杂化轨道理论要点

1分子结构2化学键：分子或晶体中相邻原子之间的强烈相互作用力。化学键分类：离子键、共价键(配位键)、金属键。分子:保持物质化学性质的最小微粒，参加化学反应的基本单元原子为什么能聚集在一起形成分子或晶体？H2O，NaCl，Fe，C（金刚石）3§1离子键6.1.1离子键的形成)33(Cl)33(Cl)22(Na)3(Na62-e5262e1pspspss离子键：靠正、负离子之间的静电引力所形成的化学键。离子型化合物：由离子键所形成的化合物，如NaCl、CaO、KCl、Na2SO4等ClClNa-aN41.2离子键的特点离子键的本质是静电引力；离子键没有饱和性和方向性；离子型化合物常以晶体形式存在，没有独立的分子。1.3形成离子键的条件两种原子间电负性相差较大，一般要相差1.7以上。51.4离子的特征1.离子的电荷主族元素生成的离子：稀有气体结构(p轨道全充满)过渡元素：它们生成的离子的d轨道一般都处于半充满状态。Fe3+:3d64s23d5,Mn2+:3d54s23d562.离子的电子层结构（主要指离子的外层电子构型）简单的负离子：8电子结构(如;F－,Cl－,O2－等)简单正离子:有多种构型，如下所列：①2电子构型：Li+、Be2+（s区）②8电子构型：Na+、Mg2+、Al3+（s、p区）③18电子构型：Zn2+、Hg2+、Ga3+、Cu+（ds区、p区）④18+2电子构型：Pb2+、Sn2+（p区）⑤9～17电子构型：Fe2+、Cr3+、Cu2+（d区）73.离子的半径d=r++r-r-r+正、负离子间静电吸引力和排斥力达平衡时，正、负离子间保持着一定的平衡距离为正、负离子半径之和（核间距）d=r++r-离子的特征影响化合物的性质8电负性相差不大的非金属元素之间是如何形成化学键的？同种元素之间为什么能形成化学键？四种共价键理论：价键理论、杂化轨道理论、分子轨道理论、价层电子对互斥理论。9§2共价键2.1价键理论（电子配对理论、VB理论）1.共价键的形成共价键：靠共用电子对形成的化学键10112.价键理论基本要点(1)两原子中自旋方向相反的未成对电子可以相互配对形成共价键。(2)发生相互重叠的两个原子轨道的正、负号要相同——对称性匹配原则。(3)相互重叠的两个原子轨道要尽可能沿着能发生最大重叠的方向进行重叠——最大重叠原则。123.共价键的特征A:饱和性H(1s1)Cl(3s23p5)H—ClN(2s22px12py12pz1)N≡N几个未成对电子只能和几个自旋方向相反的单电子配对成键。H2NH313两个电子配对，就是两个原子轨道发生重叠。重叠的结果是电子云密度在两核之间增大。B:方向性14HCl1s—3px重叠越大，形成的键越牢固——共价键具有方向性。H21s—1s15H1sF2p2p2pFFF2H2HF电子云重叠示意图164.共价键的类型a:σ键两原子轨道沿键轴方向进行同号重叠所形成的键。根据轨道重叠的方向方式及重叠部分的对称性划分为不同的类型头对头17●●s—s●●px—s●●px—px轨道重叠电子云分布18电子云分布b:π键两原子轨道沿键轴方向在键轴两侧平行同号重叠所形成的键肩并肩zpz—pz●●xpy—py●●x轨道重叠19键类型σ键π键原子轨道重叠方式沿键轴方向相对重叠沿键轴方向平行重叠原子轨道重叠部位两原子核之间，在键轴处键轴上方和下方，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σ键和π键的特征比较★两原子间若只形成一个共价键，一定是σ键；★两原子间若形成多个共价键，其中一个是σ键，其余为键。如N2、CH2＝CH2、CH≡CH；20例：H21s11s—1s1个σ键Cl23s23p53px—3px1个σ键HCl1s—3px1个σ键N22s22p32px—2px1个σ键2py—2py1个键2pz—2pz1个键三个共价键N2分子中的3个共价键为什么不全是σ键呢？21配位键：由一个原子提供空轨道，另一个原子提供孤对电子所形成的化学键。用箭头“→”表示。C原子：2s22px12py12pz0O原子：2s22px12py12pz25.配位键如：CO22配位键与共价键的区别与联系：两者的形成过程不同，但配位键一旦形成，其结果与共价键没有区别。是一种特殊的共价键。配位键广泛存在于配位化合物及一些无机含氧酸根中：配位键形成条件：一方有空轨道，另一方有孤对电子。232.2杂化轨道理论形成分子时，同一原子中的若干不同类型、能量相近的原子轨道混合起来，从新分配能量和调整空间方向组成数目相同、能量相等的新的原子轨道，这种混合平均化的过程称为原子轨道的“杂化”1.杂化轨道概念杂化轨道：杂化后所形成的若干新原子轨道。sp型杂化：同一原子的1个s轨道与p轨道进行的杂化。有：spsp2sp3242.杂化轨道理论的要点(1)发生轨道杂化的原子一定是中心原子；(2)参加杂化的各原子轨道能量要相近（同一能级组或相近能级组的轨道）；(3)杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目；但杂化轨道在成键时更有利于轨道间的重叠；(4)杂化轨道在空间构型上都具有一定的对称性（以减小化学键之间的排斥力）。25180°实验测得:两个共价键，直线形分子（键角180°）Cl—Be—Cl(1)BeCl2分子的形成Be原子：1s22s2没有单个电子，ClClBe26一个s和一个p轨道杂化27+sp轨道杂化过程示意图每个sp杂化轨道的形状为一头大，一头小，含有1/2s轨道和1/2p轨道的成分两个轨道间的夹角为180°，呈直线型28BeCl2分子结构ClClsppxpx规律：第ⅡA族、ⅡB族元素与第ⅦA族元素所形成的MX2型共价化合物，中心原子采取sp杂化。如BeBr2、HgCl2。ClBeCl29(2)sp2杂化——BF3分子的形成每个sp2杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有1/3s轨道和2/3p轨道的成分每两个轨道间的夹角为120°，呈平面三角形sp2杂化：1个s轨道与2个p轨道进行的杂化,形成3个sp2杂化轨道。3031BF3分子的形成：实验测得，三个共价键，平面三角形分子（键角120°）。B原子：1s22s22p1120°FFFB规律：第ⅢA族元素与第ⅦA族元素所形成的MX3型共价化合物，中心原子采取sp2杂化。如BBr3。32(3)sp3杂化——CH4分子的形成sp3杂化：1个s轨道与3个p轨道进行的杂化,形成4个sp3杂化轨道。每个sp3杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有1/4s轨道和3/4p轨道的成分每两个轨道间的夹角为109.5°，空间构型为正四面体型33•sp3杂化轨道34实验测得，四个共价键，正四面体形分子（键角109°28′）CH4分子的形成：35规律：第ⅣA族元素与第ⅠA族、ⅦA族元素所形成的MX4型共价化合物，中心原子采取sp3杂化。如CCl4、SiF4、CHCl3。C原子：1s22s22p2只有2个单电子36373.等性杂化与不等性杂化等性杂化：参与杂化的各原子轨道进行成分的均匀混合。杂化轨道每个轨道的成分轨道间夹角(键角)sp1/2s，1/2p180°sp21/3s，2/3p120°sp31/4s，3/4p109°28′（p）p90°随p轨道成分的增大，夹角向90°靠拢。不等性杂化：参与杂化的各原子轨道进行成分上的不均匀混合。38实验测得，三角锥形分子，键角107°NH3分子392s2p孤电子对占据的杂化轨道，不参与成键，电子云密集在中心原子周围，s轨道成分相对增大，其余3个杂化轨道p成分相对增大。N原子：2s22p3有3个单电子，可形成3个共价键，孤对电子杂化产生不等性杂化的原因：参与杂化的原子轨道中电子数目多于轨道数目，出现孤电子对。404142H2O分子：实验测得，V字形分子，键角104°29′O原子：2s22p4有2个单电子，可形成2个共价键，键角应当是90°，Why?43H2O分子O原子成键前先进行了SP3不等性杂化，其中的两条杂化轨道由成对电子占据，其余两条P成分更多，键角更靠近90°，实测：104°29′2s2p2对孤对电子杂化O原子：2s22p44445杂化轨道情况一览表中心原子外层电子构型杂化类型分子几何形状键角举例ⅡA、ⅡBns2sp等性直线形180°BeCl2、HgCl2ⅢAns2np1sp2等性平面三角形120°BF3、BBr3ⅣAns2np2sp3等性(正)四面体109°28′CCl4、SiHCl3ⅤAns2np3sp3不等性三角锥形＜109°28′NH3、PH3ⅥAns2np4sp3不等性V字形＜109°28′H2O、H2S46四价层电子对互斥理论一、价层电子对互斥理论的基本要点二、价层电子对互斥理论的应用实例47一、价层电子对互斥理论的基本要点价层电子对互斥理论的基本要点：（1）分子或离子的空间构型取决于中心原子的价层电子对数。中心原子的价层电子对是指σ键电子对和未参与成键的孤对电子。（2）中心原子的价层电子对之间尽可能远离，以使斥力最小，并由此决定了分子的空间构型。48静电斥力最小的价层电子对的排布方式价层电子对数23456电子对排布方式直线形平面三角形四面体三角锥八面体（3）价层电子对之间的斥力与价层电子对的类型有关，价层电子对之间静电斥力大小顺序为：孤对电子-孤对电子孤对电子-成键电子对成键电子对-成键电子对49利用价层电子对互斥理论预测分子或离子的空间构型的步骤如下：（1）确定中心原子的价层电子对数：价层电子对数＝（中心原子的价电子数＋配位原子提供的电子数)/2（2）根据中心原子的价层电子对数，找出相应的电子对排布，这种排布方式可使电子对之间静电斥力最小。50（3）根据中心原子的价层电子对的排布方式，把配位原子排布在中心原子周围，每一对电子连接一个配位原子，未结合配位原子的电子对就是孤对电子。若中心原子的价电子对全部是成键电子对，则分子或离子的空间构型与中心原子的价层电子对的排布方式相同；若价层电子对中有孤对电子，应根据成键电子对、孤对电子之间的静电斥力的大小，选择静电斥力最小的结构，即为分子或离子的空间构型。51二、价层电子对互斥理论的应用实例在CH4中，C有4个电子，4个H提供4个电子，C的价层电子总数为8个，价层电子对为4对。C的价层电子对的排布为正四面体，由于价层电子对全部是成键电子对，因此CH4的空间构型为正四面体。（一）CH4的空间构型52（二）的空间构型在中，Cl有7个价电子，不提供电子，再加上得到的1个电子，价层电子总数为个，价层电子对为4对。Cl的价层电子对的排布为四面体，四面体的3个顶角被3个O占据，余下的一个顶角被孤对电子占据，因此为三角锥形。3ClO3ClO3ClO8O53（三）PCl5的空间构型在PCl5中，P有5个价电子，5个Cl分别提供1个电子，中心原子共有5对价层电子对，价层电子对的空间排布方式为三角双锥，由于中心原子的价层电子对全部是成键电子对，因此PCl5的空间构型为三角双锥形。利用价层电子对互斥理论，可以预测大多数主族元素的原子所形成的共价化合物分子或离子的空间构型。54中心原子的价层电子对的排布和ABn型共价分子的构型价层电子对排布成键电子对数孤对电子对数分子类型电子对的排布方式分子构型实例直线形23平面三角形20AB2直线形HgCl230AB321AB2价层电子对数平面三角形BF3角形PbCl255价层电子对数价层电子对排成键电子对数孤对电子对数分子类型电子对的排布分子构型实例布方式4四面体40AB431AB322AB2正四面体CH4三角锥形NH3角形H2O56价层电子对数价层电子对排成键电子对数孤对电子对数分子类型电子对的排分子构型实例布布方式3I体5三角双锥50AB541AB432AB323AB2三角双锥PCl5变形四面SF4T形ClF3直线形57价层电子对数价层电子对排成键电子对数孤对电子对数分子类型电子对的排分子构型实例布布方式形4ICl6八面体60AB651AB542AB4正八面体SF6四方锥形IF5平面正方58592.3分