第五讲 分子结构 - 副本.ppt

高中化学竞赛培优教程 第五讲 第五讲 分子结构 ?分子结构。路易斯结构式（电子式）。价层电子对互斥模型对简单分子（包括离子）几何构型的预测。杂化轨道理论对简单分子（包括离子）几何构型的解释。共价键。键长、键角、键能。σ 键和π 键。离域π 键。共轭（离域）的一般概念。等电子体的一般概念。分子的极性。 ?分子间作用力。范德华力。氢键。其他分子间作用力的一般概念。 第一节 分子结构的基础知识 本节主要讨论分子中直接相邻的原子间的强相互作用力，即化学键问题和分子的空间构型(即几何形状)问题。 按照化学键形成方式与性质的不同，化学键可分为三种基本类型：离子键﹑共价键和金属键。 化学键——分子或晶体中原子（或离子）之间直接的、主要的和强烈的相互作用。 125-900 kJ/mol 通常把电负性、键能、键长、键角等这些表征化学键性质的物理量叫做键参数。 一、离子键 离子键(ionic bond)理论是1916年德国化学家柯塞尔(W.Kossel)提出的，他认为原子在反应中失去或得到电子以达到稀有气体的稳定结构，由此形成的正离子(positive ion)和负离子(negative ion)以静电引力相互吸引在一起。 离子键的本质就是正、负离子间的静电作用。 离子键的本质 在离子模型中，可以近似地将正负离子视为球形电荷。这样根据库仑定律，两种带相反电荷（q+和q-）的离子间的静电引力F则与离子电荷的乘积成正比，而与离子的核间距d的平方成反比。即： 周期表左边的碱金属元素电负性最低，右边的卤素电负性高，所以碱金属和碱土金属卤化物（除铍外），是典型的离子型化合物。但是近代实验指出，即使是碱金属铯离子与最典型的阴离子、电负性最高的氟离子结合，也不是纯静电作用，氟化铯中也有约8%的共价性，只有92%的离子性。 元素的电负性差别越大，它们之间键的离子性也就越大。对于AB型化合物单键离子性百分数和电负性（xA-xB)之间的关系列于下表中： 单键的离子性百分数与电负性差值之间的关系 同核双原子分子H2、O2、N2为什么会形成？是什么作用使相同的原子结合成分子？曾经有人企图用离子键的生成方式来回答这个问题，但失败了。因为，若参加成键的是同一种原子，其电离势和电子亲合势皆相同，电负性之间没有差别很难形成稳定的正负离子。 Lewis 1875年10月25日路易斯出生于美国麻萨诸塞州的西牛顿市。他从小聪明过人，在三岁时，父母就开始在家里让他接受教育。1893年进入著名的哈佛大学学习，1896年获理学士学位，以后在T．W．理查兹指导下继续研究化学，于1899年24岁时获哲学博士学位。 鲍林 Linus Pouling 美国化学家。1901年2月28日出生于一个药剂师家中。自幼对父亲在药房配药发生兴趣。在中学时代他就喜欢做化学实验。由于化学成绩优秀，老师破格让他做高一级的化学实验并参加老师的研究工作。1922年毕业于俄勒冈州立大学化工系，加州理工学院攻读化学。1925年获博士位，曾到欧洲各国作访问学者。1927年回到加州大学理工学院，1931年升任教授。1969年任斯坦福大学化学教授一职直到退休。1974年任该校荣誉教授。 氢分子的形成 当具有自旋状态反平行的未成对电子的两个氢原子相互靠近时，它们之间产生了强烈的吸引作用，形成了共价键,从而形成了稳定的氢分子。 由于两个氢原子的1s原子轨道互相叠加，两个?1s 都是正值，叠加后使核间的电子云密度加大，这叫做原子轨道的重叠，在两个原子之间出现了一个电子云密度较大的区域。 一方面降低了两核间的正电排斥，另一方面又增强了两核对电子云密度大的区域的吸引，这都有利于体系势能的降低，有利于形成稳定的化学键。 2、VB法基本要点 *自旋相反的未成对电子相互配对时，因其波函数符号相同，此时系统的能量最低，可以形成稳定的共价键。 *若A﹑B两原子各有一未成对电子且自旋反平行，则互相配对构成共价单键，如H—H单键。如果A、B两原子各有两个或三个未成对电子，则在两个原子间可以形成共价双键或共价三键。如N≡N分子以三键结合，因为每个N原子有3个未成对的2p电子。 *若原子A有能量合适的空轨道，原子B有孤电子对，原子B的孤电子对所占据的原子轨道和原子A的空轨道能有效地重叠，则原子B的孤电子对可以与原子A共享，这样形成的共价键称为共价配键，以符号A?B表示。 共价键的特征 有饱和性——未成对电子决定 有方向性——电子云重叠最大的方向即共价键的方向。 原子轨道的形状 共价键的类型 共价键有两种——σ键和π键，按对称性匹配原则 处理。 用VB法讨论N2的形成 N原子的电子构型为1s2、2s2 、 2px1 、 2py1 、 2pz1,有三个