性质 分子的内部结构
化学键 空间构型
分子间力 结构与物质的物理、
化学性质的关系
② 带负电荷的两个电子如何能够配对？ ③ 共价键的饱和性和方向性？
二、现代价键理论(valence bond)
(一)共价键的本质
能 量
排斥态
↑
↑
0
↑
↓
基态
D
Ro
核间距
氢分子的共价键理论
二、现代价键理论
共价键的本质： 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。
二、现代价键理论
（一）理论要点：
认为共价键的本质是两个原子有自旋
方向相反的未成对电子，它们的原子轨道 发生了重叠，使体系能量降低而成键。
共价键的形成条件： 成键原子有自旋相反的未成对电子。
成键电子的原子轨道最大重叠。
最大重叠原理
二、现代价键理论 (二) 共价键的特点
不等性杂化
有孤对电子所占据的原子轨道也参 与杂化，形成的各杂化轨道中，所含原 来轨道的成分不相等。
sp3不等性杂化：NH3 , H2O
NH3：几何构型 为三角锥
键角为：107°
N： 2s22p3
2p
2s
s p3杂化
sp3不等性杂化
一对孤对电子占据的杂化轨道能量较
低，含更多的s成分。
H2O：几何构型为V型。
成键中每个原子都达到稀有气体的稳定结构。
——“八隅律”
一、 经典共价键理论
共价键: 原子通过共用电子对所形成的化学键。
意义：路易斯的共价键理论初步揭示了共价键 与离子键的本质区别。对于分子结构的认识前 进了一步。
路易斯学说的局限性：
① 有些稳定分子的中心原子最外层电子数可 以少于 8 (如: BF3) 或多于 8 (如PCl5, SF6)
分子结构 ( Molecular structure)
分子结构的研究通常
包括两个方面的问题
分子或晶体的空间构型
原子间的 结合方式
化学键
原子间的 相对位置
化学键的定义
分子内部直接相邻的原子间强的相互作 用力称为化学键
化学键有三种类型：
化学键的类型
离子键 共价键 金属键
第二节 共价键
第一部分：共价键理论分类