共价键与分子间力课件.pptx

1、化学键化学键 定义：定义：分子或晶体中相邻两原子或分子或晶体中相邻两原子或 离子间的强烈作用力离子间的强烈作用力 类型：类型：(chemical bond)化学键化学键离子键离子键共价键共价键金属键金属键(ionic bond)(covalent bond)(metallic bond)正、负离子间靠静电作用形成的化学键正、负离子间靠静电作用形成的化学键(chemical bond)原子间通过共用电子对形成的化学键原子间通过共用电子对形成的化学键 通过自由电子将金属原子和金属离子联通过自由电子将金属原子和金属离子联 系在一起的作用力系在一起的作用力化学键化学键离子键离子键共价键共价键金属键金属

2、键(ionic bond)(covalent bond)(metallic bond)经典共价键理论经典共价键理论现代共价键理论现代共价键理论现代价键理论现代价键理论分子轨道理论分子轨道理论(valence bond theory)(molecular orbital theory)(chemical bond)现代价键理论现代价键理论Valence Bond Theory第一节第一节第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 1916年路易斯年路易斯（Lewis）提出经典共价键理论提出经典共价键理论共价键是由成键原子双方提供电子组成共价键是由成键原子双方提供电子组成 共用电子对所形成的。共用电子

3、对所形成的。1916年路易斯年路易斯（Lewis）提出经典共价键理论提出经典共价键理论共价键是由成键原子双方提供电子组成共价键是由成键原子双方提供电子组成 共用电子对所形成的。共用电子对所形成的。H +Cl H +Cl H Cl H Cl 第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 1916年路易斯年路易斯（Lewis）提出经典共价键理论提出经典共价键理论共价键是由成键原子双方提供电子组成共价键是由成键原子双方提供电子组成 共用电子对所形成的。共用电子对所形成的。H +Cl H +Cl H Cl H Cl Cl +ClCl +ClCl Cl Cl Cl 第一节第一节 现代价键理论现代价键理论191

4、6年路易斯年路易斯（Lewis）提出经典共价键理论提出经典共价键理论共价键是由成键原子双方提供电子组成共价键是由成键原子双方提供电子组成 共用电子对所形成的。共用电子对所形成的。初步揭示共价键初步揭示共价键与离子键的区别与离子键的区别无法解释电子配对成键的原因无法解释电子配对成键的原因及共价键的方向性等及共价键的方向性等成功成功缺陷缺陷第一节第一节 现代价键理论现代价键理论1916年路易斯年路易斯（Lewis）提出经典共价键理论提出经典共价键理论1927年海特勒年海特勒(Heitler)和和伦敦伦敦（London)用用 量子力学处理量子力学处理H2分子结构分子结构，揭示了共价键的，揭示了共价键

5、的 本质。本质。鲍林鲍林（Pauling)等在此基础上建立了等在此基础上建立了现代价现代价 键理论键理论(valence bond theory)，简称简称VB法法。第一节第一节 现代价键理论现代价键理论一、氢分子的形成一、氢分子的形成基态基态电子云密集区电子云密集区当两个氢原子的当两个氢原子的单电子自旋方向相反单电子自旋方向相反时时第一节第一节 现代价键理论现代价键理论一、氢分子的形成一、氢分子的形成87pm87pmE(kJmol-1）r(pm)(pm)两个氢原子接近时的能量变化曲线（基态）两个氢原子接近时的能量变化曲线（基态）基态基态0 0当两个氢原子的当两个氢原子的单电子自旋方向相反单电

6、子自旋方向相反时时基态基态电子云密集区电子云密集区形成稳定共价键形成稳定共价键-388第一节第一节 现代价键理论现代价键理论一、氢分子的形成一、氢分子的形成 当两个氢原子的单电子当两个氢原子的单电子自旋方向相同自旋方向相同时时排斥态排斥态电子云稀疏区电子云稀疏区20 0第一节第一节 现代价键理论现代价键理论一、氢分子的形成一、氢分子的形成r(pm)(pm)两个氢原子接近时的能量变化曲线（排斥态）两个氢原子接近时的能量变化曲线（排斥态）排斥态排斥态电子云稀疏区电子云稀疏区不能成键不能成键E(kJmol-1）0 0排斥态排斥态当两个氢原子的当两个氢原子的单电子自旋方向相同单电子自旋方向相同时时20

7、 0第一节第一节 现代价键理论现代价键理论一、氢分子的形成一、氢分子的形成两个氢原子电子自旋方向两个氢原子电子自旋方向 相反相反 相同相同核间电子云密度核间电子云密度 增大增大 稀疏稀疏系统能量系统能量 降低降低 升高升高能否成键能否成键 成键成键 不能成键不能成键 成键的两原子轨道最大程度地重叠，成键的两原子轨道最大程度地重叠，两核间的电子云密集区与两核的强烈吸引两核间的电子云密集区与两核的强烈吸引作用。作用。共价键本质共价键本质二、现代价键理论的要点二、现代价键理论的要点1.共价键形成的必要条件共价键形成的必要条件两原子接近时，只有两原子接近时，只有自旋方向相反的单电自旋方向相反的单电子子

8、可以相互配对，使电子云密集于两核间可以相互配对，使电子云密集于两核间形成稳定的共价键。形成稳定的共价键。2.共价键的共价键的饱和性饱和性自旋方向相反的单电子配对形成共价键后，自旋方向相反的单电子配对形成共价键后，就不能再与其它单电子配对。就不能再与其它单电子配对。第一节第一节 现代价键理论现代价键理论二、现代价键理论的要点二、现代价键理论的要点3.共价键的共价键的方向性方向性共价键的形成将尽可能沿着共价键的形成将尽可能沿着原子轨道最大原子轨道最大程度重叠程度重叠的方向进行。的方向进行。“原子轨道最大重叠原理原子轨道最大重叠原理”第一节第一节 现代价键理论现代价键理论二、现代价键理论的要点二、现

9、代价键理论的要点3.共价键的共价键的方向性方向性共价键的形成将尽可能沿着共价键的形成将尽可能沿着原子轨道最大原子轨道最大程度重叠程度重叠的方向进行。的方向进行。xz3px-1sHCl成键示意图成键示意图最大重叠最大重叠+第一节第一节 现代价键理论现代价键理论二、现代价键理论的要点二、现代价键理论的要点3.共价键的共价键的方向性方向性共价键的形成将尽可能沿着共价键的形成将尽可能沿着原子轨道最大原子轨道最大程度重叠程度重叠的方向进行。的方向进行。xz3px-+1s非最大重叠非最大重叠xz3px-1sHCl成键示意图成键示意图最大重叠最大重叠+第一节第一节 现代价键理论现代价键理论二、现代价键理论的

10、要点二、现代价键理论的要点3.共价键的共价键的方向性方向性共价键的形成将尽可能沿着共价键的形成将尽可能沿着原子轨道最大原子轨道最大程度重叠程度重叠的方向进行。的方向进行。xz3px-+1s非最大重叠非最大重叠xz3px-1sHCl成键示意图成键示意图最大重叠最大重叠+第一节第一节 现代价键理论现代价键理论+第一节第一节 现代价键理论现代价键理论小结小结形成共价键的条件形成共价键的条件（1）要有单电子；要有单电子；（2）原子轨道能量相近；原子轨道能量相近；（3）电子云最大重叠；电子云最大重叠；（4）必须相对于键轴具有相同对称性原必须相对于键轴具有相同对称性原子轨道（即波函数角度分布图中的子轨道（

11、即波函数角度分布图中的+、+重重叠，叠，-、-重叠）重叠）三、共价键的类型三、共价键的类型键键 原子轨道最大重叠原理原子轨道最大重叠原理“头碰头头碰头”重叠重叠键键“肩并肩肩并肩”重叠重叠(一一)键和键和键键第一节第一节 现代价键理论现代价键理论“头碰头头碰头”重叠重叠键键s+s+s-spx+s+s-px+-xx+-+“头碰头头碰头”重叠重叠键键xs+s+s-sxpx+s+s-px-xpx+px-px-+-px特点：特点：重叠程度大，牢固，可单独存在。重叠程度大，牢固，可单独存在。+-+-“肩并肩肩并肩”重叠重叠键键x+-+pz-pz+-zzpzpzYYxzzZYXZY+pY-pY“肩并肩肩并

12、肩”重叠重叠键键特点：特点：重叠程度小，易断开，与重叠程度小，易断开，与共存。共存。pYpY+例例：N2分子形成示意图分子形成示意图N2s2px2py2pz第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 例例：N2分子形成示意图分子形成示意图NN2s2s2px2py2pz2px2py2pz键键键键第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 例例：N2分子形成示意图分子形成示意图NN2s2s2px2py2pz2px2py2pz键键键键键键YZ第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 例例：N2分子形成示意图分子形成示意图NN2s2s2px2py2pz2px2py2pz键键键键NNZY第一节第一节 现代价键理论

13、现代价键理论NN 例例：N2分子形成示意图分子形成示意图NN2s2s2px2py2pz2px2py2pz键键键键第一节第一节 现代价键理论现代价键理论键键键键重叠方式重叠方式头碰头头碰头肩并肩肩并肩重叠部分重叠部分沿键轴呈圆柱形沿键轴呈圆柱形对称分布对称分布垂直于键轴呈镜垂直于键轴呈镜面反对称分布面反对称分布重叠程度重叠程度较大较大较小较小存在方式存在方式可单独存在可单独存在与与键共存键共存稳定性稳定性较牢固较牢固较易断开较易断开例例s-s,s-px,px-pxpy-py,pz-pz(二二)正常共价键和配位共价键正常共价键和配位共价键 配位共价键定义配位共价键定义：由成键两原子中的一个原子单独

14、提供电子对进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所形成的共价键。入另一个原子的空轨道共用所形成的共价键。正常共价键定义正常共价键定义：由成键两原子各提供由成键两原子各提供1 1个电子配对成键的共价键。个电子配对成键的共价键。如：如：H2 、HCl 等等 (coordinate covalent bond)第一节第一节 现代价键理论现代价键理论由成键两原子中的由成键两原子中的一个原子单独提供电子对一个原子单独提供电子对进进入另一个原子的入另一个原子的空轨道空轨道共用所形成的共价键。共用所形成的共价键。C2s2px2py2pz(二二)正常共价键和配位共价键正常共价键和配

15、位共价键 配位共价键定义：配位共价键定义：第一节第一节 现代价键理论现代价键理论由成键两原子中的由成键两原子中的一个原子单独提供一个原子单独提供电子对电子对进进入另一个原子的入另一个原子的空轨道空轨道共用所形成的共价键。共用所形成的共价键。CO2s2s2px2py2pz2px2py2pz键键 键键配位键配位键(二二)正常共价键和配位共价键正常共价键和配位共价键 配位共价键定义配位共价键定义：第一节第一节 现代价键理论现代价键理论由成键两原子中的一个原子由成键两原子中的一个原子单独提供单独提供电子对电子对进进入另一个原子的入另一个原子的空轨道空轨道共用所形成的共价键。共用所形成的共价键。CO2s

16、2s2px2py2pz2px2py2pz键键 键键配位键配位键CO(二二)正常共价键和配位共价键正常共价键和配位共价键 配位共价键定义：配位共价键定义：第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 形成条件：形成条件：一个原子的价电子层有一个原子的价电子层有孤对电子孤对电子另一个原子的价电子层有另一个原子的价电子层有空轨道空轨道由成键两原子中的一个原子由成键两原子中的一个原子单独提供单独提供电子对电子对进进入另一个原子的入另一个原子的空轨道空轨道共用所形成的共价键。共用所形成的共价键。(二二)正常共价键和配位共价键正常共价键和配位共价键 配位共价键定义配位共价键定义：第一节第一节 现代价键理论现代价

17、键理论CO第一节第一节 现代价键理论现代价键理论 形成条件：形成条件：一个原子的价电子层有一个原子的价电子层有孤对电子孤对电子另一个原子的价电子层有另一个原子的价电子层有空轨道空轨道由成键两原子中的一个原子由成键两原子中的一个原子单独提供单独提供电子对电子对进进入另一个原子的入另一个原子的空轨道空轨道共用所形成的共价键。共用所形成的共价键。(二二)正常共价键和配位共价键正常共价键和配位共价键 配位共价键定义配位共价键定义：H3NH+.四、键参数四、键参数（bond parameter)键参数键参数表征化学键性质的物理量表征化学键性质的物理量键能键能键长键长键角键角键的极性键的极性(bond e

18、nergy)(bond length)(bond angle)(bond polar)第一节第一节 现代价键理论现代价键理论四、键参数四、键参数（bond parameter)(一一)键能键能化学键的平均解离能化学键的平均解离能键能愈大，键愈牢固。键能愈大，键愈牢固。H2(g)H(g)+H(g)E(H-H)=D(H-H)=436kJ.mol-1 (1(1mol理想气态理想气态)101.3kPa 298.15K例例:(理想气态理想气态)双原子分子双原子分子:第一节第一节 现代价键理论现代价键理论键能键能 解离能解离能四、键参数四、键参数（bond parameter)(一一)键能键能 化学键的平

19、均解离能化学键的平均解离能键能愈大，键愈牢固。键能愈大，键愈牢固。H2O(g)OH(g)+H(g)E(O-H)=101.3kPa298.15KOH(g)D1 D22D1=502kJ.mol-1D2=423.7kJ.mol-1多原子分子多原子分子:O(g)+H(g)=463 kJ.mol-1第一节第一节 现代价键理论现代价键理论四、键参数四、键参数（bond parameter)(二）二）键长键长分子中两成键原子的核间分子中两成键原子的核间 平衡距离（平均键长）平衡距离（平均键长）键长愈短，键愈牢固。键长愈短，键愈牢固。单键键长双键键长三键键长单键键长双键键长三键键长例：例：C-C 154pmC

20、=C 134pmCC 120pm第一节第一节 现代价键理论现代价键理论（三）（三）键角键角分子中同一原子形成的两分子中同一原子形成的两 个化学键间的夹角个化学键间的夹角直线形结构直线形结构OHH1041044545BeClCl180180V形结构形结构键角键角+键长键长分子空间构型分子空间构型确定确定四、键参数四、键参数（bond parameter)第一节第一节 现代价键理论现代价键理论（四）（四）键的极性键的极性 由成键原子的电负性由成键原子的电负性 不同而引起不同而引起H2分子分子四、键参数四、键参数（bond parameter)第一节第一节 现代价键理论现代价键理论HHH2分子分子H

21、Cl分子分子正、负电荷重心重合正、负电荷重心重合非极性共价键非极性共价键四、键参数四、键参数（bond parameter)(2.18)（四）（四）键的极性键的极性 由成键原子的电负性由成键原子的电负性 不同而引起不同而引起 第一节第一节 现代价键理论现代价键理论HHHClH2分子分子HCl分子分子正、负电荷重心重合正、负电荷重心重合非极性共价键非极性共价键正、负电荷重心不重合正、负电荷重心不重合极性共价键极性共价键四、键参数四、键参数（bond parameter)(2.18)(3.16)（四）（四）键的极性键的极性 由成键原子的电负性由成键原子的电负性 不同而引起不同而引起 第一节第一节

22、现代价键理论现代价键理论四、键参数四、键参数（bond parameter)键型与成键原子电负性差值的关系键型与成键原子电负性差值的关系物质物质NaClHFHClHBrHICl2电负性差值电负性差值 2.1 1.9 0.9 0.7 0.4 0 键型键型 离子键离子键 极极 性性 共共 价价 键键 非极性非极性 共价键共价键 （四）（四）键的极性键的极性 由成键原子的电负性由成键原子的电负性 不同而引起不同而引起第一节第一节 现代价键理论现代价键理论杂化轨道理论杂化轨道理论第二节第二节价键理论价键理论共价键的形成共价键的形成第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论共价键的方向性和饱和性共价键的方向

23、性和饱和性说明了说明了解释了解释了无法解释无法解释H2O中中O-H键角键角10445CH4为正四面体结构为正四面体结构CHHHH1091092828CH4分子的形成分子的形成CH4分子的形成分子的形成2 2s2 2pC的基态的基态激发激发CHHHH1091092828吸能吸能CH4分子的形成分子的形成2 2s2 2s2 2p2 2pC的基态的基态C的激发态的激发态激发激发与与H 成键成键CHHHH1091092828CH4分子的形成分子的形成2 2s2 2s2 2p2 2pC的基态的基态C的激发态的激发态激发激发s-ss-p1个个C-H3个个C-H与与H 成键成键CHHHH1091092828

24、CH4分子的形成分子的形成2 2s2 2s2 2p2 2pC的基态的基态C的激发态的激发态激发激发s-ss-p1个个C-H3个个C-H与与H 成键成键CH(s-s)CH(s-p)CH4正四面体构型正四面体构型价键理论价键理论共价键的形成共价键的形成第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论共价键的方向性和饱和性共价键的方向性和饱和性说明了说明了解释了解释了无法解释无法解释1931年年 Pauling 等人等人提出了杂化轨道理论提出了杂化轨道理论在此基础在此基础H2O中中O-H键角键角10445CH4为正四面体结构为正四面体结构一、杂化轨道理论的要点一、杂化轨道理论的要点1.轨道杂化和杂化轨道轨道杂

25、化和杂化轨道 成键过程中，同一原子的几个成键过程中，同一原子的几个能量相能量相近近的原子轨道可进行组合，重新分配能量的原子轨道可进行组合，重新分配能量和空间方向，组成和空间方向，组成数目相等数目相等的新的原子轨的新的原子轨道。道。过过 程程轨道杂化轨道杂化新轨道新轨道杂化轨道杂化轨道Hybrid orbital theory第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论一、杂化轨道理论的要点一、杂化轨道理论的要点2.杂化轨道提高了成键能力杂化轨道提高了成键能力 杂化轨道的角度波函数在某个方向的杂化轨道的角度波函数在某个方向的值比杂化前大得多，值比杂化前大得多，更利于轨道最大程度更利于轨道最大程度重叠重

26、叠，提高成键能力。，提高成键能力。第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论xyxy+-sp杂化杂化第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论xyxyxy+-+-sp杂化杂化第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论其中一个其中一个sp杂化轨道杂化轨道-xyxyxy+-+sp杂化杂化第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论其中一个其中一个sp杂化轨道杂化轨道xyxyxy+-+-sp2个个sp杂化轨道杂化轨道杂化杂化-+第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论一、杂化轨道理论的要点一、杂化轨道理论的要点3.杂化轨道的空间构型杂化轨道的空间构型 杂化轨道力图在空间取得杂化轨道力图在空间取得最大的夹角最大的夹角分布

27、分布使系统能量降低使系统能量降低(相互排斥能最小相互排斥能最小)杂化轨道类型杂化轨道类型杂化轨道夹角杂化轨道夹角 分子空间构型分子空间构型第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论二、轨道杂化类型及实例二、轨道杂化类型及实例非过渡元素非过渡元素 ns、np能量相近能量相近s-p型杂化型杂化 过渡元素过渡元素ns、np、nd能量相近能量相近s-p-d型杂化型杂化d-s-p型杂化型杂化(n-1)d、ns、np能量相近能量相近(一一)sp型和型和spd型杂化型杂化第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论s-p型杂化型杂化sp杂化杂化等性杂化等性杂化 按轨道数分按轨道数分 按能量分按能量分sp2杂化杂化sp

28、3杂化杂化不等性杂化不等性杂化二、轨道杂化类型及实例二、轨道杂化类型及实例(一一)sp型和型和spd型杂化型杂化第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论1.解释解释BeCl2的空间构型的空间构型sp杂化杂化实验事实实验事实有两个等同有两个等同Be-Cl键键键角为键角为180180为直线形分子为直线形分子Be的价层电子组态：的价层电子组态：2s2 2p0二、轨道杂化类型及实例二、轨道杂化类型及实例第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论(二二)sp型杂化实例型杂化实例二、轨道杂化类型及实例二、轨道杂化类型及实例-两个两个sp杂化轨道杂化轨道直线形直线形1.解释解释BeCl2的空间构型的空间构型sp杂

29、化杂化-+第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论二、轨道杂化类型及实例二、轨道杂化类型及实例1.解释解释BeCl2的空间构型的空间构型sp杂化杂化2 2s2 2p(Be价层电子组态价层电子组态)激发激发第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论二、轨道杂化类型及实例二、轨道杂化类型及实例1.解释解释BeCl2的空间构型的空间构型sp杂化杂化2 2s2 2s2 2p2 2p(激发态激发态)激发激发杂化杂化(Be价层电子组态价层电子组态)第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论二、轨道杂化类型及实例二、轨道杂化类型及实例1.解释解释BeCl2的空间构型的空间构型sp杂化杂化2 2s2 2s2 2p2 2

30、p(激发态激发态)激发激发sp(杂化态杂化态)2 2p与与Cl的的3p电子成键电子成键成键成键杂化杂化(Be价层电子组态价层电子组态)第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论二、轨道杂化类型及实例二、轨道杂化类型及实例(1)(1)解释解释BeCl2的空间构型的空间构型sp杂化杂化2 2s2 2s2 2p2 2p(激发态激发态)激发激发sp(杂化态杂化态)2 2psp-p(BeCl2化合态化合态)2 2p与与Cl的的3p电子成键电子成键成键成键杂化杂化(Be价层电子组态价层电子组态)第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论二、轨道杂化类型及实例二、轨道杂化类型及实例(1)(1)解释解释BeCl2的空

31、间构型的空间构型sp杂化杂化+-BeClCl3 3p3 3ps spsp杂化轨道的空间取向和杂化轨道的空间取向和BeCl2分子构型分子构型第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论p-spsp-p二、轨道杂化类型及实例二、轨道杂化类型及实例1.解释解释BeCl2的空间构型的空间构型sp杂化杂化BeClCl180180sp杂化轨道的空间取向和杂化轨道的空间取向和BeCl2分子构型分子构型+-BeClCl3 3p3 3ps sp第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论2.解释解释BF3的空间构型的空间构型sp2杂化杂化实验事实实验事实有三个等同有三个等同BF键键键角为键角为120120为正三角形分子为正

32、三角形分子B的价层电子组态：的价层电子组态：2s2 2p1二、轨道杂化类型及实例二、轨道杂化类型及实例第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论二、轨道杂化类型及实例二、轨道杂化类型及实例+-三个三个sp2杂化轨道杂化轨道正三角形正三角形2.解释解释BF3的空间构型的空间构型sp2杂化杂化-第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论+二、轨道杂化类型及实例二、轨道杂化类型及实例2 2s2 2s2 2p2 2p(激发态激发态)激发激发杂化杂化2.解释解释BF3的空间构型的空间构型sp2杂化杂化(B价层电子组态价层电子组态)第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论二、轨道杂化类型及实例二、轨道杂化类型及实例

33、2 2s2 2s2 2p2 2p(激发态激发态)激发激发sp2(杂化态杂化态)2 2p与与F的的2p电子成键电子成键成键成键杂化杂化2.解释解释BF3的空间构型的空间构型sp2杂化杂化(B(B价层电子组态价层电子组态)第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论二、轨道杂化类型及实例二、轨道杂化类型及实例2 2s2 2s2 2p2 2p(激发态激发态)激发激发sp2-p(BF3化合态化合态)2 2p与与F的的2p电子成键电子成键成键成键杂化杂化2.解释解释BF3的空间构型的空间构型sp2杂化杂化sp2(杂化态杂化态)2 2p(Be价层电子组态价层电子组态)第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论sp2

34、杂化轨道的空间取向和杂化轨道的空间取向和BF3分子构型分子构型+-+FFFBsp2-psp2-p第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论BFFF120120sp2杂化轨道的空间取向和杂化轨道的空间取向和BF3分子构型分子构型+-+FFFBsp2-psp2-p第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论3.解释解释CH4的空间构型的空间构型sp3杂化杂化实验事实实验事实有四个等同有四个等同CH键键键角为键角为1091092828为正四面体分子为正四面体分子C的价层电子组态：的价层电子组态：2s2 2p2二、轨道杂化类型及实例二、轨道杂化类型及实例第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论第二节第二节 杂化轨

35、道理论杂化轨道理论四个四个sp3杂化轨道杂化轨道正四面体正四面体二、轨道杂化类型及实例二、轨道杂化类型及实例2 2s2 2p激发激发3.解释解释CH4的空间构型的空间构型sp3杂化杂化(C价层电子组态价层电子组态)第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论二、轨道杂化类型及实例二、轨道杂化类型及实例2 2s2 2s2 2p2 2p(激发态激发态)激发激发3.解释解释CH4的空间构型的空间构型sp3杂化杂化杂化杂化(C价层电子组态价层电子组态)第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论二、轨道杂化类型及实例二、轨道杂化类型及实例2 2s2 2s2 2p2 2p(激发态激发态)激发激发sp3(杂化态杂化态

36、)与与H的的1s电子成键电子成键成键成键杂化杂化3.解释解释CH4的空间构型的空间构型sp3杂化杂化(C价层电子组态价层电子组态)第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论二、轨道杂化类型及实例二、轨道杂化类型及实例2 2s2 2s2 2p2 2p(激发态激发态)激发激发sp3-s(CH4化合态化合态)3.解释解释CH4的空间构型的空间构型sp3杂化杂化sp3(杂化态杂化态)与与H的的1s电子成键电子成键成键成键杂化杂化(C价层电子组态价层电子组态)第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论二、轨道杂化类型及实例二、轨道杂化类型及实例3.解释解释CH4的空间构型的空间构型sp3杂化杂化CHHHHCH4

37、分子的空间构型分子的空间构型:正四面体正四面体1091092828第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论二、轨道杂化类型及实例二、轨道杂化类型及实例4.解释解释NH3和和 H2O的空间构型的空间构型 不等性不等性sp3杂化杂化 NH3的形成过程的形成过程第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论二、轨道杂化类型及实例二、轨道杂化类型及实例4.解释解释NH3和和 H2O的空间构型的空间构型 不等性不等性sp3杂化杂化 NH3的形成过程的形成过程2 2s2 2p(N价层电子组态价层电子组态)杂化杂化第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论二、轨道杂化类型及实例二、轨道杂化类型及实例4.解释解释NH3和和

38、 H2O的空间构型的空间构型 不等性不等性sp3杂化杂化 NH3的形成过程的形成过程2 2s2 2ps sp3(N价层电子组态价层电子组态)(杂化态杂化态)杂化杂化成键成键孤对电子孤对电子第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论二、轨道杂化类型及实例二、轨道杂化类型及实例4.解释解释NH3和和 H2O的空间构型的空间构型 不等性不等性sp3杂化杂化 NH3的形成过程的形成过程2 2s2 2ps sp3(N价层电子组态价层电子组态)(杂化态杂化态)杂化杂化 s sp3-s成键成键(化合态化合态)孤对电子孤对电子第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论NHHHNH3分子的空间构型分子的空间构型三角锥形

39、三角锥形107107二、轨道杂化类型及实例二、轨道杂化类型及实例孤对电子孤对电子 不等性杂化不等性杂化参加杂化轨道含孤对电子参加杂化轨道含孤对电子第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论二、轨道杂化类型及实例二、轨道杂化类型及实例4.解释解释NH3和和 H2O的空间构型的空间构型 不等性不等性sp3杂化杂化 H2O的形成过程的形成过程第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论二、轨道杂化类型及实例二、轨道杂化类型及实例4.解释解释NH3和和 H2O的空间构型的空间构型 不等性不等性sp3杂化杂化 H2O的形成过程的形成过程2 2s2 2p(O价层电子组态价层电子组态)杂化杂化第二节第二节 杂化轨道理

40、论杂化轨道理论二、轨道杂化类型及实例二、轨道杂化类型及实例4.解释解释NH3和和 H2O的空间构型的空间构型 不等性不等性sp3杂化杂化2 2ss sp3(O价层电子组态价层电子组态)(杂化态杂化态)杂化杂化成键成键孤对电子孤对电子2 2p H2O的形成过程的形成过程第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论二、轨道杂化类型及实例二、轨道杂化类型及实例4.解释解释NH3和和 H2O的空间构型的空间构型 不等性不等性sp3杂化杂化2 2ss sp3(O价层电子组态价层电子组态)(杂化态杂化态)杂化杂化 s sp3-s成键成键(化合态化合态)孤对电子孤对电子2 2p H2O的形成过程的形成过程第二节第

41、二节 杂化轨道理论杂化轨道理论OHHH2O分子的空间构型分子的空间构型V形形二、轨道杂化类型及实例二、轨道杂化类型及实例孤对电子孤对电子1041044545第二节第二节 杂化轨道理论杂化轨道理论 NH4+和和H3O+sp3杂化的空间构型杂化的空间构型HNHNH4+HH+NHHHH1091092828+正四面体分子正四面体分子等性等性sp3杂化杂化 NH4+和和H3O+sp3杂化的空间构型杂化的空间构型H O:H3O+HH+OHHH107107孤对电子孤对电子+三角锥形三角锥形不等性不等性sp3杂化杂化等性杂化和不等性杂化小结等性杂化和不等性杂化小结杂化类型杂化类型等性杂化等性杂化不等性杂化不等

42、性杂化杂化轨道所含原来杂化轨道所含原来 轨道成分的比例轨道成分的比例杂化轨道的能量杂化轨道的能量参与杂化的参与杂化的 原子轨道原子轨道实例实例相等相等不相等不相等相等相等不完全相等不完全相等含单电子或含单电子或都是空轨道都是空轨道含孤对电子含孤对电子HgCl2 BF3 SnCl4NH3 H3O+(三角锥形三角锥形)H2O H2S SeBr2(V型型)sp型型杂化小结杂化小结杂化类型杂化类型原子轨道原子轨道杂化轨道数杂化轨道数杂化轨道夹角杂化轨道夹角杂化轨道构型杂化轨道构型spsp2sp31 1个个s+1+1个个p1 1个个s+2+2个个p1 1个个s+3+3个个p2 2个个sp3个个sp24个

43、个sp31801801201201091092828直线形直线形正三角形正三角形正四面体正四面体实实 例例BeCl2,HgCl2BF3CH4,SiCl4等性杂化等性杂化参加杂化轨道不含孤对电子参加杂化轨道不含孤对电子NH4+离域离域键键定域定域键：双中心键键：双中心键离域离域键：多中心键，大键：多中心键，大键键mn分子轨道理论简介分子轨道理论简介第三节第三节第四节第四节 分子轨道理论简介分子轨道理论简介现代价键理论现代价键理论共价键的形成共价键的形成共价键的方向性和饱和性共价键的方向性和饱和性说明了说明了解释了解释了杂化轨道理论杂化轨道理论轨道成键能力轨道成键能力分子的空间构型分子的空间构型无

44、法解释无法解释O2的顺磁性的顺磁性O2与与N2活泼性的差异活泼性的差异解释了解释了O原子的价层电子组态：原子的价层电子组态：2 2s2 2 2 2px1 1 2 2py1 1 2 2pz2 22 2s2 2p2 2s2 2pOO键键键键第四节第四节 分子轨道理论简介分子轨道理论简介O原子的价层电子组态：原子的价层电子组态：2 2s2 2 2 2px1 1 2 2py1 1 2 2pz2 22 2s2 2sOO键键OO没有单电子没有单电子抗磁性抗磁性实验事实：实验事实：O2为顺磁性物质为顺磁性物质键键2 2p2 2p第四节第四节 分子轨道理论简介分子轨道理论简介现代价键理论现代价键理论无法解释无

45、法解释O2的顺磁性的顺磁性O2与与N2活泼性的差异活泼性的差异19321932年马利肯年马利肯(Mulliken)和洪特和洪特(Hund)创立了创立了分子轨道理论分子轨道理论(MO法法)。分子中的电子不从属于某个原子分子中的电子不从属于某个原子,而是在整而是在整个分子中运动。原子形成分子时个分子中运动。原子形成分子时,所有电子都有所有电子都有贡献。贡献。基本观点基本观点第四节第四节 分子轨道理论简介分子轨道理论简介一、分子轨道理论要点一、分子轨道理论要点1.分子中的电子围绕整个分子运动分子中的电子围绕整个分子运动 每个电子的空间运动状态都可以用每个电子的空间运动状态都可以用一个分子轨道波函数一

46、个分子轨道波函数（亦称分子轨道）（亦称分子轨道）来描述。来描述。第四节第四节 分子轨道理论简介分子轨道理论简介 2.分子轨道由原子轨道线性组合而成分子轨道由原子轨道线性组合而成 组合前后轨道数不变，组合前后轨道数不变，能量降低者为能量降低者为成键分子轨道成键分子轨道 能量升高者为能量升高者为反键分子轨道反键分子轨道。Linear combination of atomic orbitals (LCAO)H(a):aH(b):bH2（成键轨道）（成键轨道）（反键轨道）（反键轨道）线性组合线性组合原子轨道原子轨道分子轨道分子轨道=C1(a+b)=C2(a-b)2=C1 2(a 2+b 2+2ab)

47、2=C2 2(a 2+b 2-2ab)核间电子云密度增大核间电子云密度增大核间电子云密度减小核间电子云密度减小第四节第四节 分子轨道理论简介分子轨道理论简介H(a):aH(b):bH2（成键轨道）（成键轨道）（反键轨道）（反键轨道）线性组合线性组合ss两个原子轨道两个原子轨道第四节第四节 分子轨道理论简介分子轨道理论简介H(a):aH(b):bH2（成键轨道）（成键轨道）（反键轨道）（反键轨道）线性组合线性组合+ss两个原子轨道两个原子轨道两种组合方式两种组合方式相加重叠相加重叠第四节第四节 分子轨道理论简介分子轨道理论简介H(a):aH(b):bH2（成键轨道）（成键轨道）（反键轨道）（反键

48、轨道）线性组合线性组合+s-sss两个原子轨道两个原子轨道两种组合方式两种组合方式两个分子轨道两个分子轨道相加重叠相加重叠第四节第四节 分子轨道理论简介分子轨道理论简介H(a):aH(b):bH2（成键轨道）（成键轨道）（反键轨道）（反键轨道）线性组合线性组合-+s-sss两个原子轨道两个原子轨道两种组合方式两种组合方式两个分子轨道两个分子轨道相加重叠相加重叠相减重叠相减重叠第四节第四节 分子轨道理论简介分子轨道理论简介H(a):aH(b):bH2（成键轨道）（成键轨道）（反键轨道）（反键轨道）线性组合线性组合+-E*s-s两个原子轨道两个原子轨道两种组合方式两种组合方式两个分子轨道两个分子轨

49、道-+ss相加重叠相加重叠相减重叠相减重叠+s-s第四节第四节 分子轨道理论简介分子轨道理论简介一、分子轨道理论要点一、分子轨道理论要点3.原子轨道有效组合成为分子轨道时必须原子轨道有效组合成为分子轨道时必须遵循三大原则遵循三大原则 (1)1)对称性匹配原则：对称性匹配原则：只有对称性匹配的原只有对称性匹配的原子轨道才能组成分子轨道。子轨道才能组成分子轨道。符合对称性匹配原则的几种原子轨道组合：符合对称性匹配原则的几种原子轨道组合：s-s、s-px、px-px、py-py、pz-pz第四节第四节 分子轨道理论简介分子轨道理论简介zzyyxxyzzx+-+-+spxs、px轨道经旋转和反映，其空

50、间位置、形状和轨道经旋转和反映，其空间位置、形状和波瓣符号均未变，是对称性匹配的，可组合成波瓣符号均未变，是对称性匹配的，可组合成分子轨道。分子轨道。spx第四节第四节 分子轨道理论简介分子轨道理论简介zzyyxxyzzx+-+-+pxpx、px轨道经旋转和反映，其空间位置、形状轨道经旋转和反映，其空间位置、形状和波瓣符号均未变，是对称性匹配的，可组合和波瓣符号均未变，是对称性匹配的，可组合成分子轨道。成分子轨道。px-pxpx-第四节第四节 分子轨道理论简介分子轨道理论简介yyxxz+-pY-pYyy+-pY-pYx第四节第四节 分子轨道理论简介分子轨道理论简介pY、pY轨道经旋转和反映，均