第7章-分子結(jié)構(gòu)-文庫吧
2025-08-01 01:47 本頁面
【正文】 子：推斥態(tài) H2分子形成過程中的能量變化 19 價(jià)鍵理論的基本要點(diǎn) 上述實(shí)例說明 共價(jià)鍵形成的基本條件 是： 成鍵兩原子需有自旋相反的成單電子，成鍵時(shí)單電子所在的原子軌道必須發(fā)生最大程度的有效重疊 。這也是價(jià)鍵理論的基本要點(diǎn)。 兩原子間究竟形成幾個(gè)共價(jià)鍵取決于成鍵原子的成單電子數(shù)。兩原子各有一個(gè)成單電子，形成單鍵，各有兩個(gè)成單電子，形成雙鍵，以此類推。 20 二、共價(jià)鍵的特點(diǎn) (p148) 共價(jià)鍵的飽和性： 成鍵原子中必須有自旋相反的成單電子。 成單電子的數(shù)目就是成鍵數(shù)目 ；成單電子若已經(jīng)全部配對，就不可能再與其他原子成鍵，這就是共價(jià)鍵的飽和性。 共價(jià)鍵的方向性 形成共價(jià)鍵應(yīng)滿足原子軌道最大重疊原理，即成鍵原子軌道應(yīng)沿著合適的方向以達(dá)到最大程度的有效重疊。 由此決定了共價(jià)鍵的方向性。 21 在所有軌道中只有 s軌道呈球形對稱，無方向性，由此形成的鍵才無方向性。其他 p、 d、 f 軌道由于在空間的伸展方向不同，他們的相互重疊或與 s 軌道的重疊必須取一定方向，才能形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵。 以 HCl為例 : + + + 1s z + 3pz z Cl的 3pz和 H的 1s軌道重疊，只有沿著 z軸重疊，才能保證最大程度的重疊，而且不改變原有的對稱性。 22 Cl2分子中成鍵的原子軌道，也要保持對稱性和最大程度的重疊。 pz z pz + + z + + 23 共價(jià)鍵的類型 按形成共價(jià)鍵時(shí)原子軌道的重疊方式可將共價(jià)鍵分為不同的類型，常見的是 σ 鍵和 π 鍵 。 1)σ 鍵 ：成鍵原子軌道沿鍵軸 (即兩原子核連線 )以 “ 頭碰頭 ” 的方式進(jìn)行重疊，由此形成的鍵稱為σ 鍵。 特點(diǎn)： 軌道的重疊部分呈圓柱形對稱分布，沿鍵軸旋轉(zhuǎn)時(shí)重疊的程度及符號(hào)均不改變?？尚纬?σ 鍵的原子軌道有 ss、 spx 和pxpx等 (參見： p149圖 74) σ 鍵示意圖 24 2)π 鍵 原子軌道中兩個(gè)相互平行成鍵原子軌道如 pz或 pz 以 “ 肩并肩 ” 方式發(fā)生有效重疊則形成 π 鍵。此時(shí) 軌道的重疊部分垂直于鍵軸并呈鏡面反對稱分布。可發(fā)生這種重疊的原子軌道是 pypy， pzpz， pd等，如圖示： 一般，肩并肩重疊不如頭碰頭重疊有效，故 π鍵穩(wěn)定性一般不如 σ 鍵 。反應(yīng)性能高于 σ 鍵。 π 鍵是兩原子間形成的第二、第三鍵。 25 原子結(jié)合成分子時(shí)究竟形成 σ 鍵還是 π 鍵，與成鍵原子的價(jià)電子構(gòu)型有關(guān)。若只有一個(gè)單電子，無論它在價(jià)電子層的 s或 p軌道，則優(yōu)先形成一個(gè) σ 鍵；若單電子較多，則可形成幾個(gè) σ 鍵或一個(gè) σ 鍵和一至兩個(gè) π 鍵，在兩原子間所形成的共價(jià)鍵只能有一個(gè) σ 鍵，其余為 π 鍵。 26 實(shí)例分析：分析 N2分子中化學(xué)鍵成分 N原子的電子組態(tài)為 1s22s22px12py12pz1，其中3個(gè)單電子分別占據(jù) 3個(gè)互相垂直的 p軌道。當(dāng)兩個(gè) N原子結(jié)合成 N2分子時(shí)，各以 1個(gè) px軌道沿鍵軸以 “ 頭碰頭 ” 方式重疊形成 1個(gè) σ 鍵后 ,余下的 2個(gè) 2py和 2個(gè) 2pz軌道只能以 “ 肩并肩 ” 方式進(jìn)行重疊，形成 2個(gè) π 鍵。所以， N2分子中有 1個(gè) σ 鍵和 2個(gè) π 鍵，其分子結(jié)構(gòu)式可用 N≡N 表示。 27 配位鍵概念 根據(jù)成鍵原子提供電子形成共用電子對方式的不同，共價(jià)鍵可分為正常共價(jià)鍵和配位共價(jià)鍵。 正常共價(jià)鍵 ：如果共價(jià)鍵是由兩原子各提供 1個(gè)電子配對成鍵，稱為正常共價(jià)鍵，如 H O HCl等分子中的共價(jià)鍵。 配位共價(jià)鍵 ：如果共價(jià)鍵是由成鍵兩原子中的一個(gè)原子單獨(dú)提供電子對進(jìn)入另一個(gè)原子的空軌道共用而成鍵，這種共價(jià)鍵稱為配位共價(jià)鍵，簡稱 配位鍵 。 通常為區(qū)別于正常共價(jià)鍵，配位鍵用 “ → ” 表示，箭頭從提供電子對的原子指向接受電子對的原子。 28 實(shí)例分析：分析 CO分子中化學(xué)鍵成分 在 CO分子中， O原子的價(jià)電子構(gòu)型為 2s22p4 ， C原子的價(jià)電子構(gòu)型為 2s22p2， O原子除了以 2個(gè)單的 2p電子與 C原子的 2個(gè)單的 2p電子形成 1個(gè) σ 鍵和 1個(gè) π 鍵外，還單獨(dú)提供一孤對電子進(jìn)入 C原子的 1個(gè) 2p空軌道共用，形成 1個(gè)配位鍵，這可表示為： :C ==O: 配位鍵必須同時(shí)具備兩個(gè)條件：一個(gè)成鍵原子的價(jià)電子層有孤對電子；另一個(gè)成鍵原子的價(jià)電子層有空軌道。 配位鍵的形成方式雖和正常共價(jià)鍵不同，但形成以后，兩者是沒有區(qū)別的。 29 概述： 價(jià)鍵理論成功地闡明了共價(jià)鍵的本質(zhì)及特點(diǎn)，但分子結(jié)構(gòu)中的不少實(shí)驗(yàn)事實(shí)卻無法解釋。例如 ,甲烷分子的結(jié)構(gòu)。為了解決這些矛盾，鮑林在 VB法基礎(chǔ)上，提出了 雜化軌道理論 。 第三節(jié)：雜化軌道理論（ p149） 30 雜化軌道理論的基本要點(diǎn) 1）概念 在形成 多原子分子 的過程中， 中心原子的若干能量相近的原子軌道重新組合，形成一組新的原子軌道。 這個(gè)過程叫做軌道的雜化，產(chǎn)生的新軌道叫做雜化軌道。 例如，形成 CH4分子時(shí)，中心碳原子的 2s和 2px、 2py、2pz等四條原子軌道發(fā)生雜化，形成一組（四條）新的雜化軌道，即 4條 sp3雜化軌道，這些 sp3雜化軌道不同于 s軌道，也不同于 p軌道 。 雜化軌道有自己的波函數(shù)、能量、形狀和空間取向。 31 圖示為甲烷分子的形成過程： 32 2）雜化軌道具有如下特性： A、只有能量相近的軌道才能相互雜化； B、雜化軌道成鍵能力大于未雜化軌道 (參考 p150)； C、參加雜化的原子軌道數(shù)目與形成的雜化軌道數(shù)目相等； D、不同類型的雜化，雜化軌道空間取向不同。 33 按參加雜化的原子軌道種類，軌道的雜化有sp和 spd兩種主要類型。按雜化后形成的幾個(gè)雜化軌道的能量是否相同，軌道的雜化可分為等性雜化和不等性雜化。 能量相近的 ns軌道和 np軌道之間的雜化 稱為sp型雜化 。按參加雜化的 s軌道、 p軌道數(shù)目的不同， sp型雜化又可分為 sp、 sp sp3 三種雜化。 二、雜化軌道的類型 34 （ 1） sp雜化 由 1個(gè) s軌道和 1個(gè) p軌道組合成 2個(gè) sp雜化軌道 的過程稱為 sp雜化 ，所形成的軌道稱為 sp雜化軌道。每個(gè) sp雜化軌道均含有 1/2的 s軌道成分和 1/2的 p軌道成分。為使相互間的排斥能最小，軌道間的夾角為 1800 。當(dāng) 2個(gè)
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