理学浙江大学普通化学第六版第五章ppt课件 物质结构基础.ppt

共价数 一个原子所能形成的共价单键的数目称为共价数，与该原子的未成对电子数目密切相关。 例5.4 分析H2中的H、 NH3中的H、H2O2中的O的成键情况以及共价数 解：H2分子中的H只能形成一个?键，共价数为1。 NH3中的H也一样, N则有三个共价单键，故共价数为3。 H2O2分子中的O原子有两个未成对电子的2p轨道，两个O原子之间形成一个?键，每个O原子与H原子各形成一个?键，因此O原子的共价数为2。 H H N H H H O O H H H2、NH3、H2O2的成键情况 价键理论的局限 问题2：如何认识共价键的方向性与H2O分子中两个O—H键的键角为104.5o的关系？ 两个问题 问题1：C原子的共价数与其原子结构有矛盾吗？ 根据共价键理论，C原子的外层原子轨道上有4个电子，2个在2s轨道上，已成对，2个平行占据2p轨道的电子未成对，共价数应为2。然而事实上C原子的共价数常为4。 O原子的3个两两垂直的2p轨道上有四个电子，其中两个轨道上各有一个未成对电子，它们可以与H原子生成?键。根据共价键的方向性，这两个?键的夹角是90o。但事实上两个O—H键的夹角是104.5o。 5 分子轨道理论 要点： 当原子形成分子后，电子不再局限于原来的原子轨道，而是属于整个分子的分子轨道。 分子轨道由组成分子的原子轨道组合产生，组合前后轨道总数不变。 组合前后系统的总能量不变，如在H原子结合成氢分子时，成键? 轨道的能量比原子轨道能量下降了?E，则反键?* 轨道的能量比原子轨道能量上升?E。内层轨道组合前后都是全满的，能量不发生变化。因此可以不考虑它们的组合。 组合前原子轨道中所有的电子在组合分子轨道中重新分布，分布法则与电子在原子轨道中的排布类似。 分子轨道理论的应用 例5.5 用分子轨道理论分析H2分子的成键情况 两个H原子各有一个1s轨道，形成分子时组合成两个分子轨道，σ1s成键轨道和σ*1s 反键轨道，两个电子排布在成键轨道上，与两个H原子相比，H2的能量降低 图5.24 氢分子轨道 5.3.2 分子的极性和分子的空间构型 1 ：为什么分子会产生极性？ 2：分子极性与哪些因素有关？ 共价键的极性 分子空间构型 分子中正、负电荷重心不重合时可产生极性。 1 分子极性和电偶极矩 分子中正、负电荷重心重合的分子称为非极性分子，不能重合的分子则称为极性分子。 分子极性大小可以用电偶极矩衡量。设正、负电荷中心所带的电量为q，距离为l，则电偶极矩为： μ = q·l μ的值越大，分子的极性就越大。显然，我们无法测定q或l，但μ却是可以测定的。 分子极性 双原子分子 同种元素的双原子分子必然是非极性分子。异种元素的双原子分子必然是极性分子。 多原子分子 多原子分子的极性，取决于键的极性和分子的空间构型。空间结构对称的多原子分子μ = 0，是非极性分子。 图5.27 极性分子NH3和非极性分子CH4 2 分子的空间构型和杂化轨道理论 1931年，鲍林等以价键理论为基础，提出化学键的杂化轨道理论。我国化学家唐敖庆教授对杂化轨道进行了系统化处理。 杂化轨道理论的要点 同一原子中若干能量相近的轨道可以相互叠加组成相同数目、能量完全相同的新的杂化轨道。 杂化轨道的电子云较集中，由杂化轨道形成的共价键更牢固。 3 洪德规则 当电子在n, l 相同的等价轨道上分布时，每个电子尽可能占据磁量子数不同的轨道且自旋平行。 例题5.1 碳原子(1s22s22p2)的两个p电子在三个能量相同的2p轨道上如何分布？ I II III 共有以下三种排列方法： 图5.13 两个电子在p轨道上的分布 4 能量最低原理的补充规则 当相同能量的轨道为全充满或半充满的状态时，能量较低。 例5.2 写出Z=24的铬元素的电子排布式 （注意书写） 解： 不考虑补充规则时，排列方式应是 1s22s22p63s23p63d54s1 思考题：29号元素的的电子排布式如何？ 1s22s22p63s23p63d104s1 1s22s22p63s23p6 4s2 考虑补充规则时，则为 3d4 5 原子与离子的特征电子构型 由于化学反应中通常只涉及外层电子的改变，因此一般只需要写出外层电子的排布式。外层电子的排布式也称为特征电子构型。 例5.3 写出26Fe原子的核外电子分布式和特征电子构型以及Fe3+离子的特征电子构型。 解： 原子序数为26，因此核外电子排列方式应是 1s22s22p63s23p63d64s2 Fe3+离子的特征电子构型则是： 3s23p63d5 特征电子构型则是： 3d64s2 特征电子构型的书写规则 主