化学键与分子结构杂化轨道.ppt

C30Cl10 C40Cl10 C50Cl10 C50 Cl10可能的结构 C50 Cl10的立体结构模拟图 Kroto, H. W.; Heath, J. R.; OBrien, S. C.; Curl, R. F.; Smalley, R. E.. C60: buckminsterfullerene. Nature (London, United Kingdom) (1985), 318(6042), 162-3. 1996年度 Nobel Prize in Chemistry Harold Kroto, Robert Curl and Richard Smalley Sumio Iijima (飯島 澄男, born in May 2, 1939) is a Japanese physicist. Dr. Sumio Iijima D5h D5h C5v D5d Su-Yuan Xie (谢素原), Fei Gao (高飞), Xin Lu (吕鑫), Rong-Bin Huang (黄荣彬), … …, Lan-Sun Zheng (郑兰荪), Science, 2004, 304, 699 * * * 价键理论 ● 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 显然，上面的图形反映出两原子间通过共用电子对相连形成分子，是基于电子定域于两原子之间，形成了一个密度相对大的电子云（负电性），这就是价键理论的基础. H2分子的形成 ◆ 能量最低原理 因此，共价键的形成条件为： ◆ 键合双方各提供自旋方向 相反的未成对电子 ◆ 键合双方原子轨道应尽可能最大程度地重叠 两个中性原子相互接近时,不复存在离子键中离子正、负电荷间的强吸引力，其他作用力则依然存在.形成化学键，能量曲线需要形成一个“势井”.如何实现？ （1）价键理论(valence bond theory)基本观点 8.6.1 共价作用力的本质和共价键的特点 ◆σ键：重叠轨道的电子云密度沿键轴方向的投影为圆形，表明 电子云密度饶键轴（原子核之间的连线）对称. 形象的 称为“头碰头”. s－s s－p p－p ◆ π键：重叠轨道的电子云密度饶键 轴不完全对称. 形象的称为 “肩并肩”. p－p (2)共价键的键型 由于共价键在形成时各个原子提供的轨道类型不同，所以形成 的共价键的键型也有不同. 例如：有σ 键，π 键和 ? 键等.本章 只要求熟知前两种. σ键示意图 π键成键方式 PH3 形成条件：成键原子一方提供孤对电子，另一方 提供空轨道. 配位键（共价键里的一种特殊形式） 2s22p3 （3）共价键的特征 ● 具有饱和性（是指每种元素的原子能提供用于形成共价键的轨道数是一定的） ● 结合力的本质是电性的 ● 具有方向性（是因为每种 元素的原子能提供用于形成 共价键的轨道是具有一定的 方向，满足最大重叠要求。） H Cl 例如： N N H O H 8.6.2 杂化轨道（hybrid orbital ） ●原子轨道为什么需要杂化？ ●原子轨道为什么可以杂化？ ●如何求得杂化轨道的对称轴间的夹角？ Pauling 求助“杂化概念”建立了新的化学键理论－－杂化轨道理论. 上面介绍的 s 轨道与 p 轨道重叠方式并不能解释大多数多原子分子中的键长、键角和成键数目. 例如, 如果 H2O 和 NH3 分子中的 O－H 键和 N－H 键是由 H 原子的 1s 轨道与 O 原子和 N 原子中单电子占据的2p 轨道重叠形成的，HOH 和 HNH 键角应为 90°；事实上, 上述两个键角各自都远大于90°. CH4的C原子形成4个键。 ● 成键时能级相近的价电子轨道相混杂，形成新的价电子轨道 ——杂化轨道 （1）基本要点 ●轨道成分变了 ●轨道的能量变了 ●轨道的形状变了 结果是更有利于成键！ ● 杂化后轨道伸展方向，形状和能量发生改变 ● 杂化前后轨道数目不变 (2) 杂化形式 2p 2s 2s 2p sp3 four sp3 hybrid orbital ● sp3杂化轨道 exci