价层电子对互斥理论模型杂化轨道理论.ppt

第二章 分子结构与性质 第二节 《分子的立体结构 》 三、价层电子对互斥模型应用 利用价层电子对互斥理论判断分子的立体结构。 中心原子:对ABn型分子，B围绕A成键，则A为中心原子，n值为中心原子结合的原子数。 公式：中心原子孤电子对数=1/2(a-bx); a:中心原子 价电子数； b:配原子为达稳定结构所需的电子数 X:与中心原子结合的原子数； 阳离子来说为中心原子的价电子数减去离子的电荷数，其它不变。 阴离子来说为中心原子的价电子数加上去离子的电荷数，其它不变。 将中心原子形成的σ键电子对数加上中心原子的孤电子对数变可确定中心原子上的价层电子对数，由中心原子上的价层电子对数确定分子立体构型。 公式： 价层电子对数= σ键电子对数+中心原子的孤电子对数 =配原子数+中心原子的孤电子对数 一、杂化轨道理论要点 1.杂化与杂化轨道的概念 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重新组合，形成 一组新的原子轨道。这个过程叫做轨道的杂 化，产生的新轨道叫做杂化轨道。杂化轨道 理论认为：在分子形成过程中，通常存在激 发、杂化、轨道重叠等过程。 2.杂化要点 （1）原子轨道的杂化只有在分子形成过程才会发生，孤立的原子是不可能发生杂化的； （2）只有原子轨道能量相近的轨道才能发生杂化，形成的杂化轨道的数目等于参加杂化的原子轨道数目； （3）杂化轨道空间伸展方向会改变，轨道有更强的方向性和更强的成键能力，杂化轨道一头大一头小，大头用于成键； （4）不同的杂化方式导致杂化轨道的空间分布不同，由此决定了分子的空间几何构型不同。 二、杂化轨道类型 再如，炔烃中的—C≡C—的s-骨架也是由 sp杂化轨道构建的。 　　当中心原子取sp杂化轨道形成直线形的 s骨架时，中心原子上有两个垂直于分子的s 骨架的未参与杂化的p轨道相互重叠，形成 二个p键。 　再如，乙烯H2C=CH2、甲醛H2C=O的结构图： 例如：用杂化轨道理论描述丙二烯（ H2C=C=CH2）的分子结构，并且说明它的4个氢原子是否在一个平面上？ 解：丙二烯的2个端位碳原子采取sp2杂化形式形 成3个?轨道，而中心碳原子采取sp杂化形式形成 2个?轨道，而剩余的未参与杂化的p轨道肩并肩 的形式形成两个π键。 已知CO2分子中的键角是180°，判断分子中心原子轨道的杂化类型，并说明成键情况。 　CO2的碳原子取sp杂化轨道,它的两个未参加杂化的p轨道在空间的取向是跟sp杂化轨道的轴相互垂直。CO2分子里有两套3原子4电子符号为?34的p-p大?键。 §2-5 共轭大π键 苯分子中6个碳原子连接成环，每个碳原子上再 拉一个氢原子，所有原子处在同一个平面上。苯的 结构式如右所示： 苯中的碳原子取sp2杂化，每个碳原子尚余一个 未参与杂化的p轨道，垂直于分子平面而相互平行。 　　由于每个碳原子的左右两个相邻的碳原子没有什 么区别,认为中心的碳原子的未参与杂化的p轨道中的 电子只与左邻的碳原子上的平行p轨道中的一个电子 形成p键而不与右邻的形成p键或者相反显然是不符合 逻辑的。 　　所以我们认为所有6个平行p轨道总共6个电子在 一起形成了弥散在整个苯环的6个碳原子上下形成了 一个p-p离域大?键，符号?66。用p-p大?键(有机化学 中的共轭体系)的概念苯的结构式写成如下右图更 好。后者已经被广泛应用。 CO32–离子中的大?键 　　碳酸根离子属于AY3型分子，中心碳原子取sp2杂化形式，碳原子上有一个垂直于分子平面的p轨道；端位的3个氧原子也各有1个垂直于分子平面的p轨道；分子的总价电子数等于24，3个C－Os键有6个电子，每个氧原子上有2个不与分子平面垂直的孤对电子对，因此4个平行p轨道中共有24-6-3×4=6个电子，所以CO32–离子中有1个4轨道6电子p-p大?键，符号为?46。 石墨分子结构是层形结构，每层是由无限个碳 六元环所形成的平面，其中的碳原子取sp2杂化， 与苯的结构类似，每个碳原子尚余一个未参与杂化 的p轨道，垂直于分子平面而相互平行。平行的n个 p轨道形成了一个p-p大?键。n个电子弥散在整个 层的n个碳原子形成的大?键里，电子在这个大pnn 键中可以自由移动，所以石墨能导电。 丁二烯分子式H2C=CH-CH=CH2。4个碳原子均 有3个配位原子相邻，故均取sp2杂化，形成3个s 键，所有原子处于同一个平面。每个碳原子有一个 未参与杂化的p轨道，垂直于分子平面，每个p轨道 里有一个电子。按照上面分析苯分子的结构的模 式，丁二烯分子里有一个4轨道4电子的p-p大?键。 (I路易斯结构式II分子中有2套平行p轨道I