分子结构电子.pptx
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1、人们把这类人们把这类(用短棍表示共价键,同时用小黑点表示非键合用短棍表示共价键,同时用小黑点表示非键合的的“孤对电子孤对电子”)添加了孤对电子的结构式叫做路易斯结构式添加了孤对电子的结构式叫做路易斯结构式,也也叫电子结构式。如:叫电子结构式。如:SO2Cl2、HNO3、H2SO4、CO32和和SO42的路的路易斯结构式易斯结构式:价电子总数等于分子中所有原子的价电子数之和,但中心价电子总数等于分子中所有原子的价电子数之和,但中心原子周围的电子总数原子周围的电子总数(共用电子共用电子+孤对电子孤对电子)并不总等于并不总等于8 8,有多电,有多电子中心或缺电子中心如:子中心或缺电子中心如:路易斯理
2、论能够解释电负性差较小的两元素间能成键形成稳定的化合物,但不能说明成键的实质,更不能解释某些化合物分子中原子没有达到稀有气体电子构型的事实,如BCl3(B周围只有6个价电子)、PCl5(P周围有10个价电子)、SeF6(Se周围有12个价电子)。杂化轨道理论(HO):可以解释分子的几何构型,但缺乏预见性。价键理论(VB):简明扼要。但不能解释分子的几何构型,不能解释分子的磁性。分子轨道理论(MO):引入分子轨道概念,可以说明分子的成键情况,键的强弱和分子的磁性。不能解决构型问题。VSEPR:可以预言分子的几何构型,对d0,d5,d10的中心原子有效,但不能说明成键原理及键的强度。现代价键理论理
3、论基本要点有:1)共价键的形成具有自旋相反成单电子的两个成键原子相互接近时,若两个单电子所在原子轨道对称性一致【正正重叠(或负负重叠)】则可以互相重叠,核间产生电子云密度较大的区域,把两个带正电的核吸引在一起,体系能量下降,形成稳定分子,这种结合力就是共价键。2)共价键有方向性和饱和性饱和性:一个原子有几个未成对电子(包括激发形成的),就可以和几个自旋相反的电子配对,形成几个共价键。方向性:原子轨道分布有方向性,决定轨道重叠形成的共价键有方向性。sp、pp、pd原子轨道的重叠都有方向性。3)共价键的键型a键:沿着键轴的方向,发生“头碰头”原子轨道的重叠而形成的共价键,称为键。b键:原子轨道以“
4、肩碰肩”的方式发生重叠而形成的共价键,称为键。共价键的共用电子对也可以由成键的两个原子中的一个原子提供。例如,CO分子中的第三个共价键的形成是由O原子提供电子对,C原子提供空轨道;这种共价键称为共价配键。共价配键。4)键参数共价键的特征可以用几个物理量来描述,主要有键能、键长、键角,这几个物理量称为键参数。其中键角决定分子的几何构型。价层电子对互斥理论(VSEPR)价层电子对互斥理论(VSEPR)在解释由主族元素形成的ABn型分子或离子的空间构型和键角的变化趋势时非常成功。但它不能说明共价键的形成,对预测中心价层电子对数超过6的分子的空间构型不适用。该理论要点主要有:该理论要点主要有:分子或离
5、子的空间构型与中心原子的价层电子对数目有关VPBP+LP价层成键孤对价层电子对尽可能远离,以使斥力最小LPLPLPBPBPBP根据BP和LP的数目,可以推测出分子的空间构型分子形状的确定方法 AXn配体X:H和卤素每个原子各提供一个价电子,氧与硫不提供价 电子正离子“-”电荷数,负离子“+”电荷数例:VP()=(6+40+2)=4例:XeF2 5 XeF4 6 XeOF4 6 XeO2F2 5 首先先确定中心原子A的价层电子对数VP原则:VP=1/2A的价电子数+X提供的价电子数 离子电荷数A的价电子数=主族序数价层电子对互斥理论预测分子空间构型的步骤双键、三键等多重键作为1对电子看待;计算电
6、子对数时,若剩余1个电子,亦当作1对电子处理。确定电子对的空间排布方式Formula typeShared electron pairArrangement of B atoms relative to A atoms(ideal BAB bond angle)StructuresGeometry of covalent molecules with no unshared electron pairs on the central atom2Linear(180)BABAB2AB33Triangular planar(120)ABBBAB44Tetrahedral(10928)BABBBAB
7、55Triangular bipyramidal*(BaABa,180)(BeABe,120)(BeABa,90BBBBBAAB66Octahedral(90,180)ABBBBBB价层电子对互斥理论 确定孤对电子数和分子空间构型确定孤对电子数和分子空间构型BF3VP=(3+3)=3 LP=0CH4VP=(4+4)=4 LP=0PC15VP=(5+5)=5 LP=0SF6VP=(6+6)=6 LP=0LP=0 分子的空间构型=电子对的空间构型ExampleBeH2VP=(2+2)=2 LP=0HBeH价层电子对互斥理论LP0 分子的空间构型电子对的空间构型使价层电子对斥力最小价层电子对互斥理论
8、价层电子对互斥理论 孤对电子优先代替平伏位置上的原子和相关键对电子价层电子对互斥理论 第二对孤对电子第二对孤对电子优先代替第一对孤优先代替第一对孤对电子反位的原子对电子反位的原子和相关键对电子和相关键对电子价层电子对互斥理论分子的几何构型与电子对构型的关系分子的几何构型与电子对构型的关系价层电子电子对配体数孤对电分子的实例对数构型子数几何构型2直线型20直线型BeCl2、CO23正三角形30三角形BF3、SO321V字形NO2、SO24正四面体40四面体CCl4、NH4+31三角锥22V字形价层电子电子对配体数孤对电分子的实例对数构型子数几何构型5三角双锥50三角双锥41变形四面体32T形23
9、直线形6八面体60八面体51四方锥42平面四边形分子的几何构型与电子对构型的关系分子的几何构型与电子对构型的关系例题实例分析判断HCHO分子和HCN分子的空间结构HCHO:分子中有1个CO双键,看作1对成键电子,2个C-H单键为2对成键电子,C原子的价层电子对数为3,且无孤对电子,所以HCHO分子的空间构型为平面三角形。HCN:分子中含有1个CN双键,看作1对成键电子,1个C-H单键为1对成键电子,C原子的价层电子对数为2,且无孤对电子,所以HCN分子的空间构型为直线形。(1)孤对电子的影响。孤对电子的负电集中,将排斥其他成键电子对,使键角变小。例如,NH3分子中H-N-H键角为107。18,
10、孤对电子的存在使键角小于109。28;H2O分子中H-O-H键角为104。45,2个孤对电子使键角更小。(2)重键的影响。在H2CCH2分子中,由于双键的电子云密度大,对C-H键斥力大,是C-H-C键角变小,小于120。影响键角的因素影响键角的因素(3)中心电负性的影响。配体相同,中心电负性大,使成键电子对距中心近,成键电子对间相互距离小,斥力大,键角变大,例如NH3(107)PH3(93)AsH3(92)(4)配体电负性的影响。中心相同,配体电负性大时,成键电子对距离中心远,成键电子对间相互距离大而斥力小,键角变小,例如PCl3(100)PBr3(101.5)PI3(102)当分子中有 键时
11、,键应排在相当于孤对电子的位置!键的极性和中心原子的电负性会使键角改变VP=(6+4)=5S=OFFFFVP=(4+0+2)=3C=OClClN:HHHN:FFF注意中心原子价层有 6 对电子。理想排布方式为正八面体,但考虑到其中包括两个孤对,所以分子的实际几何形状为平面四方形,相当于AB4E2 型分子。中心原子 Xe 的价电子数为 8,F 原子的未成对电子数为 1.可以算得中心原子价电子对的总数和孤对数分别为:(价层电子对总数)=4(84)/2=6 (孤电子对的数目)=(84)/2=2问题判断XeF4分子的基本形状杂化轨道理论小结(1)在形成多原子分子时,能量相近能量相近的原子轨 道发生混合
12、,重新形成新的杂化轨道。(2)杂化轨道数目与参与杂化的原子轨道数目原子轨道数目 相等相等,杂化轨道有确定的伸展方向伸展方向。(3)杂化分等性杂化等性杂化和不等性杂化不等性杂化。(4)杂化轨道成键能力增强成键能力增强。p sp3 sp2 sp s成分越多,成键能力越强((5)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。sp3 杂化杂化 4 条杂化轨道条杂化轨道 正四面体正四面体 交角交角 10928 sp3d 杂化杂化 5 条条 三角双锥三角双锥三种交角三种交角 90120和和 180 sp3d2 杂化杂化 6条条 正八面体正八面体两种交角两种交角 90和和 18
13、0 sp2 杂化杂化 3 条杂化轨道指条杂化轨道指向正三角形的三个顶点向正三角形的三个顶点 交角交角 120 各种杂化轨道在空间的几何分布各种杂化轨道在空间的几何分布 sp 杂化杂化 两条杂化轨道呈两条杂化轨道呈直线形分布直线形分布 互成互成 180角。角。定 义:多个原子上相互平行的 p 轨道连贯重叠 在一起构成一个整体,而 p 电子在这个 整体内运动所形成的键。形成条件:参与成键的原子应在一个平面上,而且每个原子都能提供1个相互平行的 p 轨道 n2m(轨道中电子总数小于轨道数的2倍)作 用:“离域能”会增加分子的稳定性;影响物质的理化性质表示符号:价电子总数键 类 型分子或离子表 示 式
14、 1718 16O3NO2CO22个离域 键(大键)表示符号:许多分子或离子有离域大键如:O3()HNO3()CO32-()CO2(2个)d-p键许多分子中,中心原子与端O之间的结合形成配键(中心原子的电子对向端氧配位)和d-p键(端氧p轨道的电子对向中心原子空的d轨道配位),如:H3PO4、H3PO3、H3PO2、P4O10、H2SO4、HClO4、HClO3、HClO2、SOCl2、SO2Cl2等。在配位化合物中,金属与配体之间经常有d-p配键。例如,KPt(C2H4)Cl3中Pt与C2H4间有d-p配键,K3Fe(CN)3中Fe与CN-间有d-p配键。在金属与有机膦形成的配合物中,金属M
15、与P原子间有d-p配键(M原子的d电子向P原子的d轨道配位)。具有相同的通式具有相同的通式AXm,而且价电子总数相等的分子,而且价电子总数相等的分子或离子具有相同的结构特征或离子具有相同的结构特征,这个原理称为这个原理称为“等电子体原理等电子体原理”。这里的。这里的“结构特征结构特征”的概念既包括分子的立体结构,又包的概念既包括分子的立体结构,又包括化学键的类型,但键角并不一定相等,除非键角为括化学键的类型,但键角并不一定相等,除非键角为180 或或90 等特定的角度。等特定的角度。(1)CO2、CNS、NO2+、N3具有相同的通式具有相同的通式AX2,价电子总数,价电子总数16,具有相同的结
16、构,具有相同的结构直线型分子,中心原子直线型分子,中心原子上没有孤对电子而取上没有孤对电子而取sp杂化轨道,形成直线形杂化轨道,形成直线形-骨架,键角骨架,键角为为180,分子里有两套,分子里有两套 34p-p大大 键。键。等电子体原理等电子体原理(2)CO32、NO3、SO3等离子或分子具有相同的通等离子或分子具有相同的通式式AX3,总价电子数总价电子数24,有相同的结构,有相同的结构平面三角形分子平面三角形分子,中心原子上没有孤对电子而取中心原子上没有孤对电子而取sp2杂化轨道形成分子的杂化轨道形成分子的-骨骨架,有一套架,有一套 46p-p大大 键。键。(3 3)S SO2、O3、NO2
17、等离子或分子,等离子或分子,AX2,18e,中心,中心原子取原子取sp2杂化形式,杂化形式,VSEPR理想模型为平面三角形,中心理想模型为平面三角形,中心原子上有原子上有1对孤对电子对孤对电子(处于分子平面上处于分子平面上),分子立体结构为,分子立体结构为V型型(或角型、折线型或角型、折线型),有一套符号为,有一套符号为 34的的p-p大大 键。键。(4)SO42、PO43等离子具有等离子具有AX4的通式的通式,总价电子数总价电子数32,中心原子有,中心原子有4个个-键,故取键,故取sp3杂化形式,呈正四面体立杂化形式,呈正四面体立体结构;体结构;(5)PO33、SO32、ClO3等离子具有等
18、离子具有AX3的通式,总的通式,总价电子数价电子数26,中心原子有,中心原子有4个个-轨道轨道(3个个-键和键和1对占据对占据-轨道的孤对电子轨道的孤对电子),VSEPR理想模型为四面体,理想模型为四面体,(不计孤对不计孤对电子的电子的)分子立体结构为三角锥体,中心原子取分子立体结构为三角锥体,中心原子取sp3杂化形式,杂化形式,没有没有p-p 键或键或p-p大大 键,它们的路易斯结构式里的重键是键,它们的路易斯结构式里的重键是d-p大大 键。键。五、分子轨道理论问题:B2、O2 的磁性(顺磁性)?H2+可以 稳定存在,?1932年,R.S.Mu lliken F.Hund1.理论要点:(1)
19、分子中电子的运动范围遍布整个分子。分子中电子的运动状态可用单电子波函数来描述,此单电子波函数就称为分子轨道。分子轨道分子轨道是由原子轨道线性组合而成。是由原子轨道线性组合而成。(2)分子轨道数目与组成的原子轨道数目相等数目相等。(3)分子总能量为电子所具有能量之和能量之和(4)原子按一定空间位置排列后,电子逐个填 入,构成整个分子。(5)电子在分子轨道中的排布遵守三原则。(6)原子轨道线性组合应符合三原则。(7)分子轨道有轨道和轨道。2.不同原子轨道的线性组合(1)s-s重叠:形成一个成键轨道 s-s,一个反键轨道 s-s*(2)s-p重叠:形成一个成键轨道 s-p,一个反键轨道 s-p*(3
20、)p-p 重叠:头碰头形成轨道,肩并肩形成轨道 分别 记作:p-p,p-p*和 p-p,p-p*(4)p-d 重叠:肩并肩形成轨道 p-d,p-d*(5)d-d 重叠:肩并肩形成轨道 d-d,d-d*有效组成分子轨道的三个条件能量相近最大重叠对称性匹配在成键三原则中,对称性条件是首要的,它决定这些原子轨道是否能组合成分子轨道,能量相近和最大重叠两个条件只影响组合效率。电子排布的三个原则能量最低原理、Pauli原理和Hund规则。(3)p-p 重叠:头碰头形成轨道 p-p,p-p*肩并肩形成轨道 p-p,p-p*p-d 重叠:肩并肩形成轨道 p-d,p-d*3.分子轨道理论的应用(1)H2分子的
21、形成 电子排布:(1s)2(2)H2+:(1s)1 H2电离出一个电子得到H2+体系能量下降1,可以稳定存在。(3)He2分子:(1s)2 (1s*)2 稳定化能相抵 消,不能有效成键。He2分子不会存在。He2+存在于氦放电管中,形成三电子键(4)第二周期,同核双原子分子的分子轨道第二周期,同核双原子分子的分子轨道 第二周期同核双原子分子的分子轨道 能级图2s和2p能级相差较大适用于O2和F2适用于N和N以前的元素形成的双原子分子 第二周期,同核双原子分子的分子轨道 Li,Be,B,C,N 分子轨道为:O,F,Ne的分子轨道为:同核双原子分子的分子轨道表达式:同核双原子分子的分子轨道表达式:
22、Li2 6e KK:内层电子不成键,Li2中一个键,键级为1 Be2 8e 键级键级 =(成键电子数(成键电子数-反键电子数)反键电子数)/2 键级为0,不存在Be2B2 10e键级为1,2个单电子 键,分子有单电子,有顺磁性。键级为2逆磁性N2 14eC2 12e键级为键级为3二个二个 键键一个一个键逆磁性逆磁性问题:N2+分子轨道电子排布式如何?并比较N2+、N2其稳定性。键级为键级为2 1个个 键键 2个个3电子电子 键键 3电子电子 键的键能为正常键的键能为正常 键键能的一半键键能的一半O2 16e顺磁性顺磁性O2+O2O2-O22-键级2.521.51未成对电子数1210磁性顺磁顺磁
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