[理學(xué)]第一講第一章緒論(編輯修改稿)
2025-03-20 12:45 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 合物和無機化合物的許多問題。 軌道雜化理論認為 ，碳原子生成鍵形成分子時，首先吸收能量： 基 態(tài) 激發(fā)態(tài) 1s22s12px12py12pz1 電子構(gòu)型 2s軌道上的一個電子躍遷到 2p軌道上，然后外層能量相近的 2s軌道和 2p軌道進行雜化，組成能量相等的幾個軌道，稱為 雜化軌道 。 碳原子的軌道雜化一般有三種可能的類型： 2s軌道和全部三個軌道 2p進行雜化，稱為 sp3雜化； 2s軌道和兩個軌道 2p進行雜化，稱為 sp2雜化； 2s軌道和一個軌道 2p進行雜化，稱為 sp雜化。 2 p x 2 p y2 s2 p z能量激 發(fā)（ 吸 收 能 量 ）2 p x 2 p y2 s2 p z第一講 （ 21） （ a）碳原子軌道的 sp3雜化 sp3雜化軌道 基 態(tài) 激發(fā)態(tài) 2 p x 2 p y2 s2 p z能量激 發(fā)（ 吸 收 能 量 ）2 p x 2 p y2 s2 p z雜 化圖 12 碳原子的 sp3雜化 1 0 9 . 5 o( a ) ( b )圖 13 碳原子的 sp3雜化軌道 第一講 （ 22） 將進行了 sp3軌道雜化的碳原子稱為 sp3雜化碳原子。 烷烴分子中的碳原子均為 sp3雜化碳原子。 （ b）碳原子軌道的 sp2雜化 2 p x 2 p y2 s2 p z能量激 發(fā)（ 吸 收 能 量 ）2 p x 2 p y2 s2 p z 雜 化2py sp2雜化軌道 圖 14 碳原子的 sp2雜化 三個 sp2雜化軌道 和未參與雜化的一個 2p軌道中各有一個未成對電子，因此碳原子仍表現(xiàn)為 4價。 圖 15 碳原子的 sp2雜化軌道 1 2 0 o( a ) ( b )ps p 2s p 2s p 2( c ) 將進行了 sp2軌道雜化的碳原子稱為 sp2雜化碳原子 ， 與雙鍵相連的碳原子一般是 sp2雜化碳原子。 （ c）碳原子軌道的 sp雜化 兩個 sp雜化軌道 和兩個未參與雜化的一個 2p軌道中各有一個未成對電子，因此碳原子也表現(xiàn)為 4價。 圖 17 碳原子的 sp雜化軌道 2 p x 2 p y2 s2 p z能量激 發(fā)（ 吸 收 能 量 ）2 p x 2 p y2 s2 p z 雜 化2py 2pz sp雜化軌道 圖 16 碳原子的 sp雜化 1 8 0 o( a ) ( b )2 p zs p( c )2 p y s p 將進行了 sp 軌道雜化的碳原子稱為 sp 雜化碳原子， 與三鍵相連的碳原子一般是 sp雜化碳原子。 第一講 （ 24） 第一講 （ 25） 由上述討論的碳原子的軌道雜化可以看出： ? 雜化是單一原子的軌道進行混合再均分的過程； ? 參加雜化的原子軌道數(shù)目與形成的軌道數(shù)目相等； ? 多數(shù)雜化軌道的形狀相似，但不完全相同； ? 只有能量相近的軌道進行雜化，才能形成有效的雜化軌道； 如碳原子的 2s軌道和 2p軌道能量很相近，可以進行雜化； ? 在空間具有確定方向的軌道（如 px、 pz等軌道）決定雜化軌 道的方向性；而無方向性的 s軌道，只使雜化軌道更加“豐 滿”，而對雜化軌道的方向無影響； ? 不同的雜化軌道在空間的取向不同，其在空間的取向決定與 參與雜化的軌道數(shù)目，即形成的雜化軌道數(shù)目。例如 sp3雜 化形成四面體構(gòu)型（鍵角 ）， sp2雜化形成平面三角形 構(gòu)型（鍵角 120o）， sp雜化形成直線形構(gòu)型（鍵角 180o）。 課間休息 第一講 （ 16） 第一講 （ 3）分子軌道理論 分子軌道是電子在整個分子運動中的狀態(tài)函數(shù)，常用 ? 表示。分子軌道理論認為，成鍵電子不再定域于兩個成鍵原子之間，而是在整個分子內(nèi)運動，是離域的。 （ 26） 原子中電子的運動狀態(tài)叫做原子軌道，用波函數(shù) ?來表示。 ? 兩原子軌道相互交蓋，形成分子軌道。 ? 組成分子軌道的原子軌道必須滿足：能級應(yīng)大致相近，并能最 大限度地相互交蓋，對稱性匹配（即位相相同），這樣組成的 分子軌道能量最低。 ? 原子軌道的重疊，形成 σ鍵和 π鍵。 電子從原子軌道進入分子的成鍵軌道，形成化學(xué)鍵，使體系的能量降低，形成穩(wěn)定分子。 第一講 共價鍵的屬性 （ 27） （ 1）鍵長 指成鍵原子的原子核之間的平均距離。 共價鍵 鍵長 /nm 鍵能 kJ/mol 共價鍵 鍵長 /nm 鍵能 kJ/mol C—C C—H C—N C—O C—F 347 414 305 360 485 C—Cl C—Br C—I C = C C ? C 339 285 218 611 837 由于受其它鍵的相互影響，因此相同的共價鍵的鍵長在不同的化合物分子中也略有差別。如表 12,3所示。 （ 2）鍵能 指形成共價鍵的過程中體系釋放的能量，或共價鍵斷裂的過程中體系所吸收的能量。 表 12,3 一些共價鍵的鍵長、鍵能 （ 3）鍵角 指兩價以上的原子與其它原子成鍵時，鍵與鍵之間的夾角。 鍵角反映了分子的空間結(jié)構(gòu)，其大小與成鍵的中心原子有關(guān)，也隨著分子結(jié)構(gòu)的不同而改變。 （ 4）鍵的極性和誘導(dǎo)效應(yīng) （ a）鍵的極性是由成鍵原子的電負性不同引起的。 極性共價鍵是以偶極矩（ ?） 來度量的，偶極矩是電荷與正負電荷中心之間距離的乘積（ ? = qd），單位為 Cm （庫 [侖 ]米）。 H Cl例如 ? ? ? ? ? =?10–30 Cm ? 構(gòu)成共價鍵的兩個不同原子，其電負性差值越大，鍵的極性越強。 ? 在雙原子分子中，鍵的偶極矩即是分子的偶極矩；在多原子分子中，分子的偶極矩是整個分子中各個共價鍵偶極矩的矢量和。 ? 偶極矩為零的分子
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