第2章分子结构2

Chapter2MolecularStructure第2章分子结构2本章教学要求4．认识分子间作用力和氢键的本质，会用其解释对物质性质的影响.1．认识化学键的本质；2．掌握价键理论的内容；会用价键理论解释共价键的特征，会用价电子对互斥理论和杂化轨道理论解释简单的分子结构；3．初步认识分子轨道，掌握第二周期元素的分子轨道特点；2.1化学键的定义Definitionofchemicalbonding2.2共价键的概念与路易斯结构式ConceptofthecovalentbondtheoryandLewis’structureformula2.8共价分子的性质Metallicbondtheory2.9分子间作用力和氢键Intermolecularforcesandhydrogenbonding本章教学内容2.3用以判断共价分子几何形状的价层电子对互斥理论VSEPRforjudgingtheconfigurationofthecovalencemolecular2.4原子轨道的重叠—价键理论Superpositionofatomicorbital—valencebondtheory2.7分子轨道理论Molecularorbitaltheory2.5共轭大π键Molecularorbitaltheory2.6等电子体原理Molecularorbitaltheory42.1化学键的定义(definitionofchemicalbond)2.1.1什么是化学键？2Na(s)+Cl2(g)2NaCl(s)ColorStateElectricalconductivityElective银灰色黄绿色无色固体气体晶体极强极弱极弱熔融导电无变化无变化熔融下反应逆转上边三种物质的性质的不同是由什么引起的？反映出什么问题？sodiumsodiumchloride5PaulingL在TheNatureofTheChemicalBond中提出了用得最广泛的化学键定义：如果两个原子（或原子团）之间的作用力强得足以形成足够稳定的、可被化学家看作独立分子物种的聚集体，它们之间就存在化学键.简单地说，化学键是指分子内部原子之间的强相互作用力.化学键理论可以解释:●分子的形成与稳定性●共价键的本质及饱和性●分子的几何构型和共价键的方向性●化学键与分子的物化性质间的关系不同的外在性质反应了不同的内部结构各自内部的结合力不同6化学键共价键金属键离子配键离子偶极配键离子键电价配键配键双原子共价键多原子共价键电子对键（单、双、叁键）单电子键三电子键共轭π键多中心键极性键共价配键非极性键2.1.2已明确了的化学键类型电价键72.2.1共价键的相关概念2.2共价键的概念与路易斯结构式(covalentbondtheory）LewisG.N.在1916年假定化学键所涉及的每一对电子处于两个相邻原子之间为其共享，用A—B表示.双键和叁键相应于两对或三对共享电子.分子的稳定性是因为共享电子对服从“八隅律”(octetrule).配位共价键coordinationcovalentbond非极性共价键nonpolarcovalentbond极性共价键polarcovalentbond电负性原子electronegativeatom电正性原子electropositiveatom共享电子对——共价键singlecovalentbonddoublecovalentbondtriplecovalentbondThebondpolarityinthehydrogenhalideChemicalbondH–IH–BrH–ClH–FElectronicgrativity0.460.760.961.78differenceBondingpolarityIncreasinginturn记住有关术语和概念！82.2.2路易斯结构式路易斯用元素符号之间的小黑点表示分子中各原子的键合关系，代表一对键电子的一对小黑点亦可用“－”代替。路易斯结构式能够简洁地表达单质和化合物的成键状况，其基本书写步骤如下：1.按原子的键合关系写出元素符号并将相邻原子用单键连接.在大多数情况下,原子间的键合关系是已知的,例如,NO2中的键合关系不是N—O—O,而是O—N—O.有时还可作出某些有根据的猜测.2.将各原子的价电子数相加,算出可供利用的价电子总数.如果被表达的物种带有正电荷,价电子总数应减去正电荷数;如果被表达的物种带有负电荷,价电子总数应加上负电荷数.3.扣除与共价单键相应的电子数(单键数×2)后，将剩余的价电子分配给每个原子,使其占有适当数目的非键合电子。对第2周期元素而言,非键合电子数与键合电子数之和往往能使每个原子满足八隅律.4.如果剩余的电子不够安排，可将一些单键改为双键或叁键.9Question写出氯酸根离子ClO3-的路易斯结构式.Cl原子的电负性小于O原子，意味着不存在O－O之间的键合.合理的排布应该如下所示：ClO3-离子中价电子总数等于26(四个原子的价电子数相加再加1),扣除3个单键的6个电子，余下的20个电子以孤对方式分配给四个原子,使它们均满足八隅律的要求.ClOOOClOOO10Question写出NO+离子的路易斯结构式.NO+离子只可能有一种排布方式，见下图最左边一个：NO+离子中价电子总数等于10(两个原子的价电子数相加后减1)，扣除1个单键的2个电子，余下的8个电子无论按上图中第二个那样以孤对方式分配给两个原子，还是按上图中第三或第四个那样将N－O单键改为双键，都不能使两个原子同时满足八隅律的要求.这一要求只有将单键改为叁键才能满足.NONO++NO+NO+NO11各原子共提供3+4×7=31个价电子；离子的一价负电荷表明还应加一个电子.因此必须在5个原子周围画上16对电子的32个圆点负电荷属于整个离子而不是个别原子！写出BF4-离子的Lewis结构.QuestionFBFFFFBFFF12OOOOOO路易斯结构式虽然能说明一些问题，但是它还是有一些局限性：1.对作为中心原子的第3周期及其以下周期的元素而言,价层电子数可以大于8.例如，[SiF6]2-，PCl5和SF6中的中心原子价层电子数分别为12，10和12(超价化合物).2.对于氧分子的结构，第一种表示虽然符合路易斯结构式，但它不能表达氧分子显示的磁性，后两种表示方法对.3.有些物种的合理结构能写出不止一个.例如对NO3-离子而言，可以写出能量相同的三个式子（但3个式子都不代表NO3-离子的实际结构），此时鲍林的共振论此时应运而生.NOOO+NOOONOOO132.3用以判断共价分子几何形状的价层电子对互斥理论（VSEPRforjudgingtheconfigurationofthecovalencemolecular）1940年由SidgwichN.和PowellH.提出的理论.它在预言多原子分子形状时取得的成功是令人惊奇的，但理论本身却不过是Lewis思路的简单延伸.●分子或离子的空间构型与中心原子的价层电子对数目有关VP=BP+LP价层成键孤对●价层电子对尽可能远离,以使斥力最小LP-LPLP-BPBP-BP●根据VP和LP的数目,可以推测出分子的空间构型（1）VSEPR(valenceshellelectronpairrepulsion)基本要点14（2）分子形状的确定方法●首先先确定中心原子A的价层电子对数VP原则:配体X:H和卤素每个原子各提供一个价电子,氧与硫不提供价电子正离子“-”电荷数,负离子“+”电荷数例:VP()=(6+4×0+2)=424SO21VP=1/2[A的价电子数+X提供的价电子数±离子电荷数()]负正另一种更为简便的方法VP=BP+LP=与中心原子成键的原子数+（中心原子价电子数-配位原子未成对电子数之和)2例：XeF22+(8-2×1)/2=5XeF44+(8-4×1)/2=6XeOF45+(8-1×2-4×1)/2=6XeO2F24+(8-2×2-2×1)/2=5A的价电子数=主族序数15●确定电子对的空间排布方式FormulatypeSharedelectronpairArrangementofBatomsrelativetoAatoms(idealBABbondangle)StructuresGeometryofcovalentmoleculeswithnounsharedelectronpairsonthecentralatom2Linear(180°)B—A—BAB2AB33Triangularplanar(120°)ABBBAB44Tetrahedral(109°28’)BABBBAB55Triangularbipyramidal*(BaABa,180°)(BeABe,120°)(BeABa,90°BBBBBAAB66Octahedral(90°,180°)ABBBBBB16●确定孤对电子数和分子空间构型LP=0分子的空间构型=电子对的空间构型BeH2BF3CH4PC15SF6VP=(2+2)=2LP=021VP=(3+3)=3LP=021VP=(4+4)=4LP=021VP=(5+5)=5LP=021VP=(6+6)=6LP=021ExampleH–Be–H17LP≠0分子的空间构型≠电子对的空间构型使价层电子对斥力最小1819孤对电子优先代替平伏位置上的原子和相关键对电子20第二对孤对电子优先代替第一对孤对电子反位的原子和相关键对电子212221当分子中有键时,键应排在相当于孤对电子的位置！键的极性和中心原子的电负性会使键角改变21VP=(4+0+2)=3VP=(6+4)=521S=OFFFFC=OClCl'21124o'18110oN:HHH'18107oN:FFFo102这两个问题你还是要注意的！23Question判断OF2分子的基本形状.写出路易斯结构式,并读出中心原子周围价电子对的总数:中心原子价层有4对电子.4对价电子的理想排布方式为正四面体,但考虑到其中包括两个孤对,所以分子的实际几何形状为角形,相当于AB2E2型分子.F—O—F24Question判断XeF4分子的基本形状.中心原子价层有6对电子.理想排布方式为正八面体,但考虑到其中包括两个孤对,所以分子的实际几何形状为平面四方形,相当于AB4E2型分子.中心原子Xe的价电子数为8，F原子的未成对电子数为1.可以算得中心原子价电子对的总数和孤对数分别为:(价层电子对总数)=4＋(8－4)/2=6(孤电子对的数目)=(8－4)/2=2252.4原子轨道的重叠—价键理论(superpositionofatomicorbital—valencebondtheory)●怎样解释形成双键和叁键的原子间共享2对、3对电子？前面我们对共价键的讨论都是在路易斯学说的基础上进行的，给了我们一些有价值的概念.但有关共价键的许多疑问都无法得到回答：●电子对的享用与提供电子的原子轨道间存在什么关系？●能否用原子轨道在空间的取向解释分子的几何形状？解决了这些问题才能揭示成键本质26（1）价键理论(valencebondtheory)基本观点2.4.1共价作用力的本质和共价键的特点带有相反电荷的两个离子(例如A+和B-)彼引接近的过程中,系统能量的变化可表示为两核之间距离的函数.距离无限大时两个质点间不存在作用力,系统的势能定为0；随着距离逐渐减小,相互间开始产生吸引力和排斥力.质点相距较远时,离子正、负电荷间的吸引力是这一接近过程中势能变化的主要作用力，系统势能的总效果表现为随距离R减小而下降.与之同时伴随着排斥力的增大,增大至成为主要影响因素时，系统势能的总效果表现为随距离减小而上升.曲线的最低点相应于吸引力等于排斥力的状态,该状态下两核间的平衡距离R0叫做核间距(符号为d)，与核间距d对应的势能(Ed)则是由气态正、负离子形成离子键过程中放出的能量.显而易见，势能越低(曲线的“井”越深)，表明形成的化合物越稳定.Energy-distance