九共价键和分子间作用力课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,上一内容,下一内容,回主目录,返回,杨金香,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/9/14,#,化学键,(,chemical bond,)：分子或晶体中相邻原子或离子间的,强烈作用力,。,化学键,共价键,离子键,金属键,第9章 共价键和分子间作用力,(,covalent bond and intermolecular force,),内 容 提 要,第一节 共价键理论,1)现代价键理论,2),共价键的类型,3)键参数,4),杂化轨道理论,5）,价层电子对互斥理论,6）分子轨道理论,第二节 分子间的作用力,分子的极性,van der Waals力,氢键,教学基本要求,掌握,键、键的特征；sp,n,杂化类型、特征,；判断分子的极性、分子间力类型。,熟悉,等性、不等性杂化概念；用价层电子对互斥理论,预测分子空间构型,；,氢键,的形成条件、特征、应用。,3.了解,键参数；价键理论、杂化轨道理论基本要点。,H-H,H-Cl,Cl-Cl,两个带相同电荷的电子理应排斥，为什么能相互配对？,8电子,PCl,5,？,经典价键理论（1916年美国化学家,Lewis,),第一节 现代价键理论,第一节 现代价键理论,两氢原子靠近，原子轨道重叠，,核间电子云密度增大，系统能量降低,，核间距 达,74 pm,时形成稳定共价键。,一、氢分子的形成,1927年 Heitler 和 London 用量子力学研究氢分子的形成，解释共价键的本质。,1m=10,3,mm=10,6,um=10,9,nm=10,12,pm,两原子靠近就可成键吗？,第一节 现代价键理论,两个氢原子的,电子自旋相反,，轨道才能重叠成键，称为氢分子的,基态,(ground state)。电子自旋方向相同时，轨道重叠部分的波函数,值相减，互相抵消，核间电子的概率密度几乎为零，称为氢分子的排斥态(repulsion state)。,第一节 现代价键理论,第一节 现代价键理论,3.原子轨道重叠愈多，核间电子云愈密集，共价键愈牢固，称为原子轨道,最大重叠原理,。因此原子轨道将沿最大程度方向重叠，决定了共价键的,方向性,。,现代价键理论（valence bond theory,VB法）要点,两个原子,自旋相反,的单电子配对，原子轨道重叠，核间电子云密度增大，系统能量降低，形成稳定的共价键。,2.原子中单电子才能配对。所以每个原子形成,共价键的数目等于单电子数目,。这就是共价键的,饱和性,（,HCl,H,2,O,NH,3,)。,第一节 现代价键理论,HCl分子形成时，s轨道和p轨道重叠方向,+,-,+,+,-,+,+,+,-,第一节 现代价键理论,共价键的类型,键,按成键,重叠方式,：,键,正常共价键,按,电子对来源,：,配位共价键,第一节 现代价键理论,1）键：原子轨道沿键轴（成键核间连线，设为x轴）以,“头碰头”,方式进行重叠，重叠部分沿键轴呈圆柱形对称分布，形成共价键。如s-s、s-p,x,和p,x,-p,x,轨道重叠。,1.键和键,键重叠过程,第一节 现代价键理论,2）键：,互相平行的p,y,或p,z,轨道则以,“肩并肩”,方式进行重叠，重叠部分垂直于键轴并呈镜面反对称。,第一节 现代价键理论,例:,N,2,N,2,分子形成示意图,N,2,形成过程,键和键特点比较,键型,重叠,轨道,重叠,方式,特点,存在,状况,稳定性,化学,活泼性,键,s-s,s-p,x,p,x,-p,x,头碰头,重叠部分沿键轴呈圆柱对称,可单独存在,不易断,差,键,p,y,-p,y,p,z,-p,z,肩并肩,重叠部分垂直于键轴且镜面反对称,只能与,键共存,易断,强,d-p 键，重金属原子间d轨道面对面,键，四重,第一节 现代价键理论,如果共价键是由成键两原子,各提供1个电子,配对成键的，称为,正常,共价键。,如果共价键的形成是由成键两原子中的一个原子,单独提供电子对,进入另一个原子的,空轨道,共用而成键，这种共价键称为,配位共价键。,简称 配位键,（coordination bond）。如CO,正常共价键和配位共价键,第一节 现代价键理论,例:CO,C,O,配位键用“”表示，箭头从提供电子对的原子指向接受电子对的原子。,第一节 现代价键理论,表征化学键性质的物理量称为键参数,共价键的键参数主要有,键能、键长、键角,及,键的极性,。,从能量因素来衡量共价键强度的物理量,一般,键能越大，键越牢固,。,四、键参数,（bond parameter）,1.键能,（bond energy）,第一节 现代价键理论,分子中两成键原子的核间平衡距离。,键长愈短,键愈牢固,相同两原子形成的键长C C：,单键键长 双键键长 叁键键长。,例：CC键长为154 pm；CC键长为134 pm；CC键长为120 pm,2.键长,（bond length）,第一节 现代价键理论,分子中,同一原子,形成的两个化学键间的夹角,它是反映分子空间构型的一个重要参数。如H,2,O分子中的键角为104,o,45，分子为V形结构；CO,2,分子中的键角为180,o,，分子为直线形结构。,一般而言，,根据分子中的键角和键长可确定分子的空间构型,。,3.键角,（bond angle）,第一节 现代价键理论,当成键原子的,电负性相同,，原子核正电荷形成的正电荷重心和核间电子云的负电荷重心重合，形成,非极性,共价键（nonpolar covalent bond）。,当成键原子的,电负性不同,，核间电子云偏向电负性较大原子的一端，使之带部分负电荷，而电负性较小原子的一端带部分正电荷，正电荷重心与负电荷重心不重合，形成,极性,共价键（polar covalent bond）。,4.,键的极性,（polarity of covalent bond）,由成键原子的,电负性不同,引起,第一节 现代价键理论,键型与成键原子电负性差值的关系,物 质,NaCl,HF,HCl,HBr,HI,Cl,2,电负性差值,2.1,1.9,0.9,0.7,0.4,0,型键,离子键,极 性 共 价 键,非极性共价键,一般，,X,A,-X,B,2.0,，离子键；2.0，共价键。,但有例外，如BF,3,，差值2.0，不是离子键；,CaS，差值1.5，却是离子键。,CH,4,空间构型:,正四面体,CH,4,:,如何解释？,共价键理论优缺点,可解释方向性和饱和性，,但无法解释多原子分子,空间构型,五、杂化轨道理论,3.杂化轨道之间力图在空间取最大夹角分布，使相互间的,排斥能最小,，故形成的键较稳定。不同类型的杂化轨道之间的夹角不同，成键后所形成的分子就具有不同的空间构型。,（一）,杂化轨道理论的要点,成键过程中，,同一原子,中几个,能量相近,类型不同的原子轨道线性组合，重新分配 能量和空间方向，组成等数目的杂化轨道（hybrid orbital）。,2.杂化轨道的角度波函数在某方向的值比杂化前大得多，更有利于原子轨道间最大程度地重叠，因而,杂化轨道比原来轨道的成键能力强,。,杂化轨道理论,（二）杂化轨道类型及实例分析,sp,n,型和spd型杂化,1个s,轨道和,n,个p,轨道杂化形成（,n,+1,）个,sp,n,杂化轨道,1个s,轨道和,1个p,轨道杂化形成,2个,sp杂化轨道,1个s,轨道和,2个p,轨道杂化形成,3个,sp,2,杂化轨道,1个s,轨道和,3个p,轨道杂化形成,4个,sp,3,杂化轨道,杂化轨道理论,sp杂化,sp,杂化:,BeCl,2,:,Be:,Be,Cl,Cl,2,s,2,p,激发,2,s,2,p,sp,杂化,sp,2,p,杂化轨道理论,AB,2,molecules:,BeCl,2,Be:2s,2,B:,sp,2,杂化:,BF,3,:,激发,B,F,F,F,2,s,2,p,sp,2,杂化,2,s,2,p,sp,2,2,p,CH,4,的形成,激发,sp,3,杂化,sp,3,2,s,2,s,2,p,2,p,C:,CH,4,的形成,sp,3,杂化,杂化轨道理论,键和键特点比较,键型,重叠方式,重叠轨道,存在状况,键,头碰头,s-s,s-p,x,p,x,-p,x,可单独存在,键,肩并肩,p,y,-p,y,p,z,-p,z,只能与,键共存,sp,n,型,的三种杂化小结,sp,n,型,的三种杂化,杂化类型,sp,sp,2,sp,3,参与杂化的原子轨道,杂化轨道数,杂化轨道间夹角,空间构型,实 例,1个s+1个p 1个s+2个p 1个s+3个p,2个sp杂化轨道 3个sp,2,杂化轨道4个sp,3,杂化轨道,180,o,120,o,109,o,28,直 线,BeCl,2,，,C,2,H,2,正三角形,正四面体,BF,3,C,2,H,4,CH,4,，CCl,4,用杂化轨道理论解释C,2,H,4,、C,2,H,2,的成键过程？(或标出键型）,乙烯,乙炔直线型,C,C,H,H,H,H,C,C,H,H,p,y,-p,y,键,p,z,-p,z,键,杂化轨道理论,spd型杂化,杂化类型,dsp,2,sp,3,d,d,2,sp,3,或sp,3,d,2,杂化轨道数,4,5,6,空间构型,平面四方形,三角双锥,正八面体,实 例,Ni(CN),4,2-,PCl,5,Fe(CN),6,3-,Co(NH,3,),6,2+,下章“配位化合物”讲,NH,3,:,N:,不等性杂化:,产生不完全等同轨道的杂化.,N,H,H,H,HNH=107,2,s,2,p,sp,3,杂化,sp,3,如何解释NH,3,空间构型三角锥形？,2.等性杂化和不等性杂化,NH,3,H,2,O,NH,3,和H,2,O,的空间构型,杂化轨道理论,等性杂化,不等性杂化：,sp,3,杂化为例,杂化,轨道,sp,sp,2,sp,3,s成分,1/2,1/3,1/4,p成分,1/2,2/3,3/4,电子对,类型,孤电子对,成键,电子对,s成分,1/4,1/4,p成分,3/4,注 意,完全由一组具有未成对电子的原子轨道或空轨道参与的杂化为,等性杂化,。,有孤对电子参与的杂化为,不等性杂化,。,例如，CHCl,3,，C 采取的杂化方式是 sp,3,等性杂化，但因分子中三个C-Cl 键与 C-H 键并不等同，所以为变形四面体，而不是正四面体。,注意：等性杂化并不表示形成的共价键等同,。,注 意,杂化轨道理论只能,解释说明,“实验事实”！,解释说明,可否,预测,呢？,六、,价层电子,对互斥理论,(AB,n,),(,v,alence,s,hell,e,lectron,p,air,r,epulsion theory),（一）中心原子和配位原子,Be,Cl,2,B,F,3,C,H,4,N,F,3,H,2,O,（二）用价层电子对互斥理论（,VSEPR,）判断主族元素,AB,n,型分子或离子的空间构型,1.确定中心原子价层电子对数,中心原子的,价层电子数,和,配体所提供的共用电子数,的总和除以2,价层电子对数,(中心原子的价电子数+配体提供的共用电子数),价层电子,对互斥理论,(AB,n,),作为中心原子，卤素原子按提供7个电子计算，氧族元素的原子按提供6个电子计算，即,提供的电子数等于其族数,；,双键、叁键等多重键作为1对电子看待,。,计算电子对数时，若剩余1个电子，亦当作 1对电子处理；,对于复杂离子，还应加上负离子电荷数或减去正离子电荷数；,作为配体，每个卤素原子和H原子提供1个电子，,氧族元素的原子不提供电子；,规定：,价层电子对互斥理论,确定中心原子,价层电子对,的理想空间构型-,排斥力最小,价层电子对互斥理论,确定,分子或离子,的空间构型,中心原子电子对数,价层电子对构型,分子 类型,成键电子对数,孤电子对数,分子构型,实 例,2,直线,AB,2,2,0,直线,HgCl,2,CO,2,3,正三角形,AB,3,3,0,正三角形,BF,3,NO,3,-,AB,2,2,1,V形,PbCl,2,SO,2,4,正四面体,AB,4,4