1、第二节第二节 分子的空间结构分子的空间结构01分子结构的测定分子结构的测定02 多样的分子空间结构多样的分子空间结构03价层电子对互斥模型价层电子对互斥模型04 杂化轨道理论简介杂化轨道理论简介许多现代仪器和方法可测定分子结构，如 、晶体X射线衍射等。红外光谱可以测定分子中含有哪些化学键或 。红外光谱红外光谱官能团官能团质谱仪质谱仪测定分子的相对分子质量化学式化学式电子式电子式结构式结构式键角键角比例模型比例模型球棍模型球棍模型空间结构空间结构CO2H2O105180180直线形直线形V形形化学式化学式CH2ONH3电子式结构式键角120107比例模型球棍模型空间结构平面三角形平面三角形三角锥
2、形三角锥形化学式化学式CH4电子式结构式键角比例模型球棍模型空间结构正四面体形正四面体形10928 同为三原子分子，同为三原子分子，CO2 和和 H2O 分子的空间构型却不同分子的空间构型却不同 同同为四原子分子，为四原子分子，CH2O与与 NH3 分子的的空间结构也不同分子的的空间结构也不同， 什么什么原因？原因？思考与讨论思考与讨论 价层电子对互斥模型认为，分子的空间结构是中心原子周围的“价层电子对” 的结果。 价层电子总数等于中心原子 A 的价电子总数加加上上配体 B 在成键过程中提供的电子数。多重键只计其中键的电子对，不计键电子对。相互排斥相互排斥（1）中心原子（2）配体原子 -处于处
3、于“中心中心”的原子的原子-与中心原子与中心原子结合结合( (周围周围) )的的原子原子中心中心价层电子的总数和对数价层电子的总数和对数 如如 CCl4 4 + 1 4 = 8 配体配体（H H、X X）在在成成单单键键时时提供提供 1 1个个电子。电子。价层电子总数中心原子的价电子总数配体提供的电子总数=+ 一般一般上上主族元素主族元素为中心原子，所以中心原子价为中心原子，所以中心原子价电子总数即电子总数即最外层最外层电子电子数数。 氧氧族元素族元素做做配体配体时，时，提供电子提供电子数为数为 0 0。如。如在在COCO2 2中中。 对于对于阳离子阳离子，价价层层电子数电子数要减去要减去离子
4、电荷离子电荷数数；对对于于阴离子阴离子，价价层层电子数电子数要加上要加上离子电荷数离子电荷数（绝对值（绝对值）如：如： PO43 5 + 0 4 + 3 = 8 NH4+ 5 + 1 4 1 = 8 N N原子原子做做配体配体时，时，提供电子提供电子数数为为 -1-1。 价层电子价层电子对对的的对数对数等于等于电子电子的总数的总数除以除以 2。 例如总数为例如总数为 9，则对数为，则对数为 5。 总数为奇数时，商总数为奇数时，商一般一般进位。进位。价层电子数价层电子对数=2价层电子数价层电子对数=2【注意】价层电子数为奇数时，计算所得电子对数要进位！价层电子数为奇数时，计算所得电子对数要进位！
5、中心原子的中心原子的孤电子对数孤电子对数价层电子对数价层电子对数配位原子总数配位原子总数=-分子或分子或离子离子中心中心原子最外原子最外层电子数层电子数配位原子数价电子总数价电子对数中心原子上的孤电子对数SO2 NH4+CO32-CCl4H2O 电子对电子对带带负负电荷，因此它们之间有排斥的作用电荷，因此它们之间有排斥的作用力。力。排斥的力量越大，分子越不稳定排斥的力量越大，分子越不稳定。 要想让分子成为较稳定状态，应使价层电子对要想让分子成为较稳定状态，应使价层电子对之间之间尽可能彼此远离尽可能彼此远离（即夹角越大越好），这样它（即夹角越大越好），这样它们之间的斥力就可以很小了。们之间的斥力
6、就可以很小了。 一般上，我们把中心原子A视为球心，各价层电子对视为以A为球心的一个球面上的若干点，球面上各点相距最远的结构可简单理解为价层电子对最稳定的空间结构。 由立体几何可知，球面上相距最远的两个点两个点是直径的两个端点。 由立体几何可知，球面上相距最远的三个点个点是过球心的内接三角形的三个顶点。 由立体几何可知，球面上相距最远的四个点个点是球的内接正四面体的四个顶点。 由立体几何可知，球面上相距最远的五个点个点是球的内接三角双锥的五个顶点。 由立体几何可知，球面上相距最远的六个点个点是球的内接正八面体的六个顶点。价层价层电子电子对数和电子对空间构型的关系对数和电子对空间构型的关系 2 对
7、电子对电子 直线形直线形 A只有一种角度，只有一种角度，180 电子对相互排斥，在空间达到平衡取向。电子对相互排斥，在空间达到平衡取向。只有一种角度，只有一种角度，120 3 对电子对电子 正三角形正三角形 A 4 对电子对电子 正四面体正四面体A只有一种角度，只有一种角度，109 28 有三种角度，有三种角度，90，120，180 5 对电子对电子 三角双锥三角双锥 有两种角度，有两种角度，90，180 6 对电子对电子 正八面体正八面体 3 正三角形正三角形 一种角度，一种角度，120 2 直线直线形形 一种角度，一种角度，180 三种角度，三种角度， 90，120，180 5 三三角双锥
8、角双锥 6 正正八面体八面体 两种角度，两种角度， 90，180 一种角度，一种角度，109 4 正正四面体四面体28 价电子价电子对数对数VR模型模型角度角度价层电子对数价层电子对的空间结构略去略去孤孤电子对数电子对数价层电子对价层电子对互斥理论互斥理论分子或离子的空间结构*预测分子或离子空间结构思路：预测分子或离子空间结构思路：【小结小结】分子分子构型与电子对空间构型的关系构型与电子对空间构型的关系 若配体的个数若配体的个数 和和价层电子价层电子对数对数 一致，一致，则则分子构型和电子对空间分子构型和电子对空间构型也一致。构型也一致。 若配体的个数若配体的个数 和和价层电子价层电子对数对数
9、 不一致，不一致，则则分子分子构型应在电子对构型应在电子对空间空间构型基础上忽略孤电构型基础上忽略孤电子对。子对。1、中心原子上的价电子都用于形成共价键的分子。ABnn=2n=3n=4价层电子对数电子对排布方式VSEPR模型名称实例CO2BF3CH4 234直线形直线形平面三角形平面三角形正四面体形正四面体形2、中心原子上有孤电子对的分子：对于中心原子上有孤电子对(未用于 形成共价键的电子对)的分子，中心原子上的孤电子对也要占据中心 原子周围的空间，并互相排斥使分子呈现不同的空间结构。化学式化学式含孤电子的含孤电子的VSEPR模型模型分子或离子分子或离子的空间结构的空间结构分子或离子的分子或离
10、子的空间结构名称空间结构名称H2ONH3HCNV形形三角锥形三角锥形直线形直线形化学式化学式含孤电子的含孤电子的VSEPR模型模型分子或离子分子或离子的空间结构的空间结构分子或离子的分子或离子的空间结构名称空间结构名称H3O+SO2三角锥形三角锥形V形形例例 ：利用利用价层电子对互斥价层电子对互斥理论理论判断下列分子和判断下列分子和离子的几何构型离子的几何构型 。 AlCl3 H2S SO32 NH4+ NO2 要求要求写出价层电子总数、对数写出价层电子总数、对数、电子对、电子对构型和构型和分子分子（离子）（离子）构型。构型。 电子对构型电子对构型 总数总数 解：解： AlCl3 分子构型分子
11、构型 对数对数 三角形三角形 三角形三角形3 + 1 3 = 63 电子对构型电子对构型 总数总数 分子构型分子构型 对数对数 H2S正四面体正四面体V 字字形形46 + 1 2 = 8 电子对构型电子对构型 总数总数 离子构型离子构型 对数对数 正四面体正四面体三角锥三角锥4SO326 + 0 3 + 2 = 8 电子对构型电子对构型 总数总数 离子构型离子构型 对数对数 正四面体正四面体正四面体正四面体4 NH4+5 + 1 4 1= 8 电子对构型电子对构型 总数总数 分子构型分子构型 对数对数 三角形三角形V 字字形形3NO2 5 + 0 2 = 5分子或离子价层电子对数成键电子对数孤
12、电子对数分子空间结构BeCl2SCl2PF3用价层电子对互斥模型推测下列分子或离子的空间结构:(1)H2Se ;(2)BBr3 ;(3)CHCl3 ;(4)SiF4 。 孤电子对的负电集中，将孤电子对的负电集中，将排斥其余排斥其余成键电成键电对，使键角变小。对，使键角变小。孤电子对对键角的影响：孤电子对对键角的影响： 例如例如 NH3 4 对对电子对构型四面体电子对构型四面体分子构型三角锥分子构型三角锥HNHH键角键角 HNH 为为 107 18HNHH 这是由于孤电子对对这是由于孤电子对对 NH 成键电对的排斥成键电对的排斥造成造成的。的。 使使键角小于键角小于 109 28价层电子对之间相
13、互排斥作用大小的一般规律：价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律：孤孤电子对孤电子对孤电子对成键电子对孤电子对孤电子对成键电子对电子对成键电子对成键成键电子对成键电子对电子对三键三键双键双键单键单键键角本应该为键角本应该为 120；由于双键与单键之间斥力；由于双键与单键之间斥力大于单键和单键之间斥力，大于单键和单键之间斥力，故故 HCH 键角键角小于小于120；而；而 HCO 键角大键角大于于 120 HCH O 例如例如 NH3 4 对对电子对构型四面体电子对构型四面体分子构型三角锥分子构型三角锥HNHH键角键角 HNH 为为 107 18显然显然，这，这 4 个单电子个单电子所在所在的的
14、原子轨道不一致。原子轨道不一致。2p2s激发激发2p2s 利用这些原子轨道与利用这些原子轨道与 4 4 个个H H 原子形成的原子形成的化学键，应该化学键，应该不完全不完全相同相同。 也不应该指向正也不应该指向正四面体四面体的的4 4 个顶点。个顶点。 既然如此，形成的既然如此，形成的CHCH4 4为什么为什么会会是正四面体是正四面体结构结构 ？在成键过程中，轨道在成键过程中，轨道之间的之间的夹角是怎夹角是怎样形成的样形成的 ？ 这些问题用这些问题用价键理论、价键理论、VR理论理论难以解释难以解释。 1931 年年鲍林鲍林提出杂化轨道提出杂化轨道理论，非常成功地解释了构型方理论，非常成功地解释
15、了构型方面的这类问题。面的这类问题。 杂化轨道理论发展了价键理杂化轨道理论发展了价键理论，可以对已知构型进行论，可以对已知构型进行解释解释。1.1.概念：概念：外界条件下，外界条件下，能量相近的原子轨道能量相近的原子轨道混杂混杂起来，重新组合新轨道起来，重新组合新轨道的过程叫做原子轨道的杂化，杂化后的新轨道就称为杂化轨道。的过程叫做原子轨道的杂化，杂化后的新轨道就称为杂化轨道。2.2.要点：要点：（1 1）参与杂化的原子轨道）参与杂化的原子轨道能量相近能量相近 （同一能级组或相近能级组的轨道）（同一能级组或相近能级组的轨道）（2 2）杂化前后原子轨道数目不变：）杂化前后原子轨道数目不变： 参加
16、杂化的轨道数目参加杂化的轨道数目等于等于形成的杂化轨道数目；形成的杂化轨道数目； 杂化改变了原子轨道的形状方向，成键时更有利于轨道间的重叠。杂化改变了原子轨道的形状方向，成键时更有利于轨道间的重叠。（3 3）杂化前后原子轨道在空间取最大夹角分布，能使相互间）杂化前后原子轨道在空间取最大夹角分布，能使相互间排斥力最小。排斥力最小。(1).只有在形成化学键时才能杂化(2).只有能量相近的轨道间才能杂化(1)杂化前后轨道数不变(2)杂化过程中轨道的形状发生变化(3)杂化后形成的化学键更稳定(4)杂化后的新轨道能量、形状都相同(5)杂化后的轨道之间尽可能远离。(6)杂化轨道只用于形成键和容纳孤电子对
17、注意：注意： 几个轨道参与几个轨道参与杂化杂化，就得到几个，就得到几个杂化杂化轨道轨道。杂化轨道能量彼此相同！。杂化轨道能量彼此相同！1个s轨道和1个p轨道杂化所得2个杂化轨道叫sp杂化轨道。1个s轨道和2个p轨道杂化所得3个杂化轨道叫sp2杂化轨道。1个s轨道和3个p轨道杂化所得4个杂化轨道叫sp3杂化轨道。 如：如： 形成形成 CH4 分子时，分子时，中心碳中心碳原子的原子的 2s 和和 2px，2py，2pz 等等 4 条条原子轨道发生杂原子轨道发生杂化化。 产生产生一一组组spsp3 3共共 4 条条杂化轨道杂化轨道，且彼此能量，且彼此能量相同。但各条杂化轨道的伸展相同。但各条杂化轨道
18、的伸展方向方向不同！不同！sp杂化轨道的形成过程 x y z x y z z x y z x y z 180sp杂化轨道的形状为一头大，一头小，含有杂化轨道的形状为一头大，一头小，含有1/2 s 轨道和轨道和1/2 p 轨轨道的成分两个轨道间的夹角为道的成分两个轨道间的夹角为180，呈，呈直线形直线形 sp 杂化杂化：1个个s 轨道与轨道与1个个p 轨道进行的杂化轨道进行的杂化, 形成形成2个个sp杂化轨道。杂化轨道。sp杂化 中心原子的1个_轨道和1个_轨道杂化得到夹角为_的_杂化轨道。sp p pspppspspppsp180直线形直线形sp2杂化轨道的形成过程 x y z x y z z
19、 x y z x y z 120 每个每个sp2杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有 1/3 s 轨道轨道和和 2/3 p 轨道的成分每两个轨道间的夹角为轨道的成分每两个轨道间的夹角为120，呈呈平面三角形平面三角形 sp2杂化杂化：1个个s 轨道与轨道与2个个p 轨道进行的杂化轨道进行的杂化, 形成形成3个个sp2 杂化轨道。杂化轨道。SP2杂化 中心原子的1个_轨道和2个_轨道杂化得到夹角为_的_杂化轨道。sp120平面三角形平面三角形sp p psp2p点拨：点拨：sp、sp2两种杂化形式中还有未参与杂化的两种杂化形式中还有未参与杂化的p轨道，可轨
20、道，可用于形成用于形成键，而键，而杂化轨道只用于形成杂化轨道只用于形成键或者用来容纳未参与成键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。键的孤电子对。sp3杂化轨道的形成过程 x y z x y z z x y z x y z 10928 sp3杂化杂化：1个个s 轨道与轨道与3个个p 轨道进行的杂化轨道进行的杂化,形成形成4个个sp3 杂化轨道。杂化轨道。 每个每个sp3杂化轨道的形状也为一头大，一头小，杂化轨道的形状也为一头大，一头小， 含有含有 1/4 s 轨道和轨道和 3/4 p 轨道的成分每两个轨道间的夹角为轨道的成分每两个轨道间的夹角为109.5，空间构型为空间构型为正四面体形正四面体形
21、中心原子的1个_轨道和3个_轨道杂化得到夹角为_的_杂化轨道。sp3杂化sp10928正四面体形正四面体形sp p psp3杂化类型杂化类型spsp2sp3参与杂化的原子轨道及数目1个s轨道和1个p轨道1个s轨道和2个p轨道1个s轨道和3个p轨道杂化轨道的数目杂化轨道间的夹角空间结构名称2 23 34 418012010928直线型直线型平面三角形平面三角形 正四面体形正四面体形注意：注意：杂化轨道只可以用来容纳 键电子对或者容纳孤电子对！规律规律：杂化轨道数=价层电子对数判断杂化类型方法：先由VR理论确定价层电子对数，再由杂化轨道数判断杂化类型。有机物中单键碳原子采取sp3杂化。有机物中双键
22、碳原子采取sp2杂化。有机物中三键碳原子采取sp杂化。51234例题. 根据价层电子对互斥模型及原子杂化轨道理论判断NF3分子的空间结构和中心原子的杂化方式为() A.直线形sp杂化 B.平面三角形sp2杂化 C.三角锥形sp2杂化 D.三角锥形sp3杂化D例题. 在BrCH = CHBr分子中，CBr键采用的成键轨道是() A.sp-p B.sp2-s C.sp2-p D.sp3-pC指出下列原子的杂化轨道类型、分子的结构式及空间结构。(1)CS2分子中的C为杂化,分子的结构式为,空间结构为;(2)CH2O中的C为杂化,分子的结构式为,空间结构为;(3)CCl4分子中的C为杂化,分子的结构式为,空间结构为;(4)H2S分子中的S为杂化,分子的结构式为,空间结构为。 感谢观看Thank you for watching
