第5讲分子结构(一)

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1、分子结构1根据氢原子的薛定谔方程，两个自旋相反的电子互相靠近，能量最低.氢分子的形成斥态电子自旋相同的原子轨道重叠时，形成斥态。核间的电子密度低，故能量较高。HH电子自旋相反的两个原子轨道重叠，形成基态，核间的电子密度大增，能量最低。基态HH2基态氢原子的核间距为84pm，两原子的距离小于它们的半径之和说明原子轨道发生了重叠。两个氢原子的未成对电子靠近时，系统能量的变化图3原子轨道重叠的几种方式4共价键的类型根据原子轨道重叠方式的不同，共价键可分为σ键和π键两种主要类型。①σ键：成键的两个原子轨道沿键轴方向，以“头碰头”的方式发生重叠，其重叠部分集中在键轴周围，对键轴呈圆柱形对称性分布，

2、即沿键轴旋转任何角度，形状和符号都不会改变。这种共价键键称为σ键。5②π键：成键的原子轨道沿键轴方向，以“肩并肩”的方式发生重叠，其重叠部分对通过键轴的某一特定平面（如xOy平面或xOz平面）呈镜面反对称性，即重叠部分的形状在镜面的两侧是对称的，但镜面两边的符号正好相反。这种重叠方式得到的重叠区域对称地分布在镜面两侧，而镜面平面为其节面，即在键轴上轨道重叠为零。这种共价键键称为π键。6杂化轨道的类型由于成键原子所具有的价层轨道的类型和数目不同，成键情况也不同，杂化轨道具有不同的类型。现着重介绍s轨道与p轨道间杂化的几种类型。①sp杂化：sp杂化是指由一个ns轨道和一个np轨道组合形成两个

3、相同的sp杂化轨道，每个sp杂化轨道含有和的成分，sp杂化轨道间的夹角为180°。7Be原子轨道sp杂化及BeCl2分子的空间结构8每个sp杂化轨道含有1/2S轨道成分和1/2P轨道成分。sp杂化轨道间的夹角为180°，呈直线型结构。9②sp2杂化：sp2杂化是由一个ns轨道和两个np轨道组合形成三个完全相同的sp2杂化轨道，每个sp2杂化轨道含有和的成分，杂化轨道间的夹角为120°。B原子轨道sp2杂化及BF3分子的空间结构10BF3中,B电子构型:2s22p1BF3：sp2杂化,三角形分子.每个SP2杂化轨道含有1/3S轨道成分和2/3P轨道成分。SP2杂化轨道间的夹角为120°，呈

4、平面三角形结构。11③sp3杂化：sp3杂化是由一个ns轨道和三个np轨道组合形成四个完全相同的sp3杂化轨道，每个sp3杂化轨道含有s/4和3p/4的成分，sp3杂化轨道间的夹角为109.5°。C原子轨道sp3杂化及CH4分子的空间结构12CCl4中,C电子构型:2s22p2CCl4：sp3杂化，四面体分子.每个SP3杂化轨道含有1/4S轨道成分和3/4P轨道成分。SP3杂化轨道间的夹角为109°28'，呈正四面体构型。13由s轨道和p轨道形成的杂化轨道和分子的空间构型列于下表中。杂化轨道类型spsp2sp3不等性sp3参加杂化的轨道1个s、1个p1个s、2个p1个s、3个p1个s、3

5、个p生成杂化轨道数2344成健轨道夹角180°120°109°28′90°~109°28′空间构型直线型平面三角形正四面体三角锥V形实例BeCl2BF3CH4NH3H2O14N原子的不等性sp3杂化和NH3分子的空间结构15H2O分子中,O原子电子构型：2s22p416同样，氨分子中，有一个孤电子对和三对成键电子，其具有角锥型分子构型。NH3分子中,N原子电子构型：2s22p317两个C原子发生sp2杂化,各留有一个p电子未参与杂化。乙烯（H2C=CH2）:HHCCHH两个C原子的P电子垂直与sp2三角形平面,肩并肩重叠形成键.每个C原子的三个sp2杂化轨道,一个与另一C原子，两个与H

6、原子形成键.18每个C原子的两个sp杂化轨道,一个与另一C原子，另一个与H原子形成键.两个C原子的剩余两个P电子均垂直于键,肩并肩重叠形成两个键.乙炔(HC≡CH)：两个C原子发生sp杂化,每个C原子各留有两个未参与杂化的相互垂直的p电子。19