化学键与分子结构1.ppt

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1、化学键与分子结构科塞尔(Kossel)——离子键理论路易斯(G.N.Lewis)——共价键理论一、路易斯结构与共振论`1916年路易斯结构式：用“—”表示共价键/键合电子/成键电子；用“·”表示孤对电子/非键合电子。简单分子的路易斯结构式可用观察法直接得到。复杂分子的路易斯结构式确定：计算可用价电子的数目。在分子中为每一个原子贡献的价电子相加，对于负离子要加上离子的电荷数，对于正离子要减去离子的电荷数。以NH4+和NO3-为例：画出分子或离子的结构草图，用单键把原子连接起来，使每个原子的电子总数为8(含成键

2、电子对和非成键电子对)。如原子的排列有几种可能，则用化学或物理方法确定哪一种可能的结构是正确的，它一般遵循下列规律：原子排列遵循的一般规律：氢原子总是形成单键，碳原子通常是个键。同一分子有几个碳原子，可能会键合成链状或环状。在含有几个氧原子和一个非金属原子的化合物或离子里，氧原子通常围绕非金属中心原子排列。含氧酸中，可电离的氢原子通常与氧原子键合，而氧原子与非金属原子键合。如H—O—X复杂分子的路易斯结构式确定：计算所画结构里电子的总数，并将它与第一步计算所得到的可用价电子数对比。若多出2个电子，则该分子有

3、一个双键，且该重键在C—C或在氧与某一元素之间。如ClO-、HCN。画出SO2Cl2、HNO3、H2SO3、CO32-、SO42-的路易斯结构式。分析CCl4、BCl3、PCl5的路易斯结构式。①缺电子结构——包括形成共价键的共用电子对之内，少于8电子的，称为缺电子结构。如第3主族的硼和铝，典型的例子有BCl3、AlCl3，缺电子结构的分子往往有形成配合物的能力。例如：BCl3＋:NH3＝Cl3B←NH3能够接受电子对的分子称为“路易斯酸”，能够给出电子对的分子称为“路易斯碱”。路易斯酸和路易斯碱以配价键相

4、互结合形成的化合物叫做“路易斯酸碱对”。②多电子结构——如PCl5里的磷呈5价，氯呈-1价。中性磷原子的价电子数为5。在PCl5磷原子的周围的电子数为10，超过8。这种例外只有第3周期或更高周期的元素的原子才有可能出现。复杂分子的路易斯结构式确定：N2O路易斯结构式可用“形式电荷”判断其合理性。将键合电子的半数分别归属各键合原子，再加上各原子的孤对电子数，如果两者之和等于该原子(呈游离态电中性时)的价层电子数，形式电荷计为零，否则少了电子，形式电荷计“+”，多了电子计为“-”。当结构式中所有原子的形式电荷均

5、为零，或者形式电荷为“+”的原子比形式电荷为“-”的原子的电负性小，可认为是合理的路易斯结构式。复杂分子的路易斯结构式确定：有时，一个分子在不改变其中的原子的排列的情况下，可以写出一个以上合理的路易斯结构式，为解决这一问题，鲍林提出所谓的“共振”的概念，认为该分子的结构是所有这些正确的路易斯结构式的总和，真实的分子结构是这些结构式的“共振混合体”。共振论在有机化学中仍有广泛应用。有助于理解路易斯结构式的局限性。二、σ键和π键——价键理论(一)又称电子配对法：共价键是由不同原子的电子云重叠形成的，是1927年

6、海特勒(Heitler)和伦敦(London)用量子力学处理H2问题所得结果的推广。V势能r核间距0两个核外电子自旋方向相反的氢原子靠近r0v势能r核间距0r0r0v势能r核间距0r0v势能r核间距0两个核外电子自旋方向相同的氢原子靠近氢气分子形成过程的能量变化共价键的形成与类型根据共价键形成的本质，请解释氢分子为H2而不是H3？↑1sH21sH↓2p↑↑↑2s↑↓NH↓1s2p↑↓↑↓↑2s↑↓FH↓1s2↑↓↑↓2p2s↑↑OH↓1sH↓1sH↓1s3H↓1s2根据H2分子的形成过程，讨论HF分子、H2

7、O分子和NH3分子的形成在成键过程中,每种元素的原子有几个未成对电子通常就只能形成几个共价键，所以在共价分子中每个原子形成共价键数目是一定的。形成的共价键数未成对电子数共价键的特征1、具有饱和性s－ss－p头碰头头碰头哪些电子云重叠方式有利于共价键的形成？以最简单的s电子和p电子为例分析:p－p头碰头肩并肩s－ss－pp－p“头碰头”σ键“肩并肩”π键p－p共价键的特征1、具有饱和性2、具有方向性共价键的方向性是指一个原子与周围原子形成共价键有一定的角度。共价键具有方向性的原因是因为原子轨道(p、d、f)有

8、一定的方向性，它和相邻原子的轨道重叠成键要满足最大重叠条件。共价键的分类σ键：原子轨道以“头碰头”方式互相重叠形成的共价键。(如：s－s，s－p，p－p)π键：原子轨道以“肩并肩”方式互相重叠形成的共价键。(如：p－p)大量化学事实表明：上述σ键和π键只是共价键中最简单的模型，此外还存在十分多样的共价键类型。如苯环中的大π键、硫酸根中的大π键、硼烷中的多中心键等。σ键的特点是重叠的电子在两核连线上，受原子核束缚力