大学无机化学《分子结构》-ppt课件.ppt

1、分子结构分子结构分子分子: 化学反应的基本单元化学反应的基本单元物质的性质物质的性质分子的性质分子的性质分子的内部结构分子的内部结构化学键化学键空间构型空间构型分子间力分子间力结构与物质的物理、结构与物质的物理、 化学性质的关系化学性质的关系离子键离子键共价键共价键金属键金属键1ppt课件8.1 离子键离子键8.2 共价键共价键8.3 分子间作用力分子间作用力8.4 离子极化离子极化(自学自学)8.5 原子晶体和分子晶体原子晶体和分子晶体(参考参考p253，表，表9-12)2ppt课件8.1 离子键离子键8.1.1 8.1.1 离子键的形成离子键的形成8.1.2 8.1.2 离子的特征离子的特

2、征8.1.3 8.1.3 离子晶体离子晶体3ppt课件活泼金属原子活泼金属原子活泼非金属原子活泼非金属原子离子型化合物离子型化合物NaClKClCsClMgOCaO1. 离子键的形成离子键的形成2. 离子键的本质：离子键的本质：静电作用力静电作用力3. 离子键的特点：离子键的特点：没有方向性和饱和性没有方向性和饱和性4. 键的离子性键的离子性取决于元素的电负性取决于元素的电负性5. 离子晶体的特点：离子晶体的特点：较高熔点和沸点，熔融状较高熔点和沸点，熔融状 态或溶于水后其水溶液均能导电态或溶于水后其水溶液均能导电4ppt课件8.2 共价键共价键8.2.1 8.2.1 价键理论价键理论8.2.

3、2 8.2.2 共价键的类型共价键的类型8.2.3 8.2.3 杂化轨道理论杂化轨道理论8.2.4 8.2.4 价层电子互斥理论价层电子互斥理论( (自学自学) )8.2.5 8.2.5 分子轨道理论分子轨道理论8.2.6 8.2.6 键参数键参数5ppt课件共价键共价键: 分子中原子间通过共用电子对结合而成分子中原子间通过共用电子对结合而成 的化学键的化学键H + H = H:H:Cl + Cl: = :Cl:Cl:N + N: = :N N:H + Cl: = H:Cl:Lewis 共价键的局限性共价键的局限性 有些稳定分子的中心原子最外层电子数可有些稳定分子的中心原子最外层电子数可 以少

4、于以少于 8 (如如: BF3) 或多于或多于 8 (如如PCl5, SF6) 共价键的特性共价键的特性: 方向性方向性, 饱和性饱和性 单电子键单电子键 (如如 H2+), O2具有磁性具有磁性6ppt课件1927年年, Heitler 和和 London 应用量子力学研究应用量子力学研究 H2分子结构分子结构, 初步解答了初步解答了共价键的本质共价键的本质.1930年年, Pauling 和和 Slater 等发展出现代等发展出现代价键价键 理论理论(电子配对理论电子配对理论)、杂化轨道理论、杂化轨道理论、 价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论1932年年, 美国化学家密立根和德国化学家洪

5、特美国化学家密立根和德国化学家洪特 提出提出分子轨道理论分子轨道理论7ppt课件8.2.1 价键理论价键理论电子配对法电子配对法 (VB): 量子力学为基础量子力学为基础(1) 共价键的本质共价键的本质图图9-1 H2形成过程形成过程E-R图图 两个氢原子电子两个氢原子电子自旋方式相反，靠近、自旋方式相反，靠近、重叠，在重叠，在R074pm处处系统能量降低，形成系统能量降低，形成稳定的化学键。稳定的化学键。8ppt课件H2分子中的两种状态的分子中的两种状态的| |2和原子轨道重叠示意图和原子轨道重叠示意图共价键的本质共价键的本质原子轨道重叠，核间电子概率原子轨道重叠，核间电子概率 密度大吸引原

6、子核而成健密度大吸引原子核而成健9ppt课件(2) 价键理论的基本要点价键理论的基本要点 成键前的原子要具有自旋方向相反的未成对电子。成键前的原子要具有自旋方向相反的未成对电子。 共价键数目取决于原子中未成对电子的数目。共价键数目取决于原子中未成对电子的数目。 两原子成键时，两原子轨道重叠越多，形成的共两原子成键时，两原子轨道重叠越多，形成的共 价键越牢固轨道最大重叠原理。价键越牢固轨道最大重叠原理。(3) 共价键的特点共价键的特点 成键时，组成原子的电子云发生了很大变化。成键时，组成原子的电子云发生了很大变化。 具有饱和性：每个原子成键的总数是一定的。具有饱和性：每个原子成键的总数是一定的。

7、具有方向性：轨道最大重叠的方向。具有方向性：轨道最大重叠的方向。10ppt课件8.2.2 8.2.2 共价键的类型共价键的类型（1）键：两原子的成键轨道沿键轴（或两键：两原子的成键轨道沿键轴（或两核间的连线）的方向，以核间的连线）的方向，以“头碰头头碰头”的方式的方式发生轨道重叠，轨道重叠部分是沿着键轴呈发生轨道重叠，轨道重叠部分是沿着键轴呈圆柱型对称，这样形成的共价键叫圆柱型对称，这样形成的共价键叫键。键。 xxxs-spx-spx- px11ppt课件（2）键：两个原子轨道沿键轴的方向，通过键轴的键：两个原子轨道沿键轴的方向，通过键轴的一个平面侧面，以一个平面侧面，以“肩并肩肩并肩”的方式

8、发生轨道重叠，的方式发生轨道重叠，轨道重叠部分垂直于键轴呈镜面反对称，在键轴上下轨道重叠部分垂直于键轴呈镜面反对称，在键轴上下对称的电子云密度最大，这样形成的共价键叫对称的电子云密度最大，这样形成的共价键叫键。键。 xzzpz- pz形成的形成的键键例：例：N2分子中，每个分子中，每个N原子有三个未成对原子有三个未成对的的3p电子，形成了一个电子，形成了一个键和两个键和两个键。一键。一般用般用N三三N表示。表示。12ppt课件(3) 配位键配位键形成条件：成键原子一方有孤对电子，形成条件：成键原子一方有孤对电子， 另一方有空轨道。另一方有空轨道。 4NH 4BFCO22p2s242p2s2HN

9、HHHFBFFF例：例：OC13ppt课件8.2.3 杂化轨道理论杂化轨道理论CH4的空间构型的空间构型为正四面体为正四面体p2s2C：2s22p214ppt课件(1) 杂化与杂化轨道的概念杂化与杂化轨道的概念 在形成分子时，由于原子的相互影响，在形成分子时，由于原子的相互影响，若干不同类型若干不同类型能量相近能量相近的原子轨道混合起来的原子轨道混合起来，重新组合成一组新轨道，该过程称为，重新组合成一组新轨道，该过程称为杂化杂化，所形成的新轨道被称为，所形成的新轨道被称为杂化轨道杂化轨道。激发s2p2p2s2杂化3spsp3重叠重叠CH4的的形成形成sp3s 成键成键15ppt课件(2) 杂化

10、轨道的类型杂化轨道的类型 sp杂化杂化1 ns + 1 np 2 sp每个每个sp杂化轨道含有杂化轨道含有 s和和 p的成分的成分1212sp杂化轨道间的夹角杂化轨道间的夹角 = 180 , 呈直线型呈直线型BeCl2分分子形成子形成16ppt课件 sp2杂化杂化 1 ns + 2 np 3 sp2每个每个sp2杂化轨道含有杂化轨道含有 s和和 p的成分的成分1323sp2杂化轨道间的夹角杂化轨道间的夹角 = 120 , 呈平面三角形呈平面三角形BF3分分子形成子形成2s2pB原子基态原子基态2s2p激发态激发态激发激发杂化杂化sp2杂化杂化态态重叠重叠sp2p17ppt课件sp2杂化轨道示意

11、图杂化轨道示意图BFFFBF3的空间构型的空间构型为平面三角形为平面三角形18ppt课件 sp3杂化杂化 1 ns + 3 np 4 sp3每个每个sp3杂化轨道含有杂化轨道含有 s和和 p的成分的成分1434sp3杂化轨道间的夹角杂化轨道间的夹角 = 109 28, 呈四面体形呈四面体形CH4分分子形成子形成激发激发杂化杂化重叠重叠2s2pC原子基态原子基态2s2p激发态激发态sp3杂化杂化态态sp3s19ppt课件sp3杂化轨道示意图杂化轨道示意图CH4分子的空间结构分子的空间结构20ppt课件 sp3d2杂化杂化 1 ns + 3 np + 2 nd 6 sp3d2六个六个sp3d2杂化

12、轨道指向正八面体的六个顶点杂化轨道指向正八面体的六个顶点sp3d2杂化轨道间的夹角杂化轨道间的夹角 = 180 或或90 21ppt课件杂化杂化SF6分子形成分子形成3s3pS原子基态原子基态3d3s3p激发态激发态3dsp3d2杂化杂化态态sp3d2p激发激发重叠重叠22ppt课件SF6分子的空间结构分子的空间结构23ppt课件3NH18107HNH 杂化3sp(3) 不等性不等性sp3杂化杂化2ps224ppt课件30104HOH OH2杂化3sp2ps23sp25ppt课件(3) 杂化轨道理论的基本要点杂化轨道理论的基本要点 成键时成键时能级相近能级相近的价电子轨道混合杂化，形成的价电子

13、轨道混合杂化，形成 能量相等能量相等的价电子轨道的价电子轨道杂化轨道杂化轨道 杂化前后轨道数目不变。杂化前后轨道数目不变。 杂化轨道可分为等性和不等性杂化轨道。杂化轨道可分为等性和不等性杂化轨道。 采用采用sp3杂化轨道成键的分子，其空间构型可杂化轨道成键的分子，其空间构型可 能为能为四面体型，四面体型，V型或者三角锥型型或者三角锥型。 杂化轨道成键时，满足原子轨道最大重叠原理杂化轨道成键时，满足原子轨道最大重叠原理杂化轨道成键时，满足化学键间最小排斥原理。杂化轨道成键时，满足化学键间最小排斥原理。(4) 小结：小结：p226，表，表9-526ppt课件8.2.5 分子轨道理论分子轨道理论 (

14、MO)问题：价键理论把电子只限于两个相邻原子间小问题：价键理论把电子只限于两个相邻原子间小区域运动，缺乏对分子作为整体全面考虑。例区域运动，缺乏对分子作为整体全面考虑。例O2分子中的电子全部成对，应为逆磁性，而实际上分子中的电子全部成对，应为逆磁性，而实际上为順磁性。不能解释为順磁性。不能解释H2+中的单电子键。中的单电子键。分子因含有未成对电子而具有永久磁分子因含有未成对电子而具有永久磁矩。在外磁场作用下，自身的磁力线与外磁场矩。在外磁场作用下，自身的磁力线与外磁场方向一致。方向一致。分子因电子均已成对而净磁矩为零，在分子因电子均已成对而净磁矩为零，在外磁场作用下，被诱导的磁矩方向与外磁场相

15、反。外磁场作用下，被诱导的磁矩方向与外磁场相反。27ppt课件(1) 分子轨道理论的基本要点分子轨道理论的基本要点 在分子中电子在遍及整个分子范围内运动。在分子中电子在遍及整个分子范围内运动。 分子轨道分子轨道| |2 几率密度或电子云几率密度或电子云 分子轨道为原子轨道的线性组合，分子轨道为原子轨道的线性组合， 分子轨道数目分子轨道数目 = 原子轨道数目。原子轨道数目。 每个分子轨道每个分子轨道 i 都有一响应的能量都有一响应的能量Ei和图象和图象 分子轨道中电子排布三原则：分子轨道中电子排布三原则：能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则19321932

16、年年, , 美国化学家密立根和德国化学家洪特提出美国化学家密立根和德国化学家洪特提出分子轨道理论（分子轨道理论（MOMO法）法）28ppt课件(2) 原子轨道线性组合的原则原子轨道线性组合的原则 能量相近能量相近:1s-1s, 2s-2s, 2p-2p; 对称性匹配对称性匹配:重叠部分的原子轨道的正、负号相同；重叠部分的原子轨道的正、负号相同； 正正正正(或负负或负负)重叠成键，能量低重叠成键，能量低 正负重叠反键，能量高正负重叠反键，能量高 非键组合，能量不变。非键组合，能量不变。 最大重叠：使轨道能量低，有利于成键。最大重叠：使轨道能量低，有利于成键。29ppt课件x)(2c旋转旋转 18

17、0 x变。变。的数值恢复，且符号不的数值恢复，且符号不，为旋转轴，每旋转为旋转轴，每旋转对称：若以对称：若以 180 ox 对称。对称。轨道为轨道为例如，例如， p x30ppt课件x)(2co180 x旋转 对称：绕对称：绕 x 轴旋转轴旋转180，形状不变，形状不变，符号改变。例如：原子轨道符号改变。例如：原子轨道pz，py，dxy，dxz，dyz为为对称。对称。31ppt课件(3) 原子轨道线性组合的类型原子轨道线性组合的类型例如：例如： A+BABbbaaICCbbaa CC贡献程度。分子轨道的系数，表示原子轨道对，反键分子轨道。成键分子轨道；原子轨道，式中： CC成键成键反键反键32

18、ppt课件 s s 重叠重叠1s原子轨道原子轨道1s原子轨道原子轨道分子轨道分子轨道 1s * 1s33ppt课件 s p 重叠重叠34ppt课件 p p 重重叠叠35ppt课件2pZ,2pZ,B原子轨道原子轨道分分子子轨轨道道xp2反键反键xp2成键成键小结：若以小结：若以x轴为键轴，则轴为键轴，则ss，pxpx重叠形重叠形成成分子轨道；分子轨道； pypy 、pzpz 、pydxy 、dxy dxy重叠形成重叠形成分子轨道。分子轨道。36ppt课件(4) 同核双原子分子的分子轨道能级图同核双原子分子的分子轨道能级图O2 (O,F)第二周期同核双原子分子第二周期同核双原子分子37ppt课件

19、2*p24p22p22*s22s2)()()()()( KK 1*2p1*2p2p22p22p22*s22s2)()()()()()()(zyzyx KK有两个有两个三电子三电子键键，具有顺磁性。，具有顺磁性。:O O: 2*p24p22p22*s22s22*s12s1)()()()()()()( 38ppt课件N2 (B,C,N)第二周期同核双原子分子第二周期同核双原子分子39ppt课件 2p22p22p22*s22s2)()()()()(xz yKK或或 2p24p22*s22s22*s12s12)()()()()()(N 二个二个 键，一个键，一个 键，电子均成对，所以为逆磁性。键，电子

20、均成对，所以为逆磁性。40ppt课件第二周期元素的同核双原子分子轨道的能量变化第二周期元素的同核双原子分子轨道的能量变化41ppt课件反反键键电电子子数数）成成键键电电子子数数 (21B.O(5) 键级键级:表示共价键的强度表示共价键的强度同一周期和同一区内，同一周期和同一区内，键级越大，键越牢固键级越大，键越牢固，分，分子越稳定；若子越稳定；若键级等于零，分子不能稳定存在键级等于零，分子不能稳定存在。 Be2 8e 22222121)()()()( ssss 2222)()( ssKK B.O = ( 4 - 4 )/2 = 0，不能存在，不能存在B2 10e 12122222)()(pzp

21、yssKK B.O = ( 4 - 2 )/2 = 1，有顺磁性有顺磁性42ppt课件 2*p24p22p22*2222*1212)()()()()()()(O ssss 2p24p22*2222*1212)()()()()()(N ssssB.O = ( 10 - 6 )/2 = 2B.O = ( 10 - 4 )/2 = 3 1*p24p22p22*2222*1212)()()()()()()(O ssss 1p24p22*2222*1212)()()()()()(N ssss B.O = ( 10 - 5 )/2 = 2.5，稳定性大于，稳定性大于O2B.O = ( 9 - 4 )/2

22、= 2.5，稳定性小于，稳定性小于N243ppt课件价键理论价键理论(VB): 简明扼要简明扼要; 不能解释分不能解释分子的几何构型和分子的磁性子的几何构型和分子的磁性杂化轨道理论杂化轨道理论(HO):可解释分子的可解释分子的几何构型；但缺乏预见性几何构型；但缺乏预见性VSEPR:可预言分子的几何构型，对可预言分子的几何构型，对d0,d5, d10的中心原子有效；但不能说的中心原子有效；但不能说明成键原理及键的强度明成键原理及键的强度分子轨道理论分子轨道理论(MO):引入分子轨道概念，引入分子轨道概念，可以说明分子的成键情况，键的强弱可以说明分子的成键情况，键的强弱和分子的磁性；不能解决构型问

23、题和分子的磁性；不能解决构型问题化学键化学键理论理论44ppt课件8.2.6 8.2.6 键参数键参数(键能，键长，键角和键级键能，键长，键角和键级) 1、键能、键能1）单位为）单位为kJ/mol。2）键能：叁键）键能：叁键双键双键单键单键(相同原子间形成相同原子间形成)3）键能是化学键最重要的参数，它表示化学键牢）键能是化学键最重要的参数，它表示化学键牢 固的程度。固的程度。键能越大，键越牢固，分子越稳定。键能越大，键越牢固，分子越稳定。45ppt课件2、键长、键长 1)定义定义:分子或晶体中成键原子分子或晶体中成键原子(离子离子)的核间平均距离。的核间平均距离。2)两原子间所形成的两原子间

24、所形成的键长越短，表示键越牢固键长越短，表示键越牢固。 3)相同原子间形成的键数越多，则键长越短。相同原子间形成的键数越多，则键长越短。 例：例：C-C(154pm),C二二C(134pm),C三三C(120pm).3、键角、键角1）定义：分子中键与键之间的夹角。）定义：分子中键与键之间的夹角。2）键角是决定）键角是决定分子空间构型分子空间构型的主要因素。的主要因素。 根据分子中键的键角和键长，不但可以推测分子根据分子中键的键角和键长，不但可以推测分子的空间构型，还可推断出其它的物理性质。的空间构型，还可推断出其它的物理性质。46ppt课件8.3 分子间作用力分子间作用力8.3.1 分子的极性

25、分子的极性8.3.2 分子间作用力分子间作用力8.3.3 氢键氢键47ppt课件8.3.1 分子的极性分子的极性（一）极性键与非极性键（一）极性键与非极性键 非极性键非极性键: 同种原子所形成的共价键同种原子所形成的共价键;极性键极性键: 不同种原子所形成的共价键。不同种原子所形成的共价键。 （二）极性分子与非极性分子（二）极性分子与非极性分子48ppt课件8.3.2分子间作用力分子间作用力 (1) 取向力取向力极性分子间极性分子间正、负极定向排列所产生的作用力。正、负极定向排列所产生的作用力。 + + + +(2) 诱导力诱导力极性分子极性分子-非极性分子非极性分子，产生诱导偶极的作用力。，

26、产生诱导偶极的作用力。 + + + +(3) 色散力：瞬时偶极作用力色散力：瞬时偶极作用力+ + + +范范德德华华力力 49ppt课件8.2.3 氢键氢键 1、氢键的条件：、氢键的条件：(1) 有一个与电负性很大、原子半径很小的元素以有一个与电负性很大、原子半径很小的元素以共价键相结合的氢原子。共价键相结合的氢原子。 (2) 一个电负性很大（非金属性很强）、原子半径一个电负性很大（非金属性很强）、原子半径很小的具有很小的具有孤对电子孤对电子的原子，如的原子，如O、F、N等原子。等原子。 H2O, H2S, H2Se, H2Te中，水的分子量最小，中，水的分子量最小，但其熔点，沸点最高；但其熔

27、点，沸点最高；HFHF在卤化氢系列中，在卤化氢系列中，NHNH3 3在在氮族的三氢化物中也有相同现象，氮族的三氢化物中也有相同现象，WHY?WHY?例：例：XHY共价键共价键氢键氢键FHFHOHO HHH50ppt课件2、氢键的特点、氢键的特点(1) 氢键只存在于某些含有氢原子的分子之氢键只存在于某些含有氢原子的分子之间间(或分子内或分子内)。(2) 氢键有饱和性和方向性。氢键有饱和性和方向性。(3) 氢键不是化学键而是分子间一种特殊的氢键不是化学键而是分子间一种特殊的作用力，比共价键的键能小得多，比范德华作用力，比共价键的键能小得多，比范德华力大一点。力大一点。 51ppt课件3、氢键对物质

28、性质的影响、氢键对物质性质的影响(1)有氢键的化合物的熔点和沸点比没有氢键的有氢键的化合物的熔点和沸点比没有氢键的同类化合物为高。同类化合物为高。例例:HF, HCl, HBr和和HI中，中，HF的熔、沸点都最高的熔、沸点都最高。(2) 氢键的存在会影响物质的溶解度、密度、粘氢键的存在会影响物质的溶解度、密度、粘度等。例如冰中一个水分子与度等。例如冰中一个水分子与四四个水分子形个水分子形成氢键，密度比液态水小，所以会浮在水面。成氢键，密度比液态水小，所以会浮在水面。 小结：分子间的作用力有取向力，诱导力，色小结：分子间的作用力有取向力，诱导力，色散力和氢键。散力和氢键。52ppt课件小小 结结

29、1.化学键的分类，离子晶体和分子晶体的特性。化学键的分类，离子晶体和分子晶体的特性。2.掌握价键理论的基本要点及应用。掌握价键理论的基本要点及应用。3.共价键的类型和各自的特点。共价键的类型和各自的特点。4. 杂化轨道理论的基本要点及应用：中心原子的杂化杂化轨道理论的基本要点及应用：中心原子的杂化分类，等性和不等性杂化，原子轨道的空间构型和分分类，等性和不等性杂化，原子轨道的空间构型和分子的空间构型的区别。子的空间构型的区别。5.分子轨道理论的基本要点及应用，分子轨道理论的基本要点及应用，N2和和O2的分子轨的分子轨道表达式，键级的计算，判断分子的磁性。道表达式，键级的计算，判断分子的磁性。6.分子间力的类型，氢键对物质的物理性质的影响分子间力的类型，氢键对物质的物理性质的影响53ppt课件