基礎化學：10 分子

1、價鍵理論優(yōu)點與局限性價鍵理論優(yōu)點與局限性 1. VB法的貢獻：法的貢獻： 解釋了共價鍵的形成本質（電性、波性）解釋了共價鍵的形成本質（電性、波性） 解釋了共價鍵的飽和與方向性。解釋了共價鍵的飽和與方向性。 2. VB法的局限性法的局限性 無法預測分子中原子的排序空間構形無法預測分子中原子的排序空間構形 分子中成鍵數(shù)多于原子的單電子數(shù)分子中成鍵數(shù)多于原子的單電子數(shù)CH4 雜化軌道理論 一、雜化軌道理論的提出一、雜化軌道理論的提出 1 1實驗結果：實驗結果： C有四個共價鍵有四個共價鍵 鍵長、鍵角相等鍵長、鍵角相等 分子的幾何構型為正四面體分子的幾何構型為正四面體 CH4 2 2. . 與與VBV

2、B矛盾：矛盾： 1s22s22p21s22s22p2 1s 2s 2p C ground state 1s 2s 2p C ground state 1s22s12p3 1s 2s 2p excited state 3 3雜化提出雜化提出 1s22s22p2 1s 2s 2p C ground state 1s22s22p2 1s 2s 2p C ground state 1s22s12p3 1s SP3 in CH4 C-H sp3-s sigma bonds 1s SP3 hybrided four sp3 hybrid orbitals 由由1個個s軌道和軌道和3個個 p軌道組合成軌道組

3、合成4個個sp3 雜化軌道的過程稱為雜化軌道的過程稱為sp3 雜化。為使雜化軌雜化。為使雜化軌 道間的排斥能最小，道間的排斥能最小，4個個sp3雜化軌道間的夾雜化軌道間的夾 角均為角均為1090 28(正四面體正四面體)。 4 4雜化和雜化軌道雜化和雜化軌道：成鍵原子成鍵時，：成鍵原子成鍵時， 由于原子間相互影響，幾個能量相近的由于原子間相互影響，幾個能量相近的 原子軌道可以進行組合，重新分配能量原子軌道可以進行組合，重新分配能量 和空間取向，組成一系列能量相等的新和空間取向，組成一系列能量相等的新 軌道，此過程稱雜化。所形成的新軌道軌道，此過程稱雜化。所形成的新軌道 就叫做就叫做雜化軌道雜化

4、軌道(hybrid orbital)。 5 5為什么能雜化和要雜化？雜化實質？為什么能雜化和要雜化？雜化實質？ 能？能？ 能量相近軌道雜化能量相近軌道雜化 要要 ？ 角度分布更集中角度分布更集中 最大重疊最大重疊 實質？實質？波函數(shù)波的疊加，函數(shù)的組合波函數(shù)波的疊加，函數(shù)的組合 原子軌道混雜 能量平均化 得到雜化雜化軌道軌道 s p sp p 二、雜化軌道理論二、雜化軌道理論基本要點基本要點 1.1.在成鍵過程中，由于原子間的相互影響，同一原子中在成鍵過程中，由于原子間的相互影響，同一原子中 幾個能量相近的不同類型的原子軌道（即波函數(shù)），幾個能量相近的不同類型的原子軌道（即波函數(shù)）， 可以進行

5、線性組合，重新分配能量和確定空間方向，可以進行線性組合，重新分配能量和確定空間方向， 組成數(shù)目相等的新的原子軌道組成數(shù)目相等的新的原子軌道（hybrid orbital）。 s p sp2 p s p sp3 能量相近的軌道：能量相近的軌道： ns np (n-1)d ns np或或ns np nd 雜化軌道數(shù)雜化軌道數(shù)= =參加雜化原子軌道數(shù)之和參加雜化原子軌道數(shù)之和 2. 2. 雜化軌道的角度波函數(shù)在某個方向的雜化軌道的角度波函數(shù)在某個方向的 值比雜化前的大得多，更有利于原子軌值比雜化前的大得多，更有利于原子軌 道最大程度地重疊，因而雜化軌道比原道最大程度地重疊，因而雜化軌道比原 來軌道的

6、成鍵能力強。來軌道的成鍵能力強。所以力圖用雜化所以力圖用雜化 軌道成鍵。軌道成鍵。 3 3雜化軌道之間力圖在空間取最大夾角分布，雜化軌道之間力圖在空間取最大夾角分布， 使相互間排斥能最小，故形成的鍵較穩(wěn)定。使相互間排斥能最小，故形成的鍵較穩(wěn)定。 不同類型的雜化軌道之間的夾角不同，成鍵不同類型的雜化軌道之間的夾角不同，成鍵 后所形成的分子就具有不同的空間構型。后所形成的分子就具有不同的空間構型。 三、雜化軌道類型及實例分析三、雜化軌道類型及實例分析 1 1類型類型 根據(jù)參與雜化軌道：根據(jù)參與雜化軌道： sp型型 (ns,np): sp，sp2, sp3 spd型 型: (n-1)d ns np

7、；ns np nd 2 2spsp型雜化分析型雜化分析 2s2 2p0 (sp)1 (sp)1 2p0 Be Cl 3s2 3p5 Cl 3s2 3p5 sp雜化雜化BeCl2 sp雜化（BeCl2）： 與Cl的3p軌道重疊，形 成sp-p鍵。 sp雜化：1個s 軌道1個p 軌道 雜化軌道 數(shù)目 雜化軌道 成分 軌道夾角 分子 構型 50% s + 50% p180直線形 sp2雜化（BF3）： 與F的2p軌道重疊，形 成sp2-p鍵。 sp2雜化：1個s 軌道2個p 軌道 雜化軌道 數(shù)目 雜化軌道 成分 軌道夾角 分子 構型 333% s + 67% p120正三角形 sp3雜化（CH4）：

8、 與H的1s軌道重疊，形成 sp3-s鍵。 sp3雜化：1個s 軌道3個p 軌道 雜化軌道 數(shù)目 雜化軌道 成分 軌道夾角 分子 構型 425% s + 75% p 10928 正四面體 3 3小結小結 雜雜 化化 類類 型型spsp2 2sp3 3 雜化軌道數(shù)雜化軌道數(shù)2 2個個sp3 3個個sp2 24 4個個sp3 3 雜化軌道間夾角雜化軌道間夾角1801800 01201200 01091090 0 28 28 分子空間構型分子空間構型直直 線線三角形三角形角型角型正四面體正四面體三角錐三角錐角型角型 實實 例例BeCl2 2BF3 3SO2CH4 4NH3H2O 等性雜化（等性雜化（

9、equivalent hybridization）雜化后軌道雜化后軌道 所含成分、能量完全相同。所含成分、能量完全相同。 不等性雜化（不等性雜化（nonequivalent hybridization）雜化雜化 后軌道后軌道有孤對電子有孤對電子對占據(jù)而形成所含成分不等對占據(jù)而形成所含成分不等、能、能 量量不完全相同不完全相同。 109281073 CH4 NH3 H2O 10928 1073 10445 大鍵：是3個或3個以上原子形成的鍵， 也叫離域鍵。 BX3鍵能（kJ mol-1）： B-F B-Cl B-Br 613 456 377 2p sp2 F : 2s22p5 2p1 B 2s2

10、 F F 大鍵：坑多蘿卜少 58 M sp3雜化雜化 3s 3p sp3 O 2s 2p 激發(fā)激發(fā) 3d 2s2p ClO4-、SO42-、PO43- 定域(localized)鍵： 僅涉及到兩個原子， 電子近似固定在兩個 成鍵原子之間。 離域(delocalized)鍵：也 叫非定域鍵，在多個原 子之間形成，電子在體 系所有原子之間游動。 第二節(jié) 價層電子對互斥理論 一一、問題的提出及主要用途、問題的提出及主要用途 雜化軌道雜化軌道理論成功地解釋了共價分子的空間構理論成功地解釋了共價分子的空間構 型，但是，一個分子的中心原子究竟采取哪種類型型，但是，一個分子的中心原子究竟采取哪種類型 的軌道

11、雜化，有時是難以預先確定的，因而就難以的軌道雜化，有時是難以預先確定的，因而就難以 預測分子的空間構型。預測分子的空間構型。 PbCl2 Pb: 5d106s26p2 Pb2+ sp雜化？直線雜化？直線？ 二、價層電子對互斥理論要點二、價層電子對互斥理論要點 1. 1. 分子或離子的空間構型決定于中心原子分子或離子的空間構型決定于中心原子 周圍的成鍵電子對周圍的成鍵電子對( ()和孤對電子對數(shù)和孤對電子對數(shù) 。 2. 2. 價層電子對互相排斥，這些電子對互相價層電子對互相排斥，這些電子對互相 處于盡可能遠離的位置以達斥力最小。處于盡可能遠離的位置以達斥力最小。 3. 3. 分子或離子的空間構型

12、就是以電子對的分子或離子的空間構型就是以電子對的 空間幾何構型為依據(jù)而得的?？臻g幾何構型為依據(jù)而得的。 三、三、VSEPR法判斷法判斷ABn型共價分子或離子的型共價分子或離子的 空間構型的步驟空間構型的步驟 總體思路：中心原子總體思路：中心原子價電子對數(shù)價電子對數(shù)理想理想 構型構型( (價電子對構型價電子對構型)雜化類型雜化類型孤對電孤對電 子數(shù)子數(shù)分子空間構型。分子空間構型。 1、確定中心原子中心原子和配位原子：配位原子：CO2、H2O 2、確定價層電子對的數(shù)目。 價層電子對 中心原子的價電子數(shù) = 族數(shù) 作為配位原子，H/鹵素/氧族元素分別提供1/1/0個電 子。 計算電子對數(shù)時，若剩余1

13、個電子，亦當作1對處理 雙鍵、叁鍵等多重鍵作為1對電子看待。 2 離子電荷配體的價電子數(shù)中心原子的價電子數(shù) 3、確定價層電子對的構型。 4、確定分子的構型。 電子電子 對的對的 數(shù)目數(shù)目 電子對電子對 構型構型 分子分子 類型類型 成鍵成鍵 電子電子 對的對的 數(shù)目數(shù)目 孤對電孤對電 子數(shù)目子數(shù)目 分子構型分子構型圖例圖例 2 (sp) 直線直線AB22 2-2 =0 直線直線 （鍵角鍵角180） 3 (sp2) 平面平面 三角形三角形 AB330 正三角形正三角形 （鍵角鍵角120） AB221V形形 如何判斷雜化是否等性？ 對于ABn分子，可根據(jù)B的數(shù)目n及A的價層 電子對數(shù)目m來判斷。

14、n = m：等性雜化，如BeCl2、BF3、CH4 n sp2 sp3 2、孤對電子使鍵角變?。篊H4 NH3 H2O 3、鍵相當于孤對電子。 4、電負性 NH3 PH3 PF3 14個 (2s*) (2s) (2px*) (2py*) (2pz*) (2py) (2pz) (2px) 2s 2p 2s 2p 2s 2py 2pz 2px 電子數(shù)14個 (2px) (2py) (2pz) (2s*) (2s) Li2、Be2、B2、C2、N2分子軌道為： O2、F2、Ne2的分子軌道為 )()()()( px2 2pz py2 2s2ss11s )()()()()( px2 pz2 py2 p

15、z2 py2 2px2s2s1s1s 試用分子軌道理論說明N2分子的結構。 )()()()()()()(N 2 2 2 2 2 2 2* 2 2 2 2* 1 2 12 xzy pppssss (2px)2 構成1個鍵 (2py)2 、（2pz)2 各構成1個鍵 鍵級為(10-4)/ 2 = 3 N2 分子特別穩(wěn)定。 解釋O2分子的順磁性。 2個*鍵中各有1個單電子， 故O2為順磁性。 )()()()()()()( 1* 2 1* 2 2 2 2 2 2 2 2* 2 2 2 zyzyx pppppss Hund規(guī)則 2s 2p 1s 2p *2p *2p *2s *1s 1s1s 2s2s

16、2p 2p F2+：KK(2s)2(2s*)2(2px)2(2py)2(2pz)2(2py*)2(2pz*)1 鍵級：1.5，為順磁性 異核雙原子分子的原子序數(shù)和異核雙原子分子的原子序數(shù)和14時，則符時，則符 合合N2（N，C，B，Be，Li）分子軌道能級圖）分子軌道能級圖 的能級順序；的能級順序； 14時，則符合時，則符合O2（F）分子軌道能級圖的能）分子軌道能級圖的能 級順序級順序 異異核雙原子分子核雙原子分子 CO同同N2分子分子 NO同同O2分子分子 異核雙原子分子 NO：(2s)2(2s*)2(2px)2 (2py)2(2pz)2 (2py*)1 HF：(1 )2 (2 )2 (3

17、)2 (1 )2 (2 )2 3為成鍵軌道，其他為非鍵軌道非鍵軌道。 1s 1 2s 2 4 1 2 1s 2p 3 自由基：具有不成 對電子的分子、原 子或基團。 氧自由基：由氧誘 發(fā)產生的自由基。 活性氧：具有高活 性的氧自由基的總 稱。 常見自由基常見自由基縮寫縮寫 超氧陰離子O2- 羥基自由基OH 單線態(tài)氧 1O2 過氧化氫H2O2 過氧自由基RO2 自由基的來源 化學因素化學因素 多環(huán)烴：尾氣 亞硝鹽：腌菜、咸魚 物理因素物理因素 X射線 紫外線 膳食因素膳食因素 飲水少 過飽食 高溫（燒烤煎炸） 生活方式生活方式 煙酒 緊張情緒 缺乏運動 1、自由基為了讓電子配對，就要去搶奪電 子

18、，引發(fā)連鎖反應。 2、細胞膜的不飽和脂肪酸最容易受到自由 基攻擊，進而DNA被破壞，使細胞失去正 常的生理功能。 呼吸系統(tǒng) 支氣管損傷 肺泡損傷 神經(jīng)系統(tǒng)疾病 阿爾茲海默病 帕金森綜合癥 肌肉萎縮性脊髓側索硬化癥 唐氏癥 心腦血管系統(tǒng) 動脈粥樣硬化 心肌缺血 心肌梗死 克山病 皮膚系統(tǒng) 色斑 脂褐素沉積 紫質癥 運動系統(tǒng) 肌營養(yǎng)不良 肌肉萎縮癥 其他 腫瘤 白內障 糖尿病 肝臟損傷 慢性腎炎 抗氧化 物質 自由基 自由基是代謝過程中的產物，對維持正常 的生理活動有促進作用。 自由基失去平衡會引發(fā)疾病。 抗氧化=清除自由基 天然抗氧化劑 類胡蘿卜素 維生素 酶、蛋白 多酚 按化學結構分為 脂類，

19、不穩(wěn)定 維生素E 小麥胚芽油、玉米胚油 維生素C 獼猴桃 谷光甘肽過氧化物酶(GPX) 超氧化物歧化酶(SOD) 過氧化氫酶(CAT) 茶多酚 葡萄 第三節(jié) 小結 電子數(shù) 14個： (1s)(*1s) (2s)(*2s) (2py) (2pz) (2px) 電子數(shù)14個： (1s)(*1s) (2s)(*2s) (2px) (2py) (2pz) (*2py) (*2pz) (*2px) 2 -反鍵軌道電子數(shù)成鍵軌道電子數(shù) 鍵級 第四節(jié) 分子間作用力 分子間力：分子之間存在著的相互作用， 對物理性質有重要影響。 分子間力是決定物質的沸點、熔點、氣化 熱，熔化熱、溶解度、表面張力、粘度等 性質的主要因素。 正負電荷分布不均 存在正負極 產生靜電力 導致