理學(xué)價(jià)層電子對(duì)互斥理論優(yōu)質(zhì)一堂課

會(huì)計(jì)學(xué)1理學(xué)價(jià)層電子對(duì)互斥理論優(yōu)質(zhì)一堂課2sp，sp2，sp3雜化軌道及示例BeH2CH4第1頁/共31頁3

sp3不等性雜化NH3分子H2O分子第2頁/共31頁4課堂練習(xí)1、CO32-，PCl3，CO2分子的空間幾何構(gòu)型分別是

，

，

；中心原子C，P，C所采用的軌道雜化方式分別為

，

，

。2、根據(jù)雜化軌道理論，比較下列分子的鍵角大?。?1)NH3(2)CO2(3)BCl3(4)CCl4第3頁/共31頁5課堂練習(xí)參考解答1、CO32-，PCl3，CO2分子的空間幾何構(gòu)型分別是

平面三角形

，三角錐形

，直線形；中心原子C，P，C所采用的軌道雜化方式分別為

sp2

，不等性sp3

，

sp

。2、NH3采用不等性sp3雜化軌道成鍵，有一對(duì)孤對(duì)電子，鍵角為107.3°；CO2采用sp雜化軌道成鍵，鍵角為180°；BCl3采用sp2雜化軌道成鍵，鍵角為120°；CCl4采用sp3雜化軌道成鍵，鍵角為109.5°；∴鍵角大小為：CO2

>BCl3>CCl4>NH3。第4頁/共31頁62-3價(jià)層電子互斥模型（VSEPR理論）

（ValenceShellElectronPairRepulsion

）教學(xué)目的：1、掌握價(jià)層電子互斥模型的理論要點(diǎn)；2、掌握應(yīng)用價(jià)層電子互斥模型判斷分子立體結(jié)構(gòu)的方法；3、了解影響分子幾何構(gòu)型的因素。教學(xué)重點(diǎn)：價(jià)層電子互斥模型（VSEPR理論）的基本要點(diǎn)。教學(xué)難點(diǎn)：建立價(jià)層電子互斥模型，掌握利用價(jià)層電子互斥模型判斷分子結(jié)構(gòu)的方法。

第5頁/共31頁7引言

化學(xué)鍵理論的主要目標(biāo)是解釋分子的結(jié)構(gòu)，更重要的是希望能夠預(yù)見分子結(jié)構(gòu)。上一節(jié)介紹的在電子配對(duì)法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的雜化軌道理論在解釋共價(jià)分子的空間構(gòu)型是比較成功的。在20世紀(jì)40年代，又發(fā)展起來一種在概念上極為簡(jiǎn)單并在推斷分子幾何結(jié)構(gòu)上取得顯著成就的理論，叫做價(jià)層電子互斥模型(ValenceShellElectronPairRepulsion，簡(jiǎn)稱為VSEPR理論)。該理論1940年,最初由西奇威克(N.V.Sidgwick)和坡維爾(H.M.Powell)提出，20世紀(jì)50年代由吉列斯比(R.J.Gillespie)和尼霍爾姆(R.S.Nyholm)進(jìn)一步發(fā)展了該理論。價(jià)層電子對(duì)理論較簡(jiǎn)單，在應(yīng)用這個(gè)理論時(shí)根本不需要用原子軌道的概念，可較好地解釋、判斷和預(yù)見許多共價(jià)分子或離子的空間幾何構(gòu)型。價(jià)層電子對(duì)互斥理論是現(xiàn)代價(jià)鍵理論的重要內(nèi)容之一。第6頁/共31頁8推薦學(xué)生課外閱讀書目[1]申泮文.近代化學(xué)導(dǎo)論（上冊(cè)）[M].北京:高等教育出版社,2002.[2]北師大,等.無機(jī)化學(xué)(第三版)[M].北京:高等教育出版社,1992.[3]曹錫章,等.無機(jī)化學(xué)(上冊(cè))(第三版)[M].北京:高等教育出版社,1994.[4]河北師大,等.無機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo)[M].北京:高等教育出版社,2006.第7頁/共31頁92-3-1價(jià)層電子互斥模型（VSEPR理論）的

基本要點(diǎn)1、VSEPR理論認(rèn)為，分子的幾何構(gòu)型與分子的中心原子價(jià)層電子對(duì)在空間出現(xiàn)的最大概率的區(qū)域有十分密切的關(guān)系。假定中心原子的價(jià)電子層呈球形分布，價(jià)層電子對(duì)（包括成鍵σ電子對(duì)和孤對(duì)電子對(duì)）看作點(diǎn)電荷，它在空間最可能的排列方式，與同樣數(shù)量的點(diǎn)電荷在球面上最可能分布相同，即價(jià)層電子對(duì)在球面上彼此相距最遠(yuǎn)時(shí)，排斥力最小，體系的能量最低。價(jià)層電子對(duì)=σ鍵電子對(duì)+孤對(duì)電子對(duì)(VP)(σBP)(LP)第8頁/共31頁10價(jià)層電子對(duì)在球面上彼此相距最遠(yuǎn)時(shí)，排斥力最小，體系的能量最低可以證明：1）在球面上要使2個(gè)點(diǎn)電荷斥力最小的位置應(yīng)在球的直徑的兩端；2）在球面上要使3個(gè)點(diǎn)電荷斥力最小的的位置是通過球心平面的內(nèi)接正三角形的三個(gè)頂點(diǎn)；3）在球面上要使4個(gè)點(diǎn)電荷斥力最小的位置是球的內(nèi)接正四面體的四個(gè)頂點(diǎn)；第9頁/共31頁114）在球面上要使5個(gè)點(diǎn)電荷斥力最小的位置是球的內(nèi)接三角雙錐的五個(gè)頂點(diǎn)；5）在球面上要使6個(gè)點(diǎn)電荷斥力最小的位置是球的內(nèi)接八面體的六個(gè)頂點(diǎn)；6）在球面上要使7個(gè)點(diǎn)電荷斥力最小的位置是球的內(nèi)接五角雙錐的七個(gè)頂點(diǎn)或不規(guī)則八面體。價(jià)層電子對(duì)在球面上彼此相距最遠(yuǎn)時(shí)，排斥力最小，體系的能量最低第10頁/共31頁12VSEPR理論要點(diǎn)：2、在AXm型分子中，中心原子A的周圍配置的原子或原子團(tuán)的幾何構(gòu)型(分子或離子的空間結(jié)構(gòu))主要取決于中心原子價(jià)電子層中的電子對(duì)數(shù)Z（包括成鍵σ電子對(duì)和未成鍵的孤電子對(duì)）。價(jià)層電子對(duì)盡可能遠(yuǎn)離達(dá)到盡可對(duì)稱的圖像以使斥力最小。價(jià)層電子對(duì)的數(shù)目決定了一個(gè)分子或離子中的價(jià)層電子對(duì)在空間的分布，據(jù)此可畫出VSEPR理想模型。

VSEPR理想模型Z2345678模型直線形平面三角形正四面體三角雙錐正八面體五角雙錐正十二面體分子中σ軌道的電子在三維空間中互相排斥，達(dá)到盡可能對(duì)稱的圖像第11頁/共31頁13價(jià)層電子對(duì)的理想模型VP=2直線形VP=3平面三角形VP=4正四面體VP=5三角雙錐VP=6正八面體第12頁/共31頁143、如果在AXm型分子中，A與X之間是通過兩對(duì)電子或三對(duì)電子（即通過雙鍵或叁鍵）結(jié)合而成的，則價(jià)層電子對(duì)互斥理論仍適用，這時(shí)可把雙鍵或叁鍵作為一個(gè)電子對(duì)來看待。例：CO2分子：O=C=O。4、價(jià)層電子對(duì)相互排斥作用的大小，決定于電子對(duì)之間的夾角和電子對(duì)的成鍵情況。根據(jù)不同的價(jià)層電子對(duì)數(shù)與空間的幾何構(gòu)型關(guān)系圖，可以定性的推測(cè)分子的空間立體結(jié)構(gòu)。VSEPR理論要點(diǎn)：第13頁/共31頁152-3-2

推斷共價(jià)分子或離子空間結(jié)構(gòu)的一般步驟（1）確定中心原子A價(jià)電子層中的電子對(duì)數(shù)目。

方法：將中心原子A的價(jià)電子數(shù)和配位體X原子供給的成鍵電子數(shù)相加后被2除（只考慮σ鍵）即為中心原子A的價(jià)電子層上的電子對(duì)數(shù)。價(jià)層電子對(duì)數(shù)=1/2{中心原子價(jià)電子數(shù)+配位原子供給的成鍵電子數(shù)±離子的電荷數(shù)(負(fù)離子或正離子)

}第14頁/共31頁16確定中心原子A價(jià)電子層中的電子對(duì)數(shù)目的具體方法1）若氧族元素的原子作為配位原子時(shí)，可認(rèn)為它不提供電子對(duì)數(shù)即配位原子的成鍵電子數(shù)以0計(jì)。如CO2中的O。2）當(dāng)氧族元素的原子作為分子的中心原子時(shí)，則可認(rèn)為它們提供所有的6個(gè)價(jià)電子（如SO2中的S）；當(dāng)鹵族原子作為分子的中心原子時(shí)，將提供7個(gè)價(jià)電子（如ClF3中的Cl原子）。3）若討論的物質(zhì)是一離子，計(jì)算電子總數(shù)時(shí)還要考慮離子上所帶的正、負(fù)電荷數(shù)。若是負(fù)離子，應(yīng)加上負(fù)離子電荷數(shù)，如PO43-為4對(duì)，若為正離子，應(yīng)減去正離子電荷數(shù)，如NH4+為4對(duì)。4）若中心原子出現(xiàn)奇電子數(shù)，如NO2，將單電子當(dāng)作電子對(duì)看待（即N原子當(dāng)作3對(duì)電子對(duì)）。5）如果中心原子與配位原子間有重鍵（雙鍵或叁鍵），不必考慮，當(dāng)作單鍵看待。第15頁/共31頁17推斷空間結(jié)構(gòu)步驟:(2)根據(jù)中心原子A周圍的電子對(duì)數(shù)，畫出理想的VSEPR模型，然后畫出結(jié)構(gòu)圖形，把配位原子排布在中心原子A的周圍，每一對(duì)電子聯(lián)結(jié)一個(gè)配位原子，剩下的未結(jié)合的電子對(duì)便是孤電子對(duì)（LP）。(3)計(jì)算孤電子對(duì)數(shù)：將中心原子A上的電子對(duì)數(shù)減A原子周圍的配位體數(shù)，即為孤電子對(duì)數(shù)m。若用通式AXnEm，則有：m=1/2(A的族價(jià)-X的化合價(jià)·X的個(gè)數(shù)n±離子電荷相應(yīng)的電子數(shù))

分子SO2SO3SO32-SO42-NO2+XeF4價(jià)層電子對(duì)數(shù)334426孤對(duì)電子對(duì)數(shù)m101002A的價(jià)電子總數(shù)X為端位原子第16頁/共31頁18(4)根據(jù)孤對(duì)電子對(duì)，成鍵電子對(duì)之間相互排斥力的大小，確定排斥力最小的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，并估計(jì)這種結(jié)構(gòu)與理想幾何構(gòu)型的偏離程度。(5)根據(jù)不同電子對(duì)數(shù)與空間幾何構(gòu)型的關(guān)系圖，可定性推測(cè)該分子的空間構(gòu)型。推斷空間結(jié)構(gòu)步驟:一些常見分子的空間構(gòu)型第17頁/共31頁19推斷分子的空間構(gòu)型例解VP=(2+2)=2直線形VP=(3+3)=3平面三角形VP=(4+4)=4正四面體VP=(5+5)=5三角雙錐VP=(6+6)=6正八面體①LP=0:分子的空間構(gòu)型=電子對(duì)的空間構(gòu)型第18頁/共31頁20②LP≠0：分子的空間構(gòu)型不同于電子對(duì)的空間構(gòu)型34112SnCl2平面三角形V形NH3四面體三角錐H2O四面體V形VPLP電子對(duì)的空間構(gòu)型分子的空間構(gòu)型例第19頁/共31頁21VP=5，電子對(duì)空間構(gòu)型為三角雙錐，LP占據(jù)軸向還是水平方向三角形的某個(gè)頂點(diǎn)？原則：斥力最小。例如：SF4VP=5LP=1SFFFFLP－BP(90o)32

結(jié)論：LP占據(jù)水平方向三角形,穩(wěn)定分子構(gòu)型為變形四面體(蹺蹺板形)。SFFFFF電子對(duì)間的最小角度為900第20頁/共31頁22515253VPLP電子對(duì)的空間構(gòu)型分子的空間構(gòu)型例三角雙錐變形四方體SF4三角雙錐T形ClF3三角雙錐直線形XeF2返回612IF5八面體四方錐XeF4八面體平面正方形第21頁/共31頁23價(jià)層電子對(duì)相互排斥作用力大小影響因素一般規(guī)律是：1）電子對(duì)之間的夾角越小排斥力越大；2）孤對(duì)電子對(duì)l-孤對(duì)電子對(duì)l>孤對(duì)電子對(duì)l-成鍵電子對(duì)b>成鍵電子b-成鍵電子對(duì)b

3）叁鍵與叁鍵t>叁鍵與雙鍵d>雙鍵與雙鍵>雙鍵與單鍵s>單鍵與單鍵；4）中心原子和配體的電負(fù)性不同，所形成的鍵的斥力大小不同，對(duì)分子構(gòu)型有影響。5）處于中心原子的全充滿價(jià)層里的鍵合電子之間的斥力大于處于中心原子的未充滿價(jià)層里的鍵合電子之間的斥力。第22頁/共31頁242-3-3影響分子空間幾何構(gòu)型的因素(1)各電子對(duì)之間斥力大小順序:孤電子對(duì)與孤電子對(duì)>孤電子對(duì)與成鍵電子對(duì)>成鍵電子對(duì)間(2)不同鍵的斥力大小順序:

叁鍵>雙鍵>單鍵C=CHHHH第23頁/共31頁25(3)中心原子和配體的電負(fù)性不同，對(duì)分子構(gòu)型亦有影響當(dāng)中心原子相同，而配體的電負(fù)性增大時(shí)，配體對(duì)電子云吸引力增大，鍵內(nèi)的電子云將向配體方向靠近，離開中心原子較遠(yuǎn)，從而減小了成鍵電子對(duì)之間的斥力，鍵角相應(yīng)減小。例如：H2O的鍵角為104.5oOF2的鍵角為103.2oNH3的鍵角為107.3oNF3的鍵角為102o當(dāng)配體相同時(shí),中心原子的電負(fù)性增大,則鍵角增大。例如：1）NH3107.3oPH393.3oAsH391.8oSbH391.3o2）H2O104.5oH2S92.2oH2Se91.0oH2Te89.5o

N:FFFN:HHHP:HHHH第24頁/共31頁26(4)中心原子電子對(duì)之間夾角大小對(duì)分子幾何構(gòu)型的影響

電子對(duì)間最小角度為90o，因此將90o的各種排斥作用進(jìn)行分析比較。若一個(gè)分子可畫出幾種構(gòu)型，應(yīng)考慮：1）分子中成鍵電子對(duì)，孤對(duì)電子對(duì)之間的三種電子對(duì)的相互排斥作用；2）將幾種可能構(gòu)型的各種排斥作用的種類和數(shù)目進(jìn)行分析對(duì)比；3）相距角度最小的孤電子對(duì)—孤電子對(duì)數(shù)目越少，其構(gòu)型越穩(wěn)定。電子對(duì)空間排布構(gòu)型與分子的幾何構(gòu)型是有區(qū)別的，若無孤對(duì)電子則構(gòu)型相同。如ClF3(5對(duì)):

甲乙丙90o孤-孤00190o孤-成64390o成-成022乙構(gòu)型中價(jià)電子對(duì)排斥作用力最小，能量最低，是三種構(gòu)型中最穩(wěn)定的。第25頁/共31頁27ClF3的空間結(jié)構(gòu)5對(duì)電子，3個(gè)配體，2對(duì)孤對(duì)電子，有3種情況供選擇：

甲乙丙

結(jié)論：乙種穩(wěn)定，稱“T”字形。

孤對(duì)－孤對(duì)001

孤對(duì)－成鍵643

成鍵－成鍵022返回第26頁/共31頁28VSEPR分析咖啡因的分子結(jié)構(gòu)第27頁/共31頁292-3-4用VSEPR理論判斷共價(jià)分子空間結(jié)構(gòu)實(shí)例根據(jù)價(jià)層電子互斥模型（VSEPR理論）填寫下表化合物價(jià)電子對(duì)數(shù)孤對(duì)電子對(duì)數(shù)電子對(duì)空間排布分子空間構(gòu)型Cl2OClF3PCl6-NCl3ClO4-SnCl2XeO4XeF6SO42-BH4-OF2CO2

第28頁/共31頁30根據(jù)價(jià)層電子互斥模型（VSEPR理論）填寫下表化合物價(jià)電子對(duì)數(shù)孤對(duì)電子對(duì)數(shù)電子對(duì)空間排布分子空間構(gòu)型Cl2O42正四面體“v”字形ClF352三角錐形“T”字形PCl6-60正八面體正八面體NCl341正四面體三角錐形ClO4-4