分子结构和晶体结构.ppt

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1、*1第五章分子结构和晶体结构原子之间强烈的作用力称之为化学键化学键主要分为金属键、离子键和共价键本章主要讨论：共价键的形成——价键理论分子结构——杂化轨道理论共价分子之间的作用力晶体的基本类型及其特征通过本章的学习，可以初步判断物质的物理性质和化学性质*2第一节共价键的形成同种非金属元素之间、不同种非金属元素之间以及电负性相差不大的非金属－金属元素之间一般以共价键结合形成共价型分子。近代共价键理论主要有价键理论（VB法）和分子轨道理论（MO法）。本章主要介绍价键理论。*31927年海特勒和伦敦运用量

2、子力学原理，通过求解氢分子的薛定谔方程，认识到了共价键的本质，经过发展形成了共价键理论。W.Heitler（1904-1981）F.London（1900-1954)*4这是他们发表在ZeitschriftfürPhysik(物理学杂志),44,455—472(1927)上的论文原件，两位科学家时年分别为23和27岁。*5一、价键理论氢分子形成时的能量变化E0d核间距1、氢分子中共价键的形成根据氢分子薛定谔方程的求解结果，可以得出两个氢原子之间的相互作用能和核间距之间的关系。如右图所示。*6（a）自

3、旋方式相反(b)自旋方式相同实验测得氢分子d=74pm(103皮米=1纳米)，H－Ｈ键能为436kJ/mol。而玻尔半径为53pm，显然，两个氢原子的1s轨道发生部分重叠。轨道重叠情况可用下图表示。氢原子轨道重叠示意图原子轨道有效重叠是价键理论的实质！将量子力学处理氢分子的结果推广到其它分子，即发展为价键理论。*7（1）两原子自旋方向相反的未成对电子相互接近时可以配对形成共价键。原子中有几个未成对电子就可以形成几个共价键——共价键的饱和性。如H只能形成H2，H和O只能形成H2O，H和N只能形成NH3

4、等。（2）原子轨道相互重叠时，只能“正－正”或“负－负”重叠，否则不能形成共价键——对称性匹配原理。（3）原子轨道在重叠时，总是优先沿着重叠最多的方向进行，重叠越多共价键越稳定——最大重叠原理。最大重叠原理决定了共价键具有方向性。2、价键理论要点*8根据价键理论要点，对于s和px轨道的重叠只有（a）方式可以形成稳定的共价键。-+(a)(b)(c)(d)+++++++---*93、σ键和π键以“头碰头”方式重叠形成的共价键称为σ键。σ键电子云处于两核连线上，核对σ键电子的束缚力大，σ键稳定，优先形成。

5、sssppp+－－－+++++*10以“肩并肩”方式重叠形成的共价键称为π键。π键电子云并不处于两核连线上，核对π键电子的束缚力较小，因而π键不如σ键稳定。当两原子形成共价键时应优先形成σ键，然后再考虑是否形成π键，换句话说，π键不能单独存在。因此共价双键和三键中必有一个σ键，如N2。+－+－σππNN*11二、杂化轨道理论和分子的空间构型价键理论解释双原子分子的成键情况非常成功。但对于多原子分子的成键情况及空间构型不能解释。如BeCl2分子，实验测得为直线型，键角180°，两根Be－Cl键完全等同

6、。而按照价键理论，Be原子2s轨道上的电子已配对，无法形成共价键。如果考虑2s轨道上的一个电子激发到2p轨道上去，确实有两个未成对电子，但成键时，两根键所用的轨道不同，其性质必然不同，其方向性也难以确定。为此，1931年，鲍林在电子配对法的基础上提出了轨道杂化的概念，现已发展成为杂化轨道理论。*12莱纳斯·鲍林（1901－1994），著名的理论化学家，先后两次单独荣获诺贝尔奖(1954年的化学奖，1962年的和平奖)，被誉为20世纪科学怪杰。*131、杂化轨道理论要点（1）价层上成对的电子在相邻原子

7、的作用下可以拆开并激发到能级相近的轨道上去。（2）能级相近的价层轨道混合起来，重新组合成成键能力更强的新的原子轨道，这些新的轨道称为杂化轨道。杂化轨道的数目与参与杂化的轨道的数目相同。（3）杂化轨道最大对称地分布在杂化原子的周围。（4）杂化轨道与其它原子的价电子配对只能形成σ键。*142、杂化类型（1）sp杂化一个s轨道和一个p轨道进行的杂化称为sp杂化。现以BeCl2分子为例，说明sp杂化及其成键过程。在Cl原子的影响下，Be原子2s轨道上的一个电子激发到同为价层的一个2p轨道上去，然后一个2s轨

8、道和一个2p轨道杂化成两个完全等同的sp杂化轨道，杂化过程可用下图表示：2s2p2s2psp2p两个sp杂化轨道激发杂化*15sp杂化轨道的形状及BCl2分子的空间构型如图所示xyzxyz3pspsp3p*16（2）sp2杂化一个s轨道和两个p轨道进行的杂化称为sp2杂化。现以BF3分子为例，说明sp2杂化及其成键过程。2s2p轨道2s2p2s2psp2三个sp2杂化轨道激发杂化2p*17（3）sp3杂化2p2s2s2psp3四个sp3杂化轨道激发杂化一个s轨道和三个