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专题四 分子空间结构与物质性质 第一单元 分子构型与物质的性质 分子的空间构型
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复习回顾 http://sce.scnu.edu.cn/course/inorgchem/hxyl-04/chap02/know_2ab.html
σ键 成键方式 “头碰头”,呈轴对称 共价键 π键 成键方式 “肩并肩”,呈镜像对称 键能 衡量化学键的强弱 键参数 键长 键角 描述分子的立体结构的重要因素
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形形色色的分子 O2 HCl CO2 H2O
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C2H2 CH2O COCl2 P4 NH3
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CH3COOH CH3CH2OH CH4 C6H6 C8H8 CH3OH
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C60 C20 C40 C70 问题
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问题: 2s 2px 2py 2pz C 2s px py pz C原子与H原子结合形成的分子为什么是CH4,而不是CH2或CH3?CH4分子为什么具有正四面体的空间构型(键长、键能相同,键角相同为109°28′)?
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1.杂化轨道理论简介 C H 为了解决这一矛盾,鲍林提出了杂化轨道理论,
它的要点是:当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时,碳原子的2s轨道和3个2p轨道会发生混杂,混杂时保持轨道总数不变,得到4个能量相等、成分相同的sp3杂化轨道,夹角109 28 ′,表示这4个轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的如下图所示: 2s 2p C的基态 2s 2p 激发态 正四面体形 sp3 杂化态 激发 C H 109°28’
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等性sp3 杂化 原子形成分子时,同一个原子中能量相近的一个 ns 轨道与三个 np 轨道进行混合组成四个新的原子轨道称为 sp3 杂化轨道。 SP2
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等性sp2 杂化 同一个原子的一个 ns 轨道与两个 np 轨道进行杂化组合为 sp2 杂化轨道。sp2 杂化轨道间的夹角是120°,分子的几何构型为平面正三角形。 BF3分子形成 2p 2s 激发态 2s 2p B的基态 正三角形 sp2 杂化态 激发 B F 120°
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sp2杂化:三个夹角为120°的平面三角形杂化轨道。
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等性sp 杂化 BeCl2分子形成 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。
激发态 2s 2p Be基态 直线形 sp杂化态 激发 杂化 Cl Be Cl 180 键合 直线形 化合态
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sp杂化:夹角为180°的直线形杂化轨道。 碳的sp杂化轨道
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根据以下事实总结:如何判断一个化合物的中心原子的杂化类型?
sp3 C-C sp2 C=C sp C≡C
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一般方法 1、看中心原子有没有形成双键或叁键,如果有1个叁键,则其中有2个π键,用去了2个p轨道,形成的是sp杂化;如果有1个双键则其中有1个π键,形成的是sp2杂化;如果全部是单键,则形成的是sp3杂化。 2、没有填充电子的空轨道一般不参与杂化.
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2杂化的分类: 由原子轨道组合成一组简并杂化轨道的杂化 过程称为等性杂化。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都是等性杂化。 如果杂化后所得到的一组杂化轨道并不完全 简并,则称为不等性杂化。有孤对电子参与的杂 化都是不等性杂化。 应该指出,等性杂化并不表示形成的共价键 等同。例如,CHCl3 为变形四面体,分子中三个 键与 键并不等同,但 C 采取的杂化 方式仍是 sp3 等性杂化。
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基态N的最外层电子构型为 2s22p3,在H影响 下,N 的一个2s轨道和三个2p 轨道进行sp3 不等性 杂化,形成四个sp3 杂化轨道。其中三个sp3杂化轨 道中各有一个未成对电子,另一个sp3 杂化轨道被 孤对电子所占据。 N 用三个各含一个未成对电子 的sp3 杂化轨道分别与三个H 的1s 轨道重叠,形成 三个 键。由于孤对电子的电子云密集在N 的 周围,对三个 键的电子云有比较大的排斥作 用,使 键之间的键角被压缩到 ,因此 NH3 的空间构型为三角锥形。
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NH3 的空间构型
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基态O 的最外层电子构型为2s22p4,在 H 的 影响下,O 采用sp3 不等性杂化,形成四个sp3 杂 化轨道,其中两个杂化轨道中各有一个未成对电 子,另外两个杂化轨道分别被两对孤对电子所占 据。O 用两个各含有一个未成对电子的sp3杂化轨 道分别与两个H 的 1s 轨道重叠,形成两个 键。由于O的两对孤对电子对两个 键的成键 电子有更大的排斥作用,使 键之间的键角被 压缩到 ,因此 H2O 的空间构型为角型。
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的空间构型
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几种常见的杂化轨道类型 杂化类型 sp sp2 sp3 杂化轨道排布 直线形 三角形 四 面 体 杂化轨道中孤对电子数 分子空间构型
四 面 体 杂化轨道中孤对电子数 分子空间构型 正四面体 三角锥形 角 形 实 例 BeCl2 BF3 CCl4 NH3 H2O 键 角 180° 120°
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3、确定分子空间构型的简易方法: 价层电子对互斥理论 共价分子的几何外形取决于分子价层电子对数目和类型。分子的价电子对(包括成键电子对和孤电子对)由于相互排斥作用,而趋向尽可能远离以减小斥力而采取对称的空间构型。
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空间构型的步骤如下: (1)确定中心原子的价层电子对数: 价层电子对数=(中心原子的价电子数+ 配位原子提供的电子数±离子电荷数 )/2
利用价层电子对互斥理论预测分子或离子的 空间构型的步骤如下: (1)确定中心原子的价层电子对数: 价层电子对数=(中心原子的价电子数+ 配位原子提供的电子数±离子电荷数 )/2 式中:中心原子的价电子数=主族序数 例如:B:3,C:4,N:5,O:6,X:7,稀有气体:8 配位原子提供的价电子数: H与卤素:1,O与S为0 N原子做配位原子时为-1 当中心原子的价电子数为奇数时要加1 例如:SO VP=(6+0+2)/2=4 价层电子对数 2 3 4 5 6 电子对排布方式 直线形 平面三角形 四面体 三角锥 八面体
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二、价层电子对互斥理论的应用实例 (一) CH4 的空间构型 在CH4 中,C 有4个电子,4个H 提供4个电
间构型为正四面体。
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(二) 的空间构型 在 中,Cl 有7个价电子, 不提供电 子,再加上得到的1个电子,价层电子总数为 个,价层电子对为4对。Cl的价层电子对的排布 为四面体,四面体的 3 个顶角被3个O占据,余 下的一个顶角被孤对电子占据,因此 为三 角锥形。
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在 PCl5 中,P 有5个价电子,5 个Cl分别提 (三) PCl5 的空间构型 供1个电子,中心原子共有5对价层电子对,价
层电子对的空间排布方式为三角双锥,由于中 心原子的价层电子对全部是成键电子对,因此 PCl5 的空间构型为三角双锥形。 利用价层电子对互斥理论,可以预测大多 数主族元素的原子所形成的共价化合物分子或 离子的空间构型。
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中心原子的价层电子对的排布和 ABn 型共价分子的构型
价层电子对排布 成键电子对数 孤对电子对数 分子类型 电子对的排布方式 分子构型 实 例 直线形 层 电 子 对 数 2 AB2 直线形 HgCl2 平面 三角 形 AB3 平面三角形 BF3 3 AB2 角形 PbCl2
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价层电子对数 价层电子对排 成键电子对数 孤对电子对数 分子类型 电子对的排布 分子构型 实 例 方式 布 AB4 正四面体 CH4 4 四面 体 AB3 三角锥形 NH3 AB2 角形 H2O
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价层电子对数 价层电子对排 成键电子对数 孤对电子对数 分子类型 电子对的排 分子构型 实 例 布方式 布 三角双锥 PCl5 AB5 变形四面 SF4 AB4 体 三角 双锥 5 AB3 T形 ClF3 AB2 直线形
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价层电子对数 价层电子对排 成键电子对数 孤对电子对数 分子类型 电子对的排 分子构型 实 例 布方式 布 AB6 正八面体 SF6 6 八面体 AB5 四方锥形 IF5 平面正方 AB4 形
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科学探究: 直线形 平面三角形 sp杂化 sp2杂化 2个π键 1个π键 1、写出HCN分子和CH2O分子的结构式。
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B 课堂练习 1、下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是 ( ) A.CO2与SO2 B.CH4与NH3
1、下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是 ( ) A.CO2与SO B.CH4与NH3 C.BeCl2与BF3 D.C2H2与C2H4 B
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D 课堂练习 2、对SO2与CO2说法正确的是( ) A.都是直线形结构 B.中心原子都采取sp杂化轨道 C.S原子和C原子上都没有孤对电子
D.SO2为V形结构, CO2为直线形结构 D
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课堂练习 3、指出中心原子可能采用的杂化轨道类型,并预测分子的几何构型。 (1)PCl3 (2)BCl3 (3)CS2
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