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时间:2020-02-26
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1、第2章分子结构2-1路易斯结构式2-2单键、双键和叁键—σ键和π键—价键理论(一)2-3价层电子互斥模型(VSEPR)2-4杂化轨道理论—价键理论(二)2-5共轭大π键2-6等电子体原理2-7分子轨道理论2-8共价分子的性质2-9分子间力2-10分子对称性(选学材料)习题1.掌握现代价键理论(VB法),杂化轨道理论;2.掌握分子轨道理论(MO法)的基本内容;3.掌握利用价层电子对互斥模型(VSEPR)预言简单分子的立体结构;4.掌握共轭体大π键的概念及等电子体的概念;5.了解分子间作用力及氢键的性质和特点。【学习目的】1.共价键的形成和本质,现代价键理论的要点和优缺点;2.价层电子对互斥理论
2、;3.杂化轨道理论;4.共轭大π键;5.分子轨道理论简介:分子轨道的含义,分子轨道的形成,分子轨道中电子的排布,键级;6.共价分子的性质——键能、键长、键角,键的极性。分子偶级矩和磁性;7.分子间作用力和氢键。【学习重点】1.MO法;2.共轭大π键.【学习难点】分子结构通常包括:分子的化学组成分子的构型分子中原子间的化学键分子间作用力19世纪的化学家们创造了用元素符号加划短棍“—”来表明原子之间按“化合价”相互结合的结构式。分子中的原子间用“—”相连表示互相用了“1价”,如水的结构式为H—O—H;“=”为“2价”;“≡”为“3价”。在绝大多数情况下,氢总是呈1价,氧总是呈2价,氮呈3或5价,
3、卤素则在有机物中大多呈1价,在无机物中除呈1价,还呈3、5、7价,等等。这种“化合价”概念是由英国化学家弗兰克兰在1850年左右提出的。2-1路易斯结构式弗兰克兰化合价并无正负之分,同种原子形成的分子,如H2,其中的氢也呈1价,故氢分子的结构式为H—H。这种经典结构式称为弗兰克兰结构式。“正负化合价”是后来由瑞典化学家贝采里乌斯在19世纪80年代提出来的,跟弗兰克兰化合价不是一个概念。贝采里乌斯化合价与弗兰克兰提出的经典化合价不同,例如,单质中元素的贝采里乌斯化合价为零20世纪初,美国化学家路易斯[Lewis,GilbertNewton(1875-1946)]把弗兰克兰结构式中的“短棍”解释
4、为两个原子各取出一个电子配成对,即:“—”是1对共用电子,“=”是2对共用电子,“≡”是3对共用电子。路易斯认为,稀有气体最外层电子构型(8e)是一种稳定构型。他把用“共用电子对”维系的化学作用力称为“共价键”。后人就把这种概念称为路易斯共价键理论。分子有用于形成共价键的键合电子(成键电子)和未用于形成共价键的非键合电子,又称“孤对电子”,用小黑点来表示孤对电子。例如,水、氨、乙酸、氮分子的路易斯结构式可以表示为:人们把这类(用短棍表示共价键,同时用小黑点表示非键合的“孤对电子”)添加了孤对电子的结构式叫做路易斯结构式,也叫电子结构式。如:SO2Cl2、HNO3、H2SO3、CO32–和SO
5、42–的路易斯结构式:价电子总数等于分子中所有原子的价电子数之和,但中心原子周围的电子总数(共用电子+孤对电子)并不总等于8,有多电子中心或缺电子中心如:第二周期元素最外层是L层,它的2s和2p两个能级总共只有4个轨道,最多只能容纳8个电子,因此,对于第二周期元素来说,多电子中心的路易斯结构式明显不合理。为避免这种不合理性,可以在不改变原子顺序的前提下,把某些键合电子改为孤对电子,但这样做,键合电子数就与经典化合价不同了,例如,N2O,分子价电子总数为16,可以画出如下两种路易斯结构式:对于可以写出几个相对合理的路易斯结构式的分子,泡林提出了“共振论”,认为分子的真实结构是这些合理路易斯结构
6、式的“共振杂化体”,每个结构式则称为一种“共振体”,“共振”的符号“←→”例如:苯分子C-C键长没有区别,苯分子中的C-C键既不是双键,也不是单键,而是单键与双键的“共振混合体”。有关这方面的知识将在有机化学课程中进行讨论。路易斯结构式是讨论共价键理论的基础。路易斯结构式给出了分子的总价电子数,用“电子对”的概念解释了经典结构式中表达弗兰克兰化合价的短横,并标出了未键合的孤对电子。但路易斯结构式不能很好地表达分子的立体结构,也不能表达比传统的单键、双键、叁键更复杂的化学键。2-2单键、双键和叁键-σ键和π键——价键理论(一)路易斯结构式中的单键、双键和叁键一直到量子力学建立后才得到合理解释。
7、有一种叫做“价键理论”(ValenceBondTheory,简称VB法)的量子化学模型认为:共价键是由不同原子的电子云重叠形成的。(1)成键两原子必须有能量较低的成单电子;(2)成键时成单电子必须自旋方向相反,在核间电子云密度最大形成稳定化学键;1、共价键的形成H(g)+H(g)=H2(g)↑↑时,系统能量升高,核间电子密度小,不形成共价键↑↓时,系统能量降低,核间电子密度大,可形成共价键2、价键理论(VB法
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