1、第二章第二章 分子结构分子结构复习复习:几种非金属原子的几种非金属原子的价层电子构型价层电子构型H:Be:B:C:1s12s22s22p12s22px12py02pz02s22p22s22px12py12pz0缺电子原子缺电子原子等电子原子等电子原子缺电子原子缺电子原子复习复习:几种非金属原子的几种非金属原子的价层电子构型价层电子构型N:O:F:Cl:3s23px23py23pz1P:3s23px13py13pz1S:3s23px23py13pz12s22p32s22px12py12pz12s22p42s22px22py12pz12s22p52s22px22py22pz1多电子原子多电子原子1
2、.1.由原子由原子 宏观物质的几种结合方式宏观物质的几种结合方式 金属原子金属原子 金属物质：金属物质：金属键金属键(metallic bonding）金属原子和非金属原子金属原子和非金属原子 盐：盐：离子键（离子键（ionic bonding）非金属原子非金属原子 分子分子 非金属物质：非金属物质：共价键（共价键（covalent bonding）2.2.化学键化学键-原子间强的作原子间强的作用力用力 化学键化学键(chemical bonding)：物质中，原子之间的强烈作用力。：物质中，原子之间的强烈作用力。化学键分为：离子键，化学键分为：离子键，共价键共价键和金属键。和金属键。化学反应
3、的本质化学反应的本质:旧化学键的断裂，新化学键的形成。旧化学键的断裂，新化学键的形成。3.3.分子结构的研究内容分子结构的研究内容 非金属原子之间非金属原子之间 用用共价键共价键 形成形成分子，分子之间分子，分子之间 用用分子间作用力分子间作用力(van der Waals interactions)形成宏形成宏观物质观物质。本章主要内容本章主要内容 2.1 共价键理论的发展史共价键理论的发展史 2.2共价键的基本理论共价键的基本理论 2.3杂化轨道理论与简单分子的几何构型杂化轨道理论与简单分子的几何构型 2.5分子轨道理论分子轨道理论 2.6分子之间的作用力分子之间的作用力 2.7 氢键氢键
4、2.1 2.1 共价键理论的发展共价键理论的发展 最早的共价键理论，最早的共价键理论，1916年路易斯提出：年路易斯提出：原子通过共用电子对，达到稀有气体稳定结构，即原子通过共用电子对，达到稀有气体稳定结构，即八电子规则八电子规则。可以解释可以解释H2,O2,N2,HCl,H2O,NH3 等。等。不能解释不能解释BCl3(6电子电子),PCl5(10电子电子)等的存在。等的存在。不能说明共价键的本质和分子的几何构型。不能说明共价键的本质和分子的几何构型。1927年（薛定谔方程提出的第二年）德国物理学家海特年（薛定谔方程提出的第二年）德国物理学家海特勒（勒（Heitler）和伦敦（）和伦敦（Lo
5、ndon）用量子力学处理了）用量子力学处理了H2分子，提出了分子，提出了价键理论价键理论（Valence Bond Theory简称简称VB法），阐明了共价键的本质，奠定了现代共价键理论。法），阐明了共价键的本质，奠定了现代共价键理论。但不能说明复杂分子的几何构型，也不能解释但不能说明复杂分子的几何构型，也不能解释PCl5等的等的存在。存在。1931年美国化学家鲍林（年美国化学家鲍林（L.Pauling）提出了）提出了杂化轨道理论杂化轨道理论（Hybrid Orbital Theory），对分子的几何构型作出了解释，发展了），对分子的几何构型作出了解释，发展了VB法。法。1932年美国化学家密
6、立根（年美国化学家密立根（R.S.Muliken）和德国化学家洪德（）和德国化学家洪德（F.Hund）从另一）从另一角度提出了角度提出了分子轨道理论分子轨道理论（Molecular Orbital Theory简称简称MO法），成功地解释法），成功地解释了许多分子的性质和反应的性能。了许多分子的性质和反应的性能。2.2 价键价键（covalent bondingcovalent bonding）理论理论 原子之间原子之间电负性电负性相差相差不大不大,甚至甚至相同相同时，时，通过通过共享电子共享电子的形式形成的形式形成化学键化学键，就是，就是共价键共价键。2.2.1 2.2.1 现代价键理论现代
7、价键理论-VB-VB法法 1.共价键的形成共价键的形成海特勒（海特勒（Heitler）和伦敦（）和伦敦（London）对）对H2分分子进行量子力学处理时发现：子进行量子力学处理时发现：两个氢原子相互靠近时会出现两个氢原子相互靠近时会出现两种两种情况情况情况情况1：两个氢原子各自带一个自旋：两个氢原子各自带一个自旋相同相同的电子的电子相靠近相靠近得到的得到的总能量总能量高于高于两个原子轨道两个原子轨道能量能量总和总和体系处于激发态，不形成化学键。体系处于激发态，不形成化学键。两个两个H原子之间的距离原子之间的距离RH+HE2能量变化能量变化距离减小距离减小H原子原子1H原子原子2靠近靠近1s轨道
8、轨道1s轨道轨道 情况情况2：两个氢原子各自带一个自旋：两个氢原子各自带一个自旋相反相反的电子相靠近的电子相靠近得到的总能量在原子得到的总能量在原子间距离为间距离为R0时能量最低时能量最低体系处于基态，形成化学键。体系处于基态，形成化学键。H原子原子1H原子原子2靠近靠近E1两个两个H原子之间的距离原子之间的距离RH+H能量变化能量变化距离减小距离减小R0E0核间距离的计算值核间距离的计算值R0（87pm），与实验值（），与实验值（74pm）基本一致。说明）基本一致。说明Heitler和和London的的量子力学处理结果基本正确。量子力学处理结果基本正确。氢分子中两个氢原子的核间距氢分子中两个
9、氢原子的核间距74pm比氢原子比氢原子的半径之和（的半径之和（52.9pm2）小，即）小，即 74pm 双键双键 三键。三键。键键 角角 分子中键和键之间的夹角称为键角分子中键和键之间的夹角称为键角()。键角和键长是表征分子几何构型的重要参数。键角和键长是表征分子几何构型的重要参数。双原子分子，总是直线型；双原子分子，总是直线型；对于多原子分子，几何构型要根据原子在空间排列情况而定。对于多原子分子，几何构型要根据原子在空间排列情况而定。键键 矩矩 键的键的偶极矩偶极矩称为键矩，是衡量称为键矩，是衡量键的极性键的极性的物理量。的物理量。极性键：极性键：电负性不同的原子形成的共价键，为极性共价键，
10、电负性不同的原子形成的共价键，为极性共价键，简称极性键。简称极性键。非极性键：非极性键：电负性相同的原子形成的共价键。电负性相同的原子形成的共价键。H Cl2.13.0H H2.12.1q+q-Bqlq+q-l成键原子电负性差值越大，键矩越大，键的极性越大成键原子电负性差值越大，键矩越大，键的极性越大。正电荷中心正电荷中心负电荷中心负电荷中心不是原子核不是原子核2.32.3杂化轨道理论与分子的几何构型杂化轨道理论与分子的几何构型*价键理论无法解释多原子分子的几何构型，例如，价键理论无法解释多原子分子的几何构型，例如，BeCl2，BCl3，CH4等。等。1931年鲍林在价键理论的基础上，根据电子
11、的波动性和波的叠加原理提出了年鲍林在价键理论的基础上，根据电子的波动性和波的叠加原理提出了杂化轨道理论。杂化轨道理论。杂化理论的要点杂化理论的要点 一个原子和周围原子成键时，一个原子和周围原子成键时，其其价层价层中的若干个中的若干个能量相近能量相近的的不同不同类型的类型的原子轨道原子轨道（s，p，d）经过叠加，）经过叠加，重新分配能量和调整伸展方向，组合成重新分配能量和调整伸展方向，组合成新的有利于新的有利于成键的轨道，成键的轨道，这个过程称为原子轨道的这个过程称为原子轨道的杂化杂化，形成的新轨道，称为，形成的新轨道，称为杂化轨道杂化轨道。杂化理论的要点杂化理论的要点 杂化轨道比原来未杂化的轨
12、道成键能力更强，形成的化学键更牢固，分子更杂化轨道比原来未杂化的轨道成键能力更强，形成的化学键更牢固，分子更稳定。稳定。2.3.2.1 sp杂化杂化 由一个由一个ns轨道和一个轨道和一个np轨道进行杂化的过程叫轨道进行杂化的过程叫sp杂化。形成杂化。形成两个两个sp杂化轨道。杂化轨道。+-+-+-+-+-+-+-两个两个spsp杂化轨道的空间分布，以及与未参与杂杂化轨道的空间分布，以及与未参与杂化的化的p p轨道的关系轨道的关系以气态以气态BeCl2为例为例 Be原子基态价层电子结构为原子基态价层电子结构为2s22p0。每个轨道用圆圈表示。每个电子用。每个轨道用圆圈表示。每个电子用或或表示。表
13、示。2s22p0激发激发2s12p1杂化杂化两个两个sp杂化轨道杂化轨道的空间分布呈线的空间分布呈线形形+-+-两个两个sp杂化轨道。分别与两杂化轨道。分别与两个个Cl原子原子3p轨道重叠成键轨道重叠成键+-+-BeClCl直线型分子直线型分子2.3.2.2 sp2.3.2.2 sp2 2杂化杂化 由一个由一个ns轨道和两个轨道和两个np轨道进行杂化的过程叫轨道进行杂化的过程叫sp2杂化。形成杂化。形成三个三个sp2杂化轨杂化轨道。以道。以BCl3为例。为例。B原子的价层电子构型是原子的价层电子构型是2s22p1。激发激发杂化杂化+-+-+-+-+-+-BClClCl三个三个sp2杂化轨道杂化轨道平面三角形平面三角形最大重叠原最大重叠原理决定方向理决定方向46三个三个sp2杂化轨道的空间分布，以及与未参杂化轨道的空间分布，以及与未参与杂化的与杂化的p轨道的关系轨道的关系
