分子結(jié)構(gòu)化學(xué)原理市公開課獲獎(jiǎng)?wù)n件

1、Chapter 6Molecular structure and Bonding物質(zhì)結(jié)構(gòu)（2）1. How the shapes of simple molecules can be described and predicted 2. Examin why molecules have the shapes they do and look more closely at how atoms use their electrons to form bonds./10/101第1頁第1頁空間構(gòu)型分子原子化學(xué)鍵共價(jià)鍵離子鍵金屬鍵雜化軌道理論VBMOVSEPR鍵極性物質(zhì)分子間作用力分子極性Atom

2、ic orbitalElectronFunction偶極矩/10/102第2頁第2頁1927年， Heitler W 和 London F., 揭示共價(jià)鍵本質(zhì) Pauling L 和 Slater JC ，當(dāng)代價(jià)鍵理論1932年， Muiliken RS 和 Hund F ，分子軌道理論1931年，Pauling L ，雜化軌道理論1954年，Pauling L ，Nobel prize1966年， Muiliken RS, Nobel prize19， Kossel, 離子鍵1923年， Lewis, 共價(jià)鍵原子價(jià)電子理論/10/103第3頁第3頁6.1 Molecular Geometri

3、es - Lewis Structures: The octet rule - The VSEPR model6.2 Covalent Bonding - Valance-bond theory - Hybrid Orbitals6.3 Molecular orbital theory - The Hydrogen molecules - Molecular orbitals for second-period diatomic molecules/10/104第4頁第4頁Lewis structures give atomic connectivity6.1 Molecular Geomet

4、riesHNHHbonding pair of e-lone pair of e-Octet Rule: Each atom shares electrons with neighboring atoms to achieve a total of 8 valence electrons.- Lewis Structures :The octet rule/10/105第5頁第5頁Molecular ShapesBond Parameter鍵長(bond length) 鍵角(bond angle) 分子空間構(gòu)型/10/106第6頁第6頁ABn/10/107第7頁第7頁Valence Shel

5、l Electron Pair Repulsion (VSEPR) theorybonding pairs of electrons (bp)lone pairs ( lp )lplplpbpbpbpThe electrons adopt an arrangement in space to minimize e-e- repulsion.斥力大小順序：bonding pair of e-lone pair of e- The VSEPR modelSigma 鍵電子對(duì)/10/108第8頁第8頁/10/109第9頁第9頁P(yáng)redicting Molecular Geometries擬定中心原子

6、價(jià)層e總數(shù)及e對(duì)數(shù)中心原子價(jià)e對(duì)按斥力大小次序，空間排布應(yīng)取斥力最小排布方式，e對(duì)盡也許遠(yuǎn)離且呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)drawcountarrange中心原子配位原子族序數(shù)鍵合電子孤對(duì)電子主族元素/10/1010第10頁第10頁/10/1011第11頁第11頁/10/1012第12頁第12頁/10/1013第13頁第13頁ClF3分子構(gòu)型：T字型電子構(gòu)型與分子構(gòu)型不一致電子數(shù)為5時(shí)，孤對(duì)總是盡先處于三角雙錐腰部位置location of the lone pairs/10/1014第14頁第14頁The VSEPR ModelMolecules with Expanded Valence Shells/10

7、/1015第15頁第15頁判斷 BF3及NF3價(jià)層電子對(duì)構(gòu)型及分子構(gòu)型。（Give the electron-pair geometry and the molecular geometry of BF3 and NF3.）BF3NF3/10/1016第16頁第16頁-Lewis structures and VSEPR do not explain why a bond forms.SHHOHH/10/1017第17頁第17頁6.2 Covalent Bonding 價(jià)鍵理論雜化軌道理論Valence bond theory (VB)Hybrid orbital theory/10/1018

8、第18頁第18頁Walther Kossel1916離子鍵（ionic bond）/10/1019第19頁第19頁1923年， Lewis GN, Irving Langmuir, 典型共價(jià)鍵理論，HNHHLess than octet - ex: BF3More than octet - ex: PCl5共價(jià)健(Covalent bond)/10/1020第20頁第20頁attractive forcesrepulsive forcesBond Length1927年， Heitler W 和 London F., 揭示共價(jià)鍵本質(zhì)/10/1021第21頁第21頁Covalent Bondin

9、g and Orbital Overlap/10/1022第22頁第22頁共價(jià)鍵本質(zhì)本質(zhì)上是電性。但它不同于普通靜電作用，它是兩原子核共同對(duì)核間電子云密集區(qū)吸引。/10/1023第23頁第23頁將H2研究結(jié)果推廣至其它雙原子分子和多原子分子價(jià)鍵理論自旋相反單電子配對(duì)自旋相反單電子配對(duì)后，不能再和其它原子中單電子配對(duì)，形成共價(jià)鍵數(shù)目與該原子中單電子數(shù)目相同。飽和性共價(jià)鍵形成盡也許沿著原子軌道最大重合方向進(jìn)行，即原子軌道最大重合原理。方向性/10/1024第24頁第24頁共價(jià)鍵類型鍵鍵s-ss-pxpx-px鍵軸（internuclear axis）xx軌道重疊部分沿鍵軸呈圓柱形對(duì)稱分布 py-p

10、ypz-pz軌道重疊部分垂直于鍵軸并呈鏡面反對(duì)稱分布 /10/1025第25頁第25頁double bondstriple bondsMultiple Bonds共價(jià)鍵類型配位?。–oordination covalent bond）/10/1026第26頁第26頁鍵參數(shù) (Bond Parameters)鍵能(bond energy) 鍵長(bond length) 鍵角(bond angle) 鍵極性(Polarity of bond)分子空間構(gòu)型電負(fù)性極性共價(jià)鍵(Polar covalent bond)非極性共價(jià)鍵(nonpolar covalent bond)/10/1027第27頁第

11、27頁e- riche- poorindicates a bond dipole/10/1028第28頁第28頁Bond Type and DENEqual sharing of e- pairUnequal sharing of e- pair(Nearly) complete e- transfer/10/1029第29頁第29頁分子極性(Polarity of molecules)the charge distribution in a molecule雙原子分子極性（The polarity diatomic molecule）Polar Molecule化學(xué)鍵極性多原子分子極性(Th

12、e polarity of Polyatomic molecules)化學(xué)鍵極性分子空間構(gòu)型/10/1030第30頁第30頁/10/1031第31頁第31頁偶極矩() (dipole moment):The degree of polarityA quantitative measure of the degree of charge separation in a molecule./10/1032第32頁第32頁Relating Dipole Moment and Molecular GeometryEach of the following molecules has a nonzero

13、 dipole moment. Select the molecular geometry that is consistent with this information. Explain your reasoning.SO2 linear, bentPH3 trigonal planar, trigonal pyramidal/10/1033第33頁第33頁P(yáng)ermanent dipole momentInduced dipole moment分子極化(Molecular polarization)/10/1034第34頁第34頁P(yáng)roblem:1954年，Pauling L ，Nobel

14、 prize1931年，Pauling L ，雜化軌道理論/10/1035第35頁第35頁雜化軌道理論 (Hybrid orbital theory)General principles of Hybrid orbital theory Types of Hybrid orbitals Apply VSEPR Theory and Determine Hybridization/10/1036第36頁第36頁General principles of Hybrid orbital theory 鍵s-ss-pxpx-pxSP3 - s/10/1037第37頁第37頁-成鍵過程中，同一原子中幾種

15、能量相近原子軌道重新 組合成數(shù)目相等、能量相同、方向一定新原子軌道。-雜化軌道比本來原子軌道成鍵能力強(qiáng)。-雜化軌道含有擬定方向，軌道之間在空間上采用最大角度分布。Valence Bond Theory - atoms form bonds by overlapping atomic and/or hybrid orbitals/10/1038第38頁第38頁SP3 雜化/10/1039第39頁第39頁SP3 雜化/10/1040第40頁第40頁等性雜化軌道(Equivalent hybrid orbital)不等性雜化軌道( Unequivalent hybrid orbital)/10/10

16、41第41頁第41頁 sp HybridizationVSEPR TheoryBe: 1s22s2Be: 1s22s12p1hybridization/10/1042第42頁第42頁sp雜化鍵s-ss-pxpx-pxSP3 - pSP - p/10/1043第43頁第43頁BF3 - trigonal planar sp2 HybridizationVSEPR Theory/10/1044第44頁第44頁sp2雜化鍵s-ss-pxpx-pxSP3 - pSP - pSP2 - p/10/1045第45頁第45頁 sp3d HybridizationVSEPR Theorytrigonal bi

17、pyramidal/10/1046第46頁第46頁For PF5, we need 5 hybrid orbitals, so 5 atomic orbitals are required as follows: (s + p + p + p + d) = sp3d/10/1047第47頁第47頁Lewis StructureElectron Pair GeometryMolecular Geometry sp3d2 HybridizationVSEPR Theoryoctahedral/10/1048第48頁第48頁For SF6, we need 6 hybrid orbitals, so

18、 6 atomic orbitals are required as follows: (s + p + p + p + d + d) = sp3d2Six sp3d2 hybridized orbitals for S-F bonds3 unhybridized d-orbitalsIsolated S atom/10/1049第49頁第49頁Hybrid Orbitals and VSEPRWrite a Lewis structure (/Determine LP )Use VSEPR to predict electron geometry.Select the appropriate

19、 hybridization.Limitations:/10/1050第50頁第50頁指出BF3 及NF3中心原子雜化軌道，.(Indicate the hybrid orbital set used in BF3 and NF3.) BF3NF3/10/1051第51頁第51頁/10/1052第52頁第52頁物質(zhì)磁性與不成對(duì)電子數(shù)Background單電子/10/1053第53頁第53頁 DiamagneticParamagneticall electrons are pairedBackground-Magnetism and unpaired electronDiamagnetism(抗

20、磁性)-Paramagnetism(順磁性)-unpaired electron/10/1054第54頁第54頁VSEPR Theory - electron pair repulsions influence molecular shapeValence Bond Theory - atoms form bonds by overlapping atomic and/or hybrid orbitalsApplied to O2O = O Or H2+Problem:/10/1055第55頁第55頁6.3 Molecular orbital theory1932年， Mulliken RS

21、和 Hund F ，分子軌道理論1966年， Muillken RS, Nobel prizeGeneral principles of Molecular orbital theory Types of molecular orbitals Molecular orbitals for second-period diatomic molecules /10/1056第56頁第56頁 3. 幾種原子軌道可組合成幾種分子軌道，其中二分之一為成鍵分子軌道（bonding molecular orbital）；另二分之一為反鍵分子軌道（antibonding molecular orbital）。

22、 1. 原子在形成份子時(shí)，分子中電子在整個(gè)分子空間范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)2. 在分子中電子空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可用相應(yīng)分子軌道波函數(shù)來描述。 General principles of Molecular orbital theory /10/1057第57頁第57頁/10/1058第58頁第58頁軌道組合原則對(duì)稱性匹配(Symmetric matching)能量必須相近(Close energy level)最大重疊(Maximum overlap of atomic orbital)? Pz和py對(duì)稱性匹配嗎？/10/1059第59頁第59頁4. 填充足子軌道時(shí)服從電子填充原子軌道三原則 5 . 鍵級(jí)(Bon

23、d Order)Bond Order = No. e- in bonding MOs - No. e- in antibonding MOs 2Bond order determines molecular stability/10/1060第60頁第60頁Types of molecular orbitals 成鍵軌道中，兩原子之間電子云密度增長；反鍵軌道中，兩原子之間電子云密度減少。Combining s orbitals/10/1061第61頁第61頁Combining p orbitals/10/1062第62頁第62頁/10/1063第63頁第63頁O2, F2N2/10/1064第

24、64頁第64頁Example: H2+ ,H2 ,He2 and He2+ BO = (1-0)/2 = H2+BO = (2-0)/2 = 1 H2BO = (2-1)/2 = He2+BO = (2-2)/2 = 0 He2BO = (e-bond - e-antibond )/2 /10/1065第65頁第65頁/10/1066第66頁第66頁NO+N2CO等電子體(isoelectronic)MO Diagrams of Heteronuclear DiatomicsCO1.128CO+1.115/10/1067第67頁第67頁Illustration of molecular orb

25、italO2 (s1s)2(s*1s)2 (s2s)2(s*2s)2 (s2px)2 (p2py)2 (p2pz)2(p*2py)1 (p*2pz)1 or O2 KK (s2s)2(s*2s)2 (s2px)2 (p2py)2 (p2pz)2(p*2py)1 (p*2pz)1N2 (s1s)2(s*1s)2 (s2s)2(s*2s)2 (s2px)2 (p2py)2 (p2pz)2 or N2 KK (s2s)2(s*2s)2 (s2px)2 (p2py)2 (p2pz)2/10/1068第68頁第68頁Molecular orbital theoryValence bond theoryA

26、tomic orbitalOverlapCombination (LCAO)ElectronlocalizeddelocalizedFunctionGound stateExcited state/10/1069第69頁第69頁自由基 (Free radical) HO2-OH KK (s2s)2(s*2s)2 (s2px)2 (p2py)2 (p2pz)2(p*2py)2 (p*2pz)1Superoxide anion radical3O2 KK (s2s)2(s*2s)2 (s2px)2 (p2py)2 (p2pz)2(p*2py)1 (p*2pz)11O2 KK (s2s)2(s*2s)2 (s2px)2 (p2py)2 (p2pz)2(p*2py)2 (p*2pz)0/10/1070第70頁第70頁Reactive oxygen species (ROS) rather t