共價鍵與分子的空間構型

1、109.5一、形形色色的分子一、形形色色的分子O2HClH2OCO2C2H2CH2OCOCl2NH3P4CH4CH3CH2OHCH3COOHC6H6C8H8CH3OHC60C20C40C70碳原子碳原子:甲烷的甲烷的4個個C H單鍵都應該是單鍵都應該是鍵，然而，鍵，然而，碳原子的碳原子的4個價層原子軌道是個價層原子軌道是3個相互垂直的個相互垂直的2p軌道和軌道和1個球形的個球形的2s軌道，用它們跟軌道，用它們跟4個氫個氫原子的原子的1s原子軌道重疊，不可能得到四面體原子軌道重疊，不可能得到四面體構型的甲烷分子。？構型的甲烷分子。？為了解決這一矛盾，鮑林提出了雜化軌道理論為了解決這一矛盾，鮑林提

2、出了雜化軌道理論基本要點：基本要點：在形成分子時，由于原子的相在形成分子時，由于原子的相互影響，若干不同類型能量相近的原子軌互影響，若干不同類型能量相近的原子軌道混合起來，重新組合成一組新軌道。這道混合起來，重新組合成一組新軌道。這種軌道重新組合的過程叫做原子軌道的雜種軌道重新組合的過程叫做原子軌道的雜化，所形成的新軌道就稱為雜化軌道?；纬傻男萝壍谰头Q為雜化軌道。雜化前后軌道數(shù)目不變。雜化前后軌道數(shù)目不變。雜化后軌道伸展方向，形狀發(fā)生改變。雜化后軌道伸展方向，形狀發(fā)生改變。 由于每個軌道中都含有由于每個軌道中都含有1/41/4的的s s軌道成分和軌道成分和3/43/4的的p p軌道成分，

3、因此我們把這種軌道稱之為軌道成分，因此我們把這種軌道稱之為 spsp3 3雜化軌道。雜化軌道。 為了四個雜化軌道在空間盡可能遠離，為了四個雜化軌道在空間盡可能遠離，使軌道間的排斥最小，使軌道間的排斥最小，4 4個雜化軌道的伸展個雜化軌道的伸展方向分別指向正四面體的四個頂點。方向分別指向正四面體的四個頂點。109.5spsp2 2雜雜化化軌軌道道 spsp雜雜化化軌軌道道 兩個碳原子的兩個碳原子的sp雜化軌道沿各自對稱軸形成雜化軌道沿各自對稱軸形成sp-sp 鍵，另兩個鍵，另兩個sp雜化軌道分別與兩個氫原子的雜化軌道分別與兩個氫原子的1s軌道重疊形成兩個軌道重疊形成兩個sp-s 鍵，兩個鍵，兩個

4、py軌軌道和兩個道和兩個pz軌道分別從側面相互重疊，形成兩個相互垂直的軌道分別從側面相互重疊，形成兩個相互垂直的P-P 鍵，鍵，形成乙炔分子。形成乙炔分子。 3NHNHHH雜化3sp2ps210718N HN HN HNH3 的空間構型104 45O HO HO H的空間構型2H O雜化軌道理論解釋苯分子的結構：雜化軌道理論解釋苯分子的結構：C為為SP2雜化雜化所有原子（所有原子（12個）處于同一平面?zhèn)€）處于同一平面分子中分子中6個碳原子未雜化的個碳原子未雜化的2P軌道軌道上的未成對電子重疊結果形成了上的未成對電子重疊結果形成了一個閉合的、環(huán)狀的大一個閉合的、環(huán)狀的大鍵鍵形成的形成的電子云像兩

5、個連續(xù)的面包圈，一個位于平面上面，電子云像兩個連續(xù)的面包圈，一個位于平面上面，一個位于平面下面，經(jīng)能量計算，這是一個很穩(wěn)定的體系。一個位于平面下面，經(jīng)能量計算，這是一個很穩(wěn)定的體系。 C-C (sp2-sp2 ) ; C-H (sp2-s )大 鍵 C6H6C6H6的大鍵（離域鍵）10718104 45109 280 0 0 1 2 共價分子的幾何外形取決于分子共價分子的幾何外形取決于分子價價層電子對數(shù)目和類型層電子對數(shù)目和類型。分子的價電子對。分子的價電子對（包括成鍵電子對和孤電子對）由于（包括成鍵電子對和孤電子對）由于相相互排斥互排斥作用作用, ,而趨向盡可能而趨向盡可能遠離遠離以以減小斥

6、減小斥力力而采取而采取對稱對稱的空間構型。的空間構型。價層電子對互斥理論（價層電子對互斥理論（VSEPRVSEPR法）法）3、確定分子空間構型的簡易方法：、確定分子空間構型的簡易方法：CH4 的空間構型3ClO3ClO3ClO8O23平面三角形2 0 AB2直線形HgCl23 0 AB32 1 AB2價層電子對數(shù)平面三角形 BF3角形PbCl2布方式 4四面體4 0 AB43 1 AB32 2 AB2正四面體 CH4三角錐形 NH3角形H2O布布方式3I體5三角雙錐50 AB54 1 AB43 2 AB32 3 AB2三角雙錐 PCl5變形四面 SF4T形 ClF3直線形布布方式形4ICl6八

7、面體60 AB651 AB542 AB4正八面體 SF6四方錐形IF5平面正方4.等電子原理等電子原理 具有相同價電子數(shù)和相同原子數(shù)的分子具有相同價電子數(shù)和相同原子數(shù)的分子或離子具有相同的結構特征。或離子具有相同的結構特征。 符合等電子原理的分子或離子互為等電符合等電子原理的分子或離子互為等電子體。子體。等電子原理的某些應用：等電子原理的某些應用：（1）判斷一些簡單分子或離子的立體構型：等電子體）判斷一些簡單分子或離子的立體構型：等電子體一般有相同的立體構型。一般有相同的立體構型。（2）制造新材料方面的應用。）制造新材料方面的應用。等電子體有相似的性質(zhì)。等電子體有相似的性質(zhì)。 根據(jù)等電子原理，

8、判斷根據(jù)等電子原理，判斷下列各組分子屬下列各組分子屬于等電子體的是（于等電子體的是（ ） A、H2O、H2S B、HF、NH3 C、CO、CO2 D、NO2、SO2A在短周期元素組成的物質(zhì)中，與在短周期元素組成的物質(zhì)中，與NO2互為互為等電子體的分子有：等電子體的分子有： 、 。3個原子個原子H HeLi Be B C N O F NeNa Mg Al Si P S Cl ArO3 各原子最外層電各原子最外層電子數(shù)之和為子數(shù)之和為18SO2 課堂練習課堂練習 寫出下列分子的的雜化軌道類型及空間構型寫出下列分子的的雜化軌道類型及空間構型 NH3、BeCl2、PCl3、BF3、CS2 H2O、Cl

9、2O 、SiCl4、CH3F、NI31 1、下列分子中的中心原子雜化軌道的類下列分子中的中心原子雜化軌道的類型相同的是型相同的是 ( )( )A ACOCO2 2與與SOSO2 2 B BCHCH4 4與與NHNH3 3 C CBeClBeCl2 2與與BFBF3 3 D DC C2 2H H2 2與與C C2 2H H4 4B B2 2、對對SOSO2 2與與COCO2 2說法正確的是說法正確的是( )( )A.A.都是直線形結構都是直線形結構B.B.中心原子都采取中心原子都采取spsp雜化軌道雜化軌道C.SC.S原子和原子和C C原子上都沒有孤對電子原子上都沒有孤對電子D.SOD.SO2

10、2為為V V形結構，形結構， COCO2 2為直線形結構為直線形結構D 對稱性普遍存在于自然界。對稱性普遍存在于自然界。例如五瓣對稱的梅花、桃花，例如五瓣對稱的梅花、桃花，六瓣對稱的水仙花、雪花（軸六瓣對稱的水仙花、雪花（軸對稱或中心對稱）；建筑物和對稱或中心對稱）；建筑物和動物的鏡面對稱；美術與文學動物的鏡面對稱；美術與文學中也存在很多對稱的概念。中也存在很多對稱的概念。自然界中的對稱性 依據(jù)對稱軸的旋轉或借助對稱面的反映能夠依據(jù)對稱軸的旋轉或借助對稱面的反映能夠復原的分子稱為對稱分子，分子所具有的這種性復原的分子稱為對稱分子，分子所具有的這種性質(zhì)稱為對稱性。質(zhì)稱為對稱性。左手和右手不能重疊

11、左手和右手不能重疊 左右手互為鏡像左右手互為鏡像手性異構體和手性分子手性異構體和手性分子 概念：如果一對分子，它們的組成和原概念：如果一對分子，它們的組成和原子的排列方式完全相同，但如同左手和右手子的排列方式完全相同，但如同左手和右手一樣互為鏡像，在三維空間里不能重疊，這一樣互為鏡像，在三維空間里不能重疊，這對分子互稱對分子互稱手性異構體手性異構體。有手性異構體的分。有手性異構體的分子稱為子稱為手性分子手性分子。 條件：條件：當四個不同的原子或基團連接在碳當四個不同的原子或基團連接在碳原子上時，形成的化合物存在手性異構體。原子上時，形成的化合物存在手性異構體。其中，連接四個不同的原子或基團的碳

12、原子其中，連接四個不同的原子或基團的碳原子稱為稱為手性碳原子手性碳原子。1下列化合物中含有手性碳原子的是下列化合物中含有手性碳原子的是( )A.CCl2F2 B.CH3CHCOOHC.CH3CH2OH D.CHOH CH2OHCH2OHOHB課堂練習課堂練習A.OHCCHCH2OH B. OHCCHCClC.HOOCCHCCCl D.CH3CHCCH3 HClOHBrOHClHBrBrCH3CH32下列化合物中含有下列化合物中含有2個個“手性手性”碳原子的是碳原子的是( )B根據(jù)電荷分布是否均勻，共價鍵有極根據(jù)電荷分布是否均勻，共價鍵有極性、非極性之分，以共價鍵結合的分性、非極性之分，以共價鍵

13、結合的分子是否也有極性、非極性之分呢？子是否也有極性、非極性之分呢？分子的極性又是根據(jù)什么來判定呢？思考思考觀察觀察. .思考思考 P P4545非極性分子：非極性分子：電荷分布均勻?qū)ΨQ的分子；分子內(nèi)電荷分布均勻?qū)ΨQ的分子；分子內(nèi)沒正、負兩極的分子。沒正、負兩極的分子。3、分子的極性、分子的極性 正電荷重心和負電荷重心相重合的分子正電荷重心和負電荷重心相重合的分子ClCl共用電子對共用電子對ClCl2個個Cl原子吸引電子的能力相同，共用電原子吸引電子的能力相同，共用電子對不偏向任何一個原子，整個分子的子對不偏向任何一個原子，整個分子的電荷分布均勻，電荷分布均勻，為為非極性分子非極性分子只含有非

14、極性鍵只含有非極性鍵的分子因為共用電的分子因為共用電子對無偏向，子對無偏向，分子是分子是非極性分子非極性分子極性分子：極性分子：電荷分布不均勻不對稱的分子電荷分布不均勻不對稱的分子；分子內(nèi)存在正、負兩極的分子。 正電荷重心和負電荷重心不相重合的分子正電荷重心和負電荷重心不相重合的分子HCl共用電子對共用電子對HClHCl分子中，共用電子對偏向分子中，共用電子對偏向Cl原子，原子，Cl原子一端相對地顯負電性，原子一端相對地顯負電性，H原子原子一端相對地顯正電性，整個分子的電荷一端相對地顯正電性，整個分子的電荷分布不均勻，分布不均勻，為極性分子為極性分子+-以極性鍵結合的雙原子分子為極性分子以極性

15、鍵結合的雙原子分子為極性分子分子極性的判斷方法分子極性的判斷方法1 1、雙原子分子、雙原子分子取決于成鍵原子之間的共價鍵是否有極性取決于成鍵原子之間的共價鍵是否有極性2 2、多原子分子、多原子分子( (ABm型型) )取決于分子的空間構型取決于分子的空間構型ABm分子極性的判斷方法分子極性的判斷方法1 1、化合價法、化合價法請判斷請判斷PCl3、CCl4、CS2、SO2分子的極性。分子的極性。若中心原子若中心原子A A的化合價的絕對值等于該元素所的化合價的絕對值等于該元素所在的主族序數(shù)，則為非極性分子，若不等則為在的主族序數(shù)，則為非極性分子，若不等則為極性分子；極性分子；若中心原子有孤對電子若

16、中心原子有孤對電子( (未參與成鍵的電子對未參與成鍵的電子對) )則為極性分子，若無孤對電子則為非極性分子。則為極性分子，若無孤對電子則為非極性分子。ABm分子極性的判斷方法分子極性的判斷方法1 1、化合價法、化合價法 將分子中的共價鍵看作作用力，不同的將分子中的共價鍵看作作用力，不同的共價鍵看作不相等的作用力，運用物理上共價鍵看作不相等的作用力，運用物理上力的合成與分解，看中心原子受力是否平力的合成與分解，看中心原子受力是否平衡，如平衡則為非極性分子；否則為極性衡，如平衡則為非極性分子；否則為極性分子。分子。2 2、物理模型法、物理模型法C=O鍵是極性鍵，但鍵是極性鍵，但從分子總體而言從分子

17、總體而言CO2是是直線型直線型分子，兩個分子，兩個C=O鍵是鍵是對稱對稱排列的，排列的，兩鍵的極性互相抵消兩鍵的極性互相抵消（ F合合=0），），整個整個分子沒有極性，電荷分子沒有極性，電荷分布均勻，是分布均勻，是非極性非極性分子分子。180F1F2F合合=0OOCHOH10430F1F2F合合0O-H鍵是極性鍵，共用電鍵是極性鍵，共用電子對偏子對偏O原子，由于分子原子，由于分子是是V V形形構型構型，兩個，兩個O-H鍵鍵的極性不能抵消（的極性不能抵消（ F合合0），），整個分子電荷分整個分子電荷分布不均勻，是布不均勻，是極性分子極性分子HHHNBF3：NH3：12010718 三角錐型三角錐

18、型, 不對稱，鍵的極不對稱，鍵的極性不能抵消，是極性分子。性不能抵消，是極性分子。F1F2F3F平面三角形，對稱，平面三角形，對稱，鍵的極性互相抵消鍵的極性互相抵消（ F合合=0） ，是非極，是非極性分子。性分子。CHHHH109.5正正四面體型四面體型 ，對稱結構，對稱結構，C-H鍵的極性鍵的極性互相抵消（互相抵消（ F合合=0） ，是，是非極性分子。非極性分子。常見分子的構型及分子的極性常見分子的構型及分子的極性雙原雙原子分子分子子H2、Cl2 非非 無無 直線型直線型 非極性非極性HCl 有有 無無 直線型直線型 極性極性H2O 有有 104.50 V V形形 極性極性CO2 有有 180 直線型直線型 非極性非極性三原三原子分子分子子四原四原子分子分子子NH3 有有 107.30 三角錐型三角錐型 極性極性BF3 有有 120 平面三角形平面三角形 非極性非極性CH4 有有 109.50 正四面體型正四面體型 非極性非極性五原五原子子分子的分子的極性極性分子的空分子的空間