路易斯电子配对杂化价层精讲

高等教育出版社高等教育电子音像出版社第3章化学键与分子结构一、离子键理论二、共价键理论1.经典价键理论（路易斯理论）2.现代价键理论（电子配对法）3.原子轨道杂化理论4.价层电子对互斥理论5.分子轨道理论6.共价键参数与分子性质三、金属键理论四、分子间作用力和氢键高等教育出版社高等教育电子音像出版社第3章化学键与分子结构1.掌握电子配对法及共价键的特点和键型，能写出一般分子的路易斯结构式。2.掌握原子轨道杂化理论的要点，熟悉杂化的类型，能熟练地用原子轨道杂化理论解释一般分子和离子的空间构型。3.能熟练使用价层电子对互斥理论预测主族元素分子和离子的空间构型。教学要求：高等教育出版社高等教育电子音像出版社第3章化学键与分子结构二、共价键理论1.经典价键理论（路易斯理论）2.现代价键理论（电子配对法）3.原子轨道杂化理论4.价层电子对互斥理论教学内容：高等教育出版社高等教育电子音像出版社1.经典价键理论（路易斯理论）离子键理论能很好地说明离子型化合物的形成和特性，但它不能说明由相同原子组成的单质分子如H2、Cl2、N2等的形成，也不能说明由化学性质相近的元素所组成的化合物分子如HCl、H2O等的形成。美国化学家路易斯为了说明分子的形成，1916年提出了共价键学说，建立了经典的共价键理论。路易斯G.N.Lewis,1875-1946共用电子对，稀有气体八隅体结构高等教育出版社高等教育电子音像出版社1.经典价键理论（路易斯理论）不能解释一些分子的稳定存在；不能解释共价键的方向性、饱和性；不能说明为什么两个电子不相斥，反而互相配对？共用电子对能使原子结合成分子的本质原因是什么？HH....ClCl............NN..............HCl................高等教育出版社高等教育电子音像出版社2.现代价键理论（电子配对法）（1）共价键的本质（2）共价键成键原理（3）共价键的特征（4）共价键的键型1927年，德国化学家海特勒和伦敦，把量子力学的成果应用到H2分子结构上，提出电子配对法：高等教育出版社高等教育电子音像出版社（1）共价键的本质R0RR0=87pm基态排斥态氢分子形成过程能量随核间距离变化示意图高等教育出版社高等教育电子音像出版社（1）共价键的本质氢分子基态和排斥态的|ψ|2和原子轨道重叠的示意图00高等教育出版社高等教育电子音像出版社（1）共价键的本质氢分子的基态能成键，两个氢原子轨道（1s）互相叠加，由于两个ψ1s都是正值，叠加后使两个原子核间的电子云密度增加，在两核间出现了一个概率密度最大的区域，这叫做原子轨道的重叠；重叠的结果，一方面降低了两个核间的正电排斥，另一方面增大了两个核对电子云密度大的区域的吸引，有利于体系势能的降低，有利于形成稳定的化学键。氢分子的排斥态则相当于两个氢原子轨道的相减，在两个核间出现了一个空白区，增大了两个核的排斥能，因体系的能量升高，不能成键。量子力学阐明了共价键的本质是电性的高等教育出版社高等教育电子音像出版社（2）共价键成键原理★电子配对原理★能量最低原理★原子轨道最大重叠原理成单电子、自旋相反配对高等教育出版社高等教育电子音像出版社（3）共价键的特征①结合力的本质是电性的②具有饱和性每种元素的原子提供能用于形成共价键的轨道数和成单电子的数目是一定的。NNHClHOHHH高等教育出版社高等教育电子音像出版社（3）共价键的特征③具有方向性原子轨道除s轨道成球形对称外，p,d,f,…轨道在空间都有一定取向和伸展方向，只有沿着键轴的方向才能发生最大程度的重叠；共价键的方向性决定分子的空间构型，影响分子的性质。H2S分子成键示意图HCl分子成键示意图高等教育出版社高等教育电子音像出版社（4）共价键的键型①键沿键轴方向，以“头碰头”方式发生轨道重叠，轨道重叠部分沿着键轴呈圆柱形分布，键的键能大，稳定性高，能量低。s–s(H2)s–px(HCl)px–px(Cl2)键电子云高等教育出版社高等教育电子音像出版社（4）共价键的键型②键键电子云原子轨道以“肩并肩”（或平行）的方式发生重叠，轨道重叠部分对通过键轴的平面是反对称的，其电子云分布的界面图好像是两个椭圆形的冬瓜。键轨道重叠程度和键能都比键小，所以键的稳定性低（能量高）于键；键电子的活动性较高，它是化学反应的积极参加者。高等教育出版社高等教育电子音像出版社（4）共价键的键型键的类型键键原子轨道重叠方式沿键轴方向头碰头沿键轴方向肩并肩原子轨道重叠部位两原子核之间，在键轴上键轴上方和下方，键轴处为零原子轨道重叠程度大小键的强度较大较小化学活泼性不活泼活泼键和键的特征比较②键高等教育出版社高等教育电子音像出版社（4）共价键的键型③配位键COCO★一个原子的价电子层中有孤电子对；★另一个原子的价电子层中有可接受孤电子对的空轨道。形成配位键的条件：由一个原子提供电子对为两个原子所共用而形成的共价键，称为配位键，用一个指向接受电子对的原子的箭头来表示。高等教育出版社高等教育电子音像出版社2.现代价键理论（电子配对法）电子配对法简明地阐述了共价键的形成过程和本质，并成功地解释了共价键的方向性、饱和性的特点，但不能解释CH4分子的空间构型。C为了解释多原子分子的空间结构，1931年鲍林在价键理论的基础上，提出了原子轨道杂化理论。高等教育出版社高等教育电子音像出版社3.原子轨道杂化理论在形成分子时，若干不同类型的、能量相近的原子轨道混合起来，重新组成一组新轨道，这种轨道重新组合的过程叫杂化，所形成的新轨道叫杂化轨道。杂化轨道可以与其他原子轨道重叠形成化学键。杂化后的轨道变了更有利于成键轨道的成分变了轨道的能量变了轨道的形状变了高等教育出版社高等教育电子音像出版社3.原子轨道杂化理论（1）杂化轨道类型（2）键与大键（3）轨道杂化理论的要点与问题高等教育出版社高等教育电子音像出版社（1）杂化轨道类型◆s-p型杂化◆等性与不等性杂化◆s-p-d型杂化高等教育出版社高等教育电子音像出版社（1）杂化轨道类型s-p型杂化sp3杂化成键CH4正四面体2s2pCC基态基态激发激发2s2p激发态激发态2s2pCC基态基态激发激发2s2p激发态激发态杂化杂化spsp33杂化轨道杂化轨道杂化杂化spsp33杂化轨道杂化轨道高等教育出版社高等教育电子音像出版社（1）杂化轨道类型s-p型杂化sp2杂化BF3平面三角形2s2pBB基态基态激发激发2s2p激发态激发态2s2pBB基态基态激发激发2s2p激发态激发态成键成键成键成键杂化杂化spsp22杂化轨道杂化轨道2p杂化杂化spsp22杂化轨道杂化轨道2p高等教育出版社高等教育电子音像出版社（1）杂化轨道类型s-p型杂化sp杂化BeCl2sp杂化轨道2p直线形2s2pBeBe基态基态激发激发2s2p激发态激发态杂化杂化成键成键成键成键高等教育出版社高等教育电子音像出版社（1）杂化轨道类型s-p型杂化s-p型杂化小结杂化轨道类型参加杂化的轨道数目杂化轨道数目杂化轨道中键角空间构型sps含量p含量sp1121/21/2180˚直线形sp21231/32/3120˚平面三角形sp31341/43/4109˚28'正四面体在s-p型杂化中，键角随着杂化轨道中s含量的增加而变大；等性杂化杂化轨道性质等同高等教育出版社高等教育电子音像出版社（1）杂化轨道类型等性与不等性杂化H2O分子分子构型：V形分子电子构型：四面体∠HOH=104.5°不参加成键的孤电子对参与杂化，造成不完全等同的杂化轨道，这种杂化称为不等性杂化。成键成键孤孤电子对电子对参与杂化参与杂化不参与成键不参与成键2s2pOO基态基态杂化杂化spsp33不等性杂化轨道不等性杂化轨道成键成键成键成键孤孤电子对电子对参与杂化参与杂化不参与成键不参与成键孤孤电子对电子对参与杂化参与杂化不参与成键不参与成键2s2pOO基态基态杂化杂化spsp33不等性杂化轨道不等性杂化轨道高等教育出版社高等教育电子音像出版社（1）杂化轨道类型等性与不等性杂化NH3分子成键分子构型：三角锥电子构型：四面体∠HNH=107.3°基态基态2s2pNN杂化杂化spsp33不等性杂化轨道不等性杂化轨道孤孤电子对电子对参与杂化参与杂化不参与成键不参与成键基态基态2s2pNN杂化杂化spsp33不等性杂化轨道不等性杂化轨道孤孤电子对电子对参与杂化参与杂化不参与成键不参与成键高等教育出版社高等教育电子音像出版社（1）杂化轨道类型s-p-d型杂化sp3d2杂化SF6成键3s3pSS杂化杂化3d激发激发3s3p3d3dspsp33dd22杂化轨道杂化轨道正八面体正八面体3s3pSS杂化杂化3d激发激发3s3p3d3dspsp33dd22杂化轨道杂化轨道正八面体正八面体高等教育出版社高等教育电子音像出版社（1）杂化轨道类型s-p-d型杂化过渡元素的(n-1)d、ns、np能级接近，d轨道参加杂化PCl5sp3d杂化三角双锥sp3d3杂化五角双锥IF7dsp2杂化平面四边形[Ni(NH3)4]2+高等教育出版社高等教育电子音像出版社（2）键与大键◆在轨道杂化理论中把杂化轨道叫做轨道，轨道中的电子叫做电子，轨道形成的键叫键。◆在轨道杂化理论中把未参加杂化的纯p轨道叫做轨道，轨道中的电子叫做电子，轨道形成的键叫做键。p轨道(轨道)BF3BeCl2高等教育出版社高等教育电子音像出版社（2）键与大键甲醛H2CO苯C6H666高等教育出版社高等教育电子音像出版社（2）键与大键◆生成键的原子都在同一平面上；◆每个原子都有1个p轨道且互相平行；◆p电子的数目要小于p轨道数目的2倍。包括3个或3个以上原子的键叫大键、多原子键、离域键或共轭键等；生成大键需要满足三个条件：高等教育出版社高等教育电子音像出版社（2）键与大键HNO3分子中的大键高等教育出版社高等教育电子音像出版社（2）键与大键NO3¯离子中的大键有1个电子是离子的电荷Π64高等教育出版社高等教育电子音像出版社（3）轨道杂化理论的要点与问题杂化轨道类型、空间构型及成键能力之间的关系高等教育出版社高等教育电子音像出版社（3）轨道杂化理论的要点与问题分子究竟采取哪种类型的杂化轨道，有时难以确定；还不能解释O2分子顺磁性的原因。①只有在形成分子时原子轨道才发生杂化，杂化存在激发、杂化、轨道重叠、成键等过程，孤立的原子不杂化；②能量相近的原子轨道才能发生杂化；③杂化前后轨道数目不变；④杂化轨道成键也要满足原子轨道最大重叠原理，杂化轨道成键能力比各原子轨道的成键能力强，各不同类型杂化轨道的成键能力顺序：sp＜sp2＜sp3＜dsp2＜sp3d＜sp3d2⑤杂化轨道成键还要满足化学键间最小排斥原理，键与键间排斥力的大小决定于杂化轨道间的夹角，键角越大，化学键之间的排斥力越小；⑥杂化轨道的类型与分子的空间构型有关。问题：高等教育出版社高等教育电子音像出版社4.价层电子对互斥理论电子配对法和轨道杂化理论都可以解释共价键的方向性，特别是轨道杂化理论在解释和预见分子的空间构型方面是比较成功的。但是一个分子究竟采取哪种类型的杂化轨道，有些情况下是难以确定的。价层电子对互斥理论：简称VSEPR(valence-shellelectron-pairrepulsion)理论，由英国化学家希德威克（N.Sidgwick）于1940年首先提出，20世纪60年代初加拿大化学家吉来斯必（R.J.Gillespie）等人又发展了这一理论。高等教育出版社高等教育电子音像出版社4.价层电子对互斥理论（1）判断分子或离子空间构型的步骤（2）价层电子对互斥理论的基本要点（3）小结在共价分子中，中心原子价电子层中电子对的排布方式，使电子对之间的静电斥力最小，并由此决定了分子的空间构型。高等教育出版社高等教育电子音像出版社（1）判断分子或离子空间构型的步骤①确定中心原子或离子价层中电子对的对数：中心原子价电子数+配位原子提供的电子数±离子电荷数价层电子对数2=式中配位原子提供电子数的计算方法：◆H和X卤原子