分子空间构型与物质性质

第二节分子空间构型杂化轨道理论—解释分子的立体构型杂化轨道的概念在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量相近的原子轨道间通过相互的混杂后，形成相同数量的几个能量与形状都相同的新轨道。※杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳孤对电子剩余的p轨道可以形成π键杂化轨道理论p2s2s2p2杂化3spsp3激发的形成4CH两个碳原子上都有一个与σ骨架平面垂直的未杂化的p轨道，它们互相平行，彼此肩并肩重叠形成π键：sp2杂化轨道如CH2=CH2：C的电子构型:1s22s22p22s2p2s2psp2杂化轨道激发杂化sp2杂化轨道一个s轨道与两个p轨道杂化，得三个sp2杂化轨道，三个杂化轨道在空间分布是在同一平面上，互成120º。如BF3：B的电子构型:1s22s22p12s2p2s2psp2杂化轨道激发杂化在F原子与硼原子之间形成了3个等价的σ键：sp杂化轨道一个s轨道与一个p轨道杂化后，得两个sp杂化轨道，杂化轨道的空间取向为直线型，夹角为180º。如BeCl2、BeF2：Be的电子构型:1s22s22s2p2s2psp激发杂化2pCO2sp杂化轨道如CO2：C的电子构型:1s22s22p22s2p2s2psp杂化轨道激发杂化杂化类型spsp2sp3参与杂化的原子轨道1s+1p1s+2p1s+3p杂化轨道数2个sp杂化轨道3个sp2杂化轨道4个sp3杂化轨道杂化轨道间夹角180ْ120ْ109ْ28’空间构型直线正三角形正四面体实例BeCl2,C2H2BF3,C2H4CH4,CCl4杂化轨道的类型与中心原子键合的是同一种原子，分子呈高度对称的正四面体构型，其中的4个sp3杂化轨道自然没有差别，这种杂化类型叫做等性杂化。中心原子的4个sp3杂化轨道用于构建不同的σ轨道，如H2O的中心原子的4个杂化轨道分别用于σ键和孤对电子对，这样的4个杂化轨道显然有差别，叫做不等性杂化。等性杂化和不等性sp3杂化3NH'18107HNHο杂化3sp不等性sp3杂化OH2ο5.104HOH2ps2杂化3sp2ps23sp常见杂化轨道及其几何构型①sp3杂化——正四面体②sp2杂化——平面三角形③sp杂化——直线型CH4、CCl4、NH4+、SiF4、SiCl4等BF3、BCl3、SO3、乙烯、苯、石墨等，SO2（V型）BeCl2、乙炔、CO2、CS2等不等性sp3杂化H2O（V型）、NH3（三角锥型）、PCl3小结：杂化轨道的类型与分子的空间构型中心原子Be(ⅡA)B(ⅢA)C,Si(ⅣA)N,P(ⅤA)O,S(ⅥA)Hg(ⅡB)2BeCl2HgCl3PH4CH3BF4SiCl3BCl3NHSH2OH2直线形三角形四面体三角锥V型杂化轨道类型SPSP2SP3不等性SP3s+ps+(3)ps+(2)ps+(3)p参加杂化的轨道2443杂化轨道数180'2810990'28109120成键轨道夹角分子空间构型实例等电子原理•原子数相同、价电子数（指全部电子总数或价电子总数）相同的分子或离子，互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。互为“等电子体”应满足的条件1、在微粒的组成上，微粒所含原子数目相同2、在微粒的构成上，微粒所含的电子数相等（指全部电子总数或价电子总数）（1）2原子10价电子（2）2原子11价电子几组常见的等电子体及特征如：N2、CO、C22-、CN-——直线型如：NO、O2+、——直线型（3）3原子16价电子如：CO2、BeCl2、N2O、NO2+、N3-——直线型（4）3原子18价电子如：NO2-、SO2、O3——V型或角型（5）3原子24价电子如：NO3-、BF3、CO32-、SO3——平面正三角形（6）5原子32价电子如：SiF4、CCl4、SO42-、PO43-——正四面体（7）(BN)n晶体和碳单质具有类似结构。B3N3H6与C6H6是等电子分子。常见分子的构型及其分子的极性类型实例结构键的极性分子极性A2型：H2N2非极性键均为直线型双原子分子非极性分子非极性分子单原子分子NeArAB型HFNO极性键均为直线型类型实例结构键的极性分子极性双原子分子极性分子类型实例结构键的极性分子极性AB2型CO2(CS2)极性键极性键非极性分子极性分子直线型角型三原子分子H2OH2SSO2类型实例结构键的极性分子极性AB3型BF3BCl3NH3PH3PCl3极性键平面三角形极性分子极性键三角锥形非极性分子四原子分子类型实例结构键的极性分子极性AB4型CH4CCl4正四面体非极性分子极性键五原子分子CHHHHCLCLCLCLCⅣA族ⅤA族ⅥA族ⅦA族RH4RH3H2RHR非极性分子极性分子极性分子极性分子手性分子如果一对分子，其组成和原子的排列方式完全相同，但如同左手和右手互为镜像，在三维空间里不能重叠，这对分子称为手性异构体，有手性异构体的分子称为手性分子。连接四个不同的原子或基团的碳原子称为——手性碳原子2─丁醇α=(+)13.52°α=(-)13.52°它们之间的关系相当于左手和右手或物体和镜象.这对物质不能重合，是一对异构体，互为对映，因此称为对映异构体。如果物质具有这种性质被称为手性。两个对映异构体性质差别很小,但是葡萄糖只有右旋体才能在动物体内代谢。麻黄素只有左旋体才有药效。CH3C2H5HHOCH3H5C2HOH手性分子配合物是通过配位键结合而成的化合物。配合物不一定是离子，也可以是中性分子。配合物基本概念2+SO42-CuNH3NH3H3NH3N1.配位化合物的定义配位化合物是由具有接受孤对电子的空轨道的原子或离子（中心原子）和可以提供孤对电子的离子或分子（配位体）按一定的组成和空间构型所形成的化合物。中心原子或离子金属原子、离子（特别是过渡金属离子，特别是铁系、铂系、第IB、IIB族元素）配位体是含有孤电子对的分子或离子。如：NH3、H2O、CN－、OH－、F－、Cl－其中直接和中心原子配位的原子称为配位原子，如：N、O、C、F、Cl、S等。配位数与中心原子配位的原子数目称为该中心原子的配位数。一般为2、4、6、8等。2.配合物的组成2.配合物的组成[Ag(NH3)2]+[Zn(NH3)4]2+[Ni(CN)4]2-[AlF6]3-sp杂化sp3杂化dsp2杂化sp3d2杂化4.配合物的空间结构直线型：平面三角形：平面四边形或正四面体：三角双锥或正方锥体：正八面体：配位数为2配位数3配位数4配位数5配位数61.结构异构：原子间连接方式不同引起的异构现象（键合异构，电离异构，水合异构，配位异构，配位位置异构配位体异构）(1)键合异构[Co(NO2)(NH3)5]Cl2硝基[Co(ONO)(NH3)5]Cl2亚硝酸根(2)电离异构[Co(SO4)(NH3)5]Br[CoBr(NH3)5]SO4(3)水合异构[Cr(H2O)6]Cl3紫色[CrCl(H2O)5]Cl2·H2O亮绿色[CrCl2(H2O)4]Cl·2H2O暗绿色6.配合物的异构现象当一种配合物中有不同的配体时，常常出现立体异构体。下面是一些例子：四氯合铂酸钾K2[PtCl4]用氨水处理得到一种棕黄色的配合物，经测定，组成为[PtCl2(NH3)2]，有极性，在水中的溶解度是0.26g/100gH2O;将这种棕黄色配合物用氯化氢处理或者热至250℃,转变为浅黄色,经测定,组成仍为[PtCl2(NH3)2],但极性消失,在水中的溶解度减小至0.037g/100gH2O。怎样来分析这些事实呢？首先可以肯定，这两种四配位络合物的几何构型不是四面体而是平面四边形的，这是因为，如果是四面体，[PtCl2(NH3)2]不可能出现异构现象，而平面四边形的[PtCl2(NH3)2]则可以有两种异构体：2.立体异构ClPtClNH3NH3四面体构型不可能有立体异构体顺式cis-ClPtNH3ClNH3ClPtNH3H3NCltrans-反式二氨二氯合铂的可能构型