無機化學(xué)核心教程—分子結(jié)構(gòu)

1、無機化學(xué)核心教程分子結(jié)構(gòu)作業(yè)：PP134-135：3（1）-（3）8（3），（5），9，16Molecule Structure主要內(nèi)容：離子的電荷、電子結(jié)構(gòu)和半徑共價鍵理論： 1 現(xiàn)代價鍵理論，雜化軌道理論 2 分子軌道理論分子結(jié)構(gòu)與分子間作用力。晶體結(jié)構(gòu)簡介。第一節(jié) 離子鍵1、離子鍵是怎么形成的？2、離子鍵有什么特點？一、離子鍵的形成與特點：3、晶格能NaCl(s) Na+(g) + Cl-(g)U = 788kJ/mol二、離子的電荷、電子構(gòu)型和半徑1、離子的電荷與原子或原子團失去或得到的電子數(shù)相關(guān)。2、離子的電子構(gòu)型2電子構(gòu)型8電子構(gòu)型18電子構(gòu)型18+2電子構(gòu)型9-17電子構(gòu)型3、離

2、子半徑： 同一周期：Na+ Mg2+ Al3+ 同一主族：Li+ Na+ K+ Rb+ Fe3+ 陽離子：10-170pm，陰離子：130-260pm 鑭系和錒系收縮第二節(jié) 共價鍵一、經(jīng)典Lewis理論：O:Cl:O:O:-配位鍵二、現(xiàn)在價鍵理論：1、氫分子的形成：H2分子是怎樣形成的？ 推斥態(tài)基態(tài)r(pm)系統(tǒng)能量E(kJ/mol)0-388-4588774形成共價鍵的條件：原子軌道重疊部分的符號必須相同+-+-2=022、現(xiàn)代價鍵理論的要點： 只有自旋方向相反的單電子可以 形成穩(wěn)定的共價鍵(同號重疊)。 共價鍵具有飽和性和方向性。只有未成對電子可以形成共價鍵。原子軌道重疊的最大重疊原理。+

3、-+- +-+重疊程度最大3、共價鍵的類型：頭碰頭(ss，spx， px px)鍵：鍵：肩并肩(pypy , pz pz )+-+-+- 鍵和鍵例：N2中的N原子是怎樣成鍵的？7N：1s22s22p3pxpypzyz鍵與鍵之間的區(qū)別如何？ 雙鍵 鍵+鍵 叁鍵 鍵+ 2鍵規(guī)律： 單鍵： 重鍵： 鍵（構(gòu)成分子的骨架） 配位共價鍵： :NH3 + H+ NH4+4、共價鍵的參數(shù)： 鍵能（自學(xué)） 鍵長（自學(xué)） 鍵角（自學(xué)） 鍵的極性：大小取決于成鍵的兩個原子的電負性之差；差值越大，鍵的極性越大。 H3C+Cl-非極性共價鍵：成鍵電子云密集在兩核的中間位置，正負電荷重心重合。極性共價鍵：成鍵電子云不是平

4、均分配在成鍵兩個原子之間的共價鍵，正負電荷重心不重合。HHHCl非極性鍵極性鍵為什么CH4的分子構(gòu)型是正四面體？2px2py2pzC2sVB法不能解釋甲烷分子的構(gòu)型。三、雜化軌道理論：1、雜化軌道理論的要點：概念：雜化（hybridization） 雜化軌道（hybrid orbital） 在形成共價鍵過程中，由于原子間的相互影響，同一個原子中參與成鍵的幾個能量相近的原子軌道可以重新組合，重新分配能量和空間方向，組成數(shù)目相等的，成鍵能力更強的新的原子軌道。 成鍵能力增強。 雜化軌道可形成鍵。 雜化軌道盡量遠離（最大夾角，最小排斥）S軌道 P軌道 雜化軌道2px2py2pzC2s2、雜化軌道類型

5、及實例：雜化（sp3)1 （sp3)1 （sp3)1 （sp3)1激發(fā)態(tài)基態(tài) 雜化軌道 sp3 雜化軌道（CH4分子構(gòu)型的解釋。） 2s22px12py12pz0 激發(fā)2s12px12py12pz1C 正四面體鍵角 10928 sp2 雜化軌道實驗測定，BF3分子有3個完全等同的B-F鍵，鍵角為120，分子構(gòu)型為正三角形，試說明之。2px2py2pzB2s 2s22px12py02pz0 激發(fā)2s12px12py12pz0重新組合雜化（sp2)1 （sp2)1 （sp2)1 2pz0鍵角 120 0平面ZB原子的sp2雜化軌道。F原子的p軌道。120正三角形3、sp雜化軌道實驗測定，BeCl2

6、分子有2個完全等同的Be-Cl鍵，鍵角為180，分子構(gòu)型為直線型，試說明之。2px2py2pzBe2s 2s22px02py02pz0 激發(fā)2s12px12py02pz0重新組合雜化(sp)1 (sp)1 2py0 2pz0鍵角 180 0直線型YZBe C2H2的分子構(gòu)型直線型，問其成鍵的情況如何？重新組合雜化(sp)1 (sp)1 2py1 2pz1 2s22px12py12pz0 激發(fā)2s12px12py12pz1C直線型鍵角 180YZ spd 雜化軌道：能量相近的(n-1)d與ns、np軌道組合成spd雜化軌道。雜化類型 dsp2 sp3d d2sp3或sp3d2 雜化軌道數(shù)： 4

7、5 6 空間構(gòu)型：平面四方形 三角雙錐 正八面體實例： Ni(CN)42- PCl5 Fe(CN)63- 等性雜化和不等性雜化：NH3分子的空間構(gòu)型N原子的雜化狀態(tài)：sp3不等性雜化N : 2s2 2p3三角錐形雜化NHHH含有較多2s軌道成分，不是分子構(gòu)型的組成。等性雜化(equivalent hybridization) 雜化后所形成的雜化軌道的能量完全相同。不等性雜化(nonequivalent hybridization) 雜化后所形成的雜化軌道的能量不完全相同。例：實驗測定，H2O分子有2個H-O鍵，鍵角為10445，分子構(gòu)型為V字型，試說明之。8O：1s22s22p4sp3不等性雜

8、化雜化OHH:.10445V形含有較多2s軌道的成分。含有較多2s軌道的成分。5B：2s22p1正三角形， sp2 等性雜化BCl3：練習(xí)題16S：3s23p4V型，sp3不等性雜化H2S：1、指出分子構(gòu)型和雜化類型。2、下列分子中，C原子與H原子鍵合時采取sp3-s重疊方式的是A、CH4B、C2H2C、C2H4D、C2H61、理論要點：ABn空間構(gòu)型取決于A的價電子層中各電子對間的相互作用力中心原子形成鍵的電子對和孤電子對四、價層電子對互斥理論：例：NH37N： 1s22s22p3價層電子對：5+32=4sp3不等性雜化三角錐形要點：價層電子對數(shù)目=中心原子價層電子數(shù)+配體共用電子數(shù)2根據(jù)中

9、心原子的價層電子對數(shù)，判斷分子的空間構(gòu)型。P109-表6-5考慮多重鍵中鍵的影響。規(guī)定、作為配體，鹵素和H原子提供一個電子，氧族元素的原子不提供電子。規(guī)定、作為中心原子，鹵素原子提供7個電子，氧族元素的原子提供6個電子。規(guī)定、復(fù)雜離子，處理時應(yīng)考慮離子所帶電荷數(shù)。規(guī)定、計算電子對數(shù)時，剩下的1個電子當作一對電子。規(guī)定、雙鍵、叁鍵作一對電子處理。例1試判斷SO42-、H2S的空間構(gòu)型。A 價層電子對：6+22=4正四面體2-B 價層電子對：2+62=4孤對電子數(shù)目=2SHH:.V形例2試判斷HCHO、HCN的空間構(gòu)型。A 價層電子對：HCHO一對成鍵電子一對成鍵電子雙鍵作1對電子看待共三對，無孤

10、對電子，平面三角形B 價層電子對：HCN一對成鍵電子叁鍵作1對電子看待共兩對，無孤對電子，直線形 O2分子為什么具有順磁性？1、理論要點： 分子中的所有電子在整個分子空間內(nèi)運動，不從屬于某個單一的原子。原子軌道：單核系統(tǒng)，A.O.(s，p，d等)分子軌道：多核系統(tǒng)，M.O. (，)五、分子軌道理論： 成鍵分子軌道和反鍵分子軌道。+ + -+ E* 原子軌道線性組合應(yīng)遵循三條原則A 對稱性匹配原則組合方式：s-s，s-px, px- px ()py- py , pz- pz ()+-+-+-+-+-+-+-+-+-+對稱性匹配H：1sF：1s2s2pE這兩個軌道能量相近，能進行組合。B 能量近似

11、原則8O：1s22s22p48O：1s22s22p42S2S*2Px *2Px2Py *2Py2Pz2Pz *1S 1S*C 最大重疊原則概率密度：組合前：a2+ b2組合后：2 =（a+ b）2= a2+ b2+2 ab2 =（a- b）2= a2+ b2 - 2ab 能級與電子排布能級次序由分子光譜實驗來確定。電子排布服從三原則。 鍵級表示鍵的牢固程度成鍵軌道上的電子數(shù)反鍵軌道上的電子數(shù)2可以是分數(shù)2、簡單同核雙原子分子的分子軌道能級圖： E2p-E2s 1500O2、F22s2p不發(fā)生相互作用1s1s*2s2s*2px2py=2pz2py*=2pz*2px*1s1s2s2s2p2p2py

12、2pz2px. O2 F2E2p-E2s1500Li2、Be2、B2、C2、N2，2s2p發(fā)生相互作用1s1s*2s2s*2py=2pz2px2py*=2pz*例3H2+和He2能否存在？B2又如何？H2+：(1S)1鍵級=1/2He2：(1S)2(1S *)2鍵級=0B 2：(1S)2(1S *)2(2S)2 (2S*)2(2Py)1(2Pz)1鍵級=12、雜化類型： 分析中心原子的最外層電子組態(tài) 中心原子處在同一族，其雜化類 型相同小結(jié):1、現(xiàn)代價鍵理論：電子配對，飽和性和方向性。雜化理論:空間構(gòu)型。3、VSEPR法:、計算A上的價層電子對數(shù)不含孤對電子對稱結(jié)構(gòu)含孤對電子不對稱結(jié)構(gòu)價層電子

13、對4、分子軌道理論的小結(jié)： 電子運動是離域的。 符合三原則的n個原子軌道可以 組合等數(shù)目的分子軌道。 根據(jù)電子排布的三原則，可得出 分子軌道電子排布式。 鍵級的大小表示分子中鍵的強 弱，從而確定分子的穩(wěn)定性。第三節(jié) 分子間的作用力一、分子的極性與極化1、分子的極性：HHHCl 正、負電荷重心重合。正、負電荷重心不重合。BFFFOHH非極性分子極性分子偶極矩：=qdd+q-q鍵的極性與分子的極性有什么聯(lián)系？2、分子的極化（ 0）( +)永久偶極誘導(dǎo)偶極- +- +ClH -ClH- +- +- +- +分子間的互相作用也可增加分子的偶極。二、van der Waals力：分子間存在的作用力，只有

14、化學(xué)鍵能的1/101/1001、取向力取向力永久偶極的取向而產(chǎn)生的分子間吸引力。- +- +- +- +存在于極性分子之間。2、 誘導(dǎo)力- +相當于外電場(1+)(2+)102 0()(2)1=02 0- +- +- +- +- +- +誘導(dǎo)力存在于什么分子之間？3、色散力+ -+ - +- +瞬間偶極分子正負電荷重心發(fā)生瞬間相對位移。色散力瞬間偶極間的相互作用力。色散力存在于什么分子之間？例：F2、 Cl2、 Br2、 I2熔沸點順序？ 總結(jié)：不同極性的分子之間存在著什么類型的作用力？哪種力是主要因素？對于多數(shù)分子，色散力是主要的，誘導(dǎo)力和取向力都較小。這是因為在大量分子的聚集體中，由于熱運

15、動，分子的永久偶極和誘導(dǎo)偶極的方向是絮亂的，其作用力抵消和很多。分子的瞬間偶極雖然很小，存在的時間很短，但是不斷地重復(fù)發(fā)生，又不斷地相互誘導(dǎo)和吸引，因此不管分子處在什么方向，由瞬間偶極產(chǎn)生的相互作用力總是存在，所以一般來說，分子間以色散力為主。 三、氫鍵：HF裸露的質(zhì)子HF氫鍵HF鍵能介于共價鍵和范德華力之間。HFHF具有飽和性和方向性。強弱與這個原子有關(guān)？FHF OHO NHN 分子內(nèi)氫鍵：水楊酸分子間氫鍵：H2ONH32 下列分子中偶極矩0的是A. CO2 B. CH4 C. NH3 D. BeCl2O=C=O1、下列分子中極性最小的是 A、LiF B、HCl C、HBr D、HF1、判斷

16、下列分子間存在什么作用力？CH4H2OCH3CH2OHH2OCH4CO2誘導(dǎo)力，色散力取向力，誘導(dǎo)力，色散力，氫鍵色散力第四節(jié) 離子極化及晶體結(jié)構(gòu)一、離子極化1、離子極化及變形性陽離子極化作用大，陰離子變形性大。問題1：離子的半徑、電荷及電子層結(jié)構(gòu)對離子的極化作用有何影響？問題2：離子的半徑、電荷及電子層結(jié)構(gòu)對離子的變形性有何影響？2、離子極化對鍵型及化合物性質(zhì)的影響、AgX的溶解性鍵型的影響：、離子型化合物的熔（沸）點共價型化合物的熔（沸）點，為什么？、離子極化與化合物的顏色。二、晶體結(jié)構(gòu)簡介：1、晶體的定義：物質(zhì)是由原子、分子或離子組成的。當這些微觀粒子在三維空間按一定的規(guī)則進行排列，形成空間點陣結(jié)構(gòu)時，就形成了晶體（crysta