文档库 最新最全的文档下载
当前位置:文档库 › d轨道分裂

d轨道分裂

d轨道分裂
d轨道分裂

问题.学习晶体场理论时,我们理解了d轨道在八面体场和四面体场中分裂的原因和结果。老师布置我们课下思考:d轨道在三角双锥、四方锥场中会不会分裂?若会分裂,是怎样分裂的?我们分析后,认为会发生分裂,但是分裂的情况分析不清楚。

答:我们先分析四方锥场,大家可以从熟悉的八面体场着手。将八面体场中-z方向的配体去掉,就得到四方锥场,如下图所示。由于-z方向少了1个配体,d z2轨道与配体间排斥作用减小(仍高于球形场中),在八面体场中简并的d z2和d x2-y2轨道发生分裂。由于-z方向没有配体,d xz和d yz轨道在所在平面上少受到1个配体的排斥作用,这两个轨道的能量降低,因此八面体场中简并的t2g轨道也分裂为两组。一是能量较高的d xy轨道,另一是能量较低的二重简并轨道d xz和d yz。归纳一下,d轨道在四方锥场中的能级分裂为:d x2-y2(9.14 Dq)、d z2(0.86 Dq)、d xy(–0.86 Dq)、d xz和d yz(–4.57 Dq)。

d z2d x2-y2d xy

d xz d yz

再来分析5条d轨道在三角双锥场中的分裂情况。如下图所示,只有d z2轨道与配体处于正好相对的位置,因此它的能量最高,并且只有它的能量比在球形场中高(7.07 Dq)。余下d轨道都没有正对着配体,能量低于球形场中。它们分为两种组。一是d x2-y2与d xy轨道在三角平面上,距离三角平面上配体较近,因此能量相对较高(–0.82 Dq)。另一是d xz和d yz轨道,与配体的距离最远,因此能量最低(–2.72 Dq)。

d z2d x2-y2d xy

d xz d yz

下表汇总了d轨道在常见晶体场中的能级分裂情况,单位为Dq。

配位数几何构型d z2d x2-y2d xy d xz d yz注

–6.28 1.14 1.14 键沿z轴

–6.28

2 直线 10.28

3 正三角形 –3.21 5.46 5.46 –3.86 –3.86 键在xy平面

4 正四面体 –2.67 –2.67 1.78 1.78 1.78

键在xy平面

4 正方形 –4.28 12.28 2.28 –5.14 –5.14

5 三角双锥7.07 –0.82 –0.82 –2.72 –2.72 锥底在xy平面

5 四方锥 0.8

6 9.14 –0.86 –4.5

7 –4.57

锥底在xy平面

6 正八面体 6.00 6.00 –4.00 –4.00 –4.00

6 三棱柱0.96 –5.84 –5.84 5.36 5.36

7 五角双锥 4.93 2.82 2.82 –5.28 –5.28 锥底在xy平面

8 立方体 –5.34 –5.34 3.56 3.56 3.56

8 四方反棱柱 –5.34 –0.89 –0.89 3.56 3.56

12 正二十面体0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

分子轨道理论的基本要点

分子轨道理论的基本要点→分子轨道的概念 分子轨道的概念分子轨道理论的基本要点 在介绍分子轨道理论的基本要点之前,首先了解一下分子轨道的概念。 通过原子结构理论的学习,我们知道原子中的电子是处于原子核及其它电子所形成的势场中运动的,每个电子都具有一定的空间运动状态和能量。原子中存在着若干种空间运动状态ψ、ψ、ψ……,这些空间运动状态俗称原子轨道,即原子中存在1s、2s、2p……等原子轨道。分子轨道理论设想,在多原子分子中,组成分子的每个电子并不属于某个特定的原子,而是在整个分子的范围内运动。分子中的电子处于所有原子核和其它电子的作用之下,分子中电子的空间运动状态也可以用波函数来描述,这些波函数俗称分子轨道,即分子中电子的空间运动状态叫分子轨道(Molecular orbit),简称MO。 正如原子中存在对应能量的若干原子轨道一样,在分子中也存在对应一定能量的若干分子轨道。像原子结构那样遵循“能量最低原理”将分子中所有电子依次填入各分子轨道中,则可得到分子的电子构型,并由此说明分子的性质,这就是分子轨道理论的基本思路。现将其要点介绍如下。分子轨道理论的基本要点→分子轨道理论的基本要点★★ 分子轨道的概念分子轨道理论的基本要点 1.分子轨道是由原子轨道线性组合而成(linear combination of atomic orbital,简称LCAO),n个原子轨道组合成n个分子轨道。在组合形成的分子轨道中,比组合前原子轨道能量低的称为成键分子轨道,用ψ表示;能量高于组合前原子轨道的称为反键分子轨道,用ψ表示。 例如两个氢原子的1s原子轨道ψA与ψB线性组合,可产生两个分子轨道: ψ=C1(ΨA+ΨB)ψ=C2(ψA-ψB)(式中C1、C2为常数)

化学分子杂化轨道与构型

1、现代价键理论要点: (1)自旋相反的成单电子相互接近时,核间电子密度较大,可形成稳定的共价键 (2)共价键有饱和性。一个原子有几个未成对 电子,便可和几个自旋相反的电子配对成 键。 例如:H-H N≡N (3)共价键有方向性。这是因为,共价键尽可 能沿着原子轨道最大重叠的方向形成,叫做最大重叠原理。 2.按原子轨道的重叠方式分:键和键 键:原子轨道“头碰头”重叠 键:原子轨道“肩并肩”重叠 杂化轨道理论的基本要点 原子轨道在成键的过程中并不是一成不变的。同一原子中能量相近的某些轨道,在成键过程中重新组合成一系列能量相等的新轨道而改变了原有的状态。这一过程称为“杂化”。所形成的新轨道叫做“杂化轨道”。 杂化轨道的要点:

原子形成分子时,是先杂化后成键 同一原子中不同类型、能量相近的原子轨道参与杂化 杂化前后原子轨道数不变 杂化后形成的杂化轨道的能量相同 杂化后轨道的形状、伸展方向发生改变 杂化轨道参与形成σ键,未参与杂化的轨道形成π键 sp3 一个s轨道与三个p轨道杂化后,得四个sp3杂化轨道,每个杂化轨道的s成分为1/4,p成分为3/4,它们的空间取向是四面体结构,相互的键角θ=109o28′CH4,CCl4 C原子与H原子结合形成的分子为什么是CH4,而不是CH2或CH3?CH4分子为什么具有正四面体的空间构型(键长、键能相同,键角相同为109°28′)? 它的要点是:当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时,碳原子的2s轨道和3个2p轨道会发生混杂,混杂时保持轨道总数不变,得到4个能量相等、成分相同的sp3杂化轨道,夹角109°28 ′,表示这4个轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的如下图所示:

分子轨道理论汇总

第三节分子轨道理论(MOT) 一、概述 要点: A、配体原子轨道通过线性组合,构筑与中心原子轨道对称性匹配的配体群轨道。 B、中心原子轨道与配体群轨道组成分子轨道。 C、电子按照能量由低到高的顺序,依次排在分子轨道中。 形成LCAO-MO的三原则: 二、ABn型分子构筑分子轨道的方法

1、步骤 1)列出中心原子A及配位原子B中参与形成分子轨道的原子轨道; 2)将B原子轨道按等价轨道集合分类(由对称操作可彼此交换的轨道称为等价轨道); 3)将每一等价轨道集合作为表示的基,给出表示;再将其分解为不可约表示; 4)用每一组等价轨道集合构筑出对应于上一步所求出的不可约表示的配体群轨道;

5)将对称性相同的配体群轨道与中心原子轨道组合得分子轨道。 三、金属与配体间σ分子轨道(d轨道能级分裂) 1)A原子用ns、np、(n-1)d 9个轨道,每个B原子用3个p(p x、p y、p z)轨道,共27个轨道形成分子轨道。 * 坐标系选择及配体编号

x y z 1 2 3 5 4 6 p x p y p z A 、中心原子取右手坐标系,配体取左手坐标系; B 、每个B 原子上三个p 轨道各用一个向量表示,方向指向波函数正值方向; C 、规定p z 向量指向中心原子,则p x 、p y 向量应存在于垂直于p z 向量的平

面内; D、规定第一个B原子的p x向量与y 轴平行(* 方向相同),则该B原子的p y向量应与z轴平行(* 方向相同); E、其余(6-1)个B原子的p x和p y 向量的方向由O h群对称性决定。 2)O h群将B原子的18个轨道分为如下等价轨道的集合: I、6个p z轨道(可用于形成σ分子轨道) II、12个p x或p y轨道(可用于形成π分子轨道)

(完整版)分子的立体结构杂化轨道与配位键习题及答案.docx

第二节《分子的立体结构》 (3) 杂化轨道理论 班级学号姓名等第 1.最早提出轨道杂化理论的是() A.美国的路易斯 B.英国的海特勒 C.美国的鲍林 D.法国的洪特 2.下列分子中心原子是sp2杂化的是() A.PBr 3 B.CH4 C.BF3 D.H2O 3.关于原子轨道的说法正确的是() A. 凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其几何构型都是正四面体 3杂化轨道是由 4 个 H原子的 1s轨道和 C 原子的2p 轨道混合起来而形成 B.CH 分子中的 sp 4 的 C.sp 3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s 轨道和 p 轨道混合起来形成的一组能量相近 的新轨道 D.凡 AB3型的共价化合物,其中中心原子 A 均采用 sp3杂化轨道成键 4.用 Pauling的杂化轨道理论解释甲烷分子的四面体结构,下列说法不正确的是() A.C 原子的四个杂化轨道的能量一样 B.C 原子的 sp3杂化轨道之间夹角一样 C.C 原子的 4 个价电子分别占据 4 个 sp3杂化轨道 D.C 原子有 1 个 sp 3杂化轨道由孤对电子占据 5.下列对 sp3、 sp2、 sp 杂化轨道的夹角的比较,得出结论正确的是() A.sp 杂化轨道的夹角最大 B.sp 2杂化轨道的夹角最大 C.sp 3杂化轨道的夹角最大 D.sp 3、 sp2、sp 杂化轨道的夹角相等 6.乙烯分子中含有 4 个 C— H 和 1 个 C=C双键, 6 个原子在同一平面上。下列关于乙烯分子 的成键情况分析正确的是() A. 每个 C 原子的 2s 轨道与2p 轨道杂化,形成两个sp 杂化轨道 B. 每个 C 原子的 1 个 2s轨道与 2 个 2p 轨道杂化,形成 3 个 sp 2杂化轨道 C.每个 C 原子的 2s 轨道与 3 个 2p轨道杂化,形成 4 个 sp3杂化轨道 D.每个 C 原子的 3 个价电子占据 3 个杂化轨道, 1 个价电子占据 1 个 2p 轨道 7. 下列含碳化合物中,碳原子发生了sp3杂化的是() A.CH4 B.CH2=CH2 C.CH≡CH D. 8. 已知次氯酸分子的结构式为H— O— Cl ,下列有关说法正确的是() A.O 原子发生 sp 杂化 B.O 原子与 H、 Cl 都形成σ键 C.该分子为直线型分子 D.该分子的电子式是H︰ O︰ Cl 9. 下列关于杂化轨道理论的说法不正确的是() A.原子中能量相近的某些轨道,在成键时,能重新组合成能量相等的新轨道 B.轨道数目杂化前后可以相等,也可以不等 C.杂化轨道成键时,要满足原子轨道最大重叠原理、最小排斥原理 D.杂化轨道可分等性杂化轨道和不等性杂化轨道

分子轨道理论

分子轨道理论 简介 一种化学键理论,是原子轨道理论对分子的自然推广。其基本观点是:物理上存在单个电子的自 身行为,只受分子中的原子核和其他电子平均场的作用,以及泡利不相容原理的制约;数学上则企图将难解的多电子运动方程简化为单电子方程处理。因此,分子轨道理论是一种以单电子近 似为基础的化学键理论。描写单电子行为的波函数称轨道(或轨函),所对应的单电子能量称能级。对于任何分子,如果求得了它的系列分子轨道和能级,就可以像讨论原子结构那样讨论分 子结构,并联系到分子性质的系统解释。有时,即便根据用粗糙的计算方案所得到的部分近似分子轨道和能级,也能分析出很有用处的定性结果。 理论 1. 原子在形成分子时,所有电子都有贡献,分子中的电子不再从属于某个原子,而是在整个分 子空间范围内运动。在分子中电子的空间运动状态可用相应的分子轨道波函数书(称为分子轨道)来描述。分子轨道和原子轨道的主要区别在于: ⑴在原子中,电子的运动只受1个原子核的作用,原子轨道是单核系统;而在分子中,电子则在所有原子核势场作用下运动,分子轨道是多核系统。 分子轨道理论⑵原子轨道的名称用s、p、d…符号表示,而分 子轨道的名称则相应地用c、n、A…符号表示。 2. 分子轨道可以由分子中原子轨道波函数的线性组合(linearcombinationofatomicorbitals , LCAO而得到。有几个原子轨道就可以可组合成几个分子轨道,其中有一部分分子轨道分别由对称性匹配的两个原子轨道叠加而成,两核间电子的概率密度增大,其能量较原来的原子轨道能量低,有利于成键,称为成键分子轨道(bondingmolecularorbital),女口c、n轨道(轴对称轨

杂化轨道与分子构型

第二节杂化轨道与空间构型 【学习目标】 1、复习巩固电子式、共价键、σ键、π键、键参数。 2、理解掌握杂化轨道、价层电子对、会计算价层电子对数,理解中心原子轨道与分子构型 的关系。 重难点:杂化轨道理解计算,杂化轨道与分子构型的关系 【回顾旧知识】 1、共价键的实质: 2、σ键、π键的形成过程 3、单键双键三键的组成 4、写出下列物质的电子式 N2HCl CO2H2O NH3BF3CH4 【开启新知识】 一、活动探究 发挥自己的想象,各小组用橡皮泥把下列物质可能的形状捏出来 CO2H2O NH3BF3CH4 提示:原子用球,键用牙签 成果展示

疑问:CO 2 H 2O 的组成都就是一个中心 原子,两个被结 合原子,分子组 成一样,构型为 什么不一样? 问题分析: 分子构 型就是由共价 键 的 与 决定的 共价 键的实质就是 也就就是说,分子长什么样与共用电子对所处的轨道夹角有关系 二、 杂化轨道理论 1.用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成 在形成CH 4分子时, 碳原子的一个 轨道与三个 轨道发生混杂,形成四个能量相等的 杂化轨道。四个 杂化轨道分别与四个H 原子的1s 轨道重叠成键形成CH 4分子,所以四个C —H 键就是等同的。可表示为 2.杂化轨道的类型 杂化类型 sp sp 2 sp 3 参与杂化的旧的n s 化学式 立体构型 结构式 键角 比例模型 球棍模型 CO 2 O =C =O 180° H 2O 105° BF 3 120° NH 3 107° CH 4 109°28′

(1)观察上述杂化过程,分析原子轨道杂化后,数量与能量有什么变化? (2)2s轨道与3p轨道能否形成sp2杂化轨道? 三、确定杂化轨道数目及类型 对AB m形分子来说 杂化轨道数目=σ键+ 孤电子对数 练练手

分子轨道理论

分子轨道理论 通过原子的壳层结构和玻尔的氢原子理论可以很好的从微观角度认识化学规律,并能用电子因素和空间因素阐明化学物质的结构、性能和应用。原子的成键理论就是基于此而建立的,有助于了解物质的基本物理和化学性质。下面对分子轨道理论做一简要介绍。 由两个原子轨道形成的分子轨道,能级低于原子轨道的称为成键轨道;而能级高于原子轨道的称为反成键轨道。当两个符号相同的s轨道相互靠拢,正重叠可形成σ成键轨道;负 重叠时,则形成σ反键轨道。两个符号相同的p轨道肩并肩排列时,相互靠拢正重叠可形成π成键轨道;负重叠时,则形成π反键轨道。在形成分子的过程中,其他原子靠近某原 子时,该原子能级发生重新排列组合,以有利于形成稳定的分子,这一过程叫轨道杂化。如sp杂化是由一个s轨道与一个p轨道组合而成的两个sp杂化轨道。 不同原子有不同的电子结构,它们利用不同的原子轨道进行组合。例如,分子 原子的1s轨道能级低至-64.87eV,无法与氢原子的1s轨道(-13.6eV)成键,因此1σ基本还是原子的1s内层电子,的2s轨道与H的1s轨道能量相近,对称性匹配,可有效形 成σ键。两个原子间还可形成。 有机化合物的分子大部分是由其所含原子的s和p轨道的价电子结合而成。下图简单表示 图(H的成键和反成键轨道)为两个氢原子以s价电子结合,并以σ键组成氢分子,分子 轨道应有σ成键轨道和σ反键轨道。在基态时两个电子占据σ成键轨道,吸收能量后跃迁至激发态σ反键轨道。图(b),表示碳—碳的成键轨道和反键轨道。 下图为乙烯分子的成键轨道示意图。在该分子中每个C原子用sp轨道和其它三个原子相连,C原子和H原子结合成两个sp—s的σ键,C原子间由sp—sp结合成另一个

有机化学分子杂化轨道理论

分子杂化轨道理论 2010-5-8 化材学院 化学(1)李向阳 价键理论简明地阐明了共价键的形成过程和本质,成功解释了共价键的方向性和饱和性,但在解释一些分子的空间结构方面却遇到了困难。例如CH 4分子的形成,按照价键理论,C 原子只有两个未成对的电子,只能与两个H 原子形成两个共价键,而且键角应该大约为90°。但这与实验事实不符,因为C 与H 可形成CH 4分子,其空间构型为正四面体,∠HCH = 109.5°。为了更好地解释多原子分子的实际空间构型和性质,1931年鲍林提出了杂化轨道理论(hybrid orbital theory ),丰富和发展了现代价键理论。1953年,我国化学家唐敖庆等统一处理了s-p-d-f 轨道杂化,提出了杂化轨道的一般方法,进一步丰富了杂化理论的内容 1.杂化轨道理论的基本要点 杂化轨道理论从电子具有波动性、波可以叠加的观点出发,认为一个原子和其他原子形成分子时,中心原子所用的原子轨道(即波函数)不是原来纯粹的s 轨道或p 轨道,而是若干不同类型、能量相近的原子轨道经叠加混杂、重新分配轨道的能量和调整空间伸展方向,组成了同等数目的能量完全相同的新的原子轨道——杂化轨道(hybrid orbital),以满足化学结合的需要。这一过程称为原子轨道的杂化(hybridization )。 下面以CH 4分子的形成为例加以说明。 基态C 原子的外层电子构型为2s 2 2p x 1 2p y 1 。在与H 原子结合时,2s 上的一个电子被激发到2p z 轨道上,C 原子以激发态2s 12p x 12p y 12p z 1参与化学结合。当然,电子从2s 激发到2p 上需要能量,但由于可多生成二个共价键,放出更多的能量而得到补偿。 在成键之前,激发态C 原子的四个单电子分占的轨道2s 、2p x 、2p y 、2p z 会互相“混杂”,线性组合成四个新的完全等价的杂化轨道。此杂化轨道由一个s 轨道和三个p 轨道杂化而成,故称为sp 3杂化轨道。经杂化后的轨道一头大,一头小,其方向指向正四面体的四个顶角,能量不同于原来的原子轨道(图1.6)。 形成的四个sp 3 杂化轨道与四个H 原子的1s 原子轨道重叠,形成(sp 3-s )σ键,生成CH 4分子。 杂化轨道成键时,同样要满足原子轨道最大重叠原理。由于杂化轨道的电子云分布更为集中,杂化轨道的成键能力比未杂化的各原子轨道的成键能力强,故形成CH 4分子后体系能量降低,分子的稳定性增强。 CH 4分子形成的整个杂化过程可示意如下 图1. sp 3杂化轨道示意图 激发 杂化 sp 3杂化轨道 4 个电子能量相等 2 s 2p 基态C 原子 2 s 2p 1个2s 电子激发到2p 轨道 与4 个H 原子的1 s 电子结合 sp 3-s 重叠成键

杂化轨道理论(现用图解)

杂化轨道理论(图解) 一、原子轨道角度分布图 S Px Py Pz dz 2 dx 2-y 2 dxy dxz dyz 二、共价键理论和分子结构 ㈠、共价键理论简介 1、经典的化学键电子理论: 1916年德国化学家柯塞尔(Kossel)和1919年美国化学家路易斯(Lewis)等提出了化学键的电子理论。他们根据稀有气体原子的电子层结构特别稳定这一事实,提出各元素原子总是力图(通过得失电子或共用电子对)使其最外层具有8电子的稳定结构。柯塞尔用电子的得失解释正负离子的结合。路易斯提出,原子通过共用电子对而形成的化学键称为共价键(covalent [k ?u`veilent]bond[b ?nd])。用黑点代表价电子(即最外层s ,p 轨道上的电子),可以表示原子形成分子时共用一对或若干对电子以满足稀有气体原子的电子结构。为了方便,常用短线代替黑点,用“-”表示共用1对电子形成的共价单键,用“=”表示2对电子形成的共价双键,“≡”表示3对电子形成的共价叁键。原子单独拥有的未成键的电子对叫做孤对电子(lone[l ?un]pair[p ε?]electron[i`lektr ?n])。Lewis 结构式的书写规则又称八隅规则(即8电子结构)。 评价 贡献:Lewis 共价概念初步解释了一些简单非金属原子间形成共价分子的过程及其 与离子键的区别。局限性:①、未能阐明共价键的本质和特性;②、八隅规则的例外很多。 PCl 5 SF 6 BeCl 2 BF 3 NO ,NO 2 …

中心原子周围价电子数10 12 4 6 含奇数价电子的分子… ③、不能解释某些分子的性质。含有未成对电子的分子通常是顺磁性的(即它们在磁场中表现出磁性)例如O2。 2、1927年德国的海特勒Heitler和美籍德国人的伦敦London两位化学家建立了现代价键理论,简称VB理论(电子配对法)。1931年,鲍林在电子配对的基础上提出了杂化轨道理论的概念,获1954年诺贝尔化学奖。 3、1928年-1932年,德国的洪特(F.Hund)和美国的马利肯(R.S.Mulliken)两位化学家提出分子轨道理论,简称MO理论。马利肯(R.S.Mulliken)由于建立和发展分子轨道理论荣获得1966年诺贝尔化学奖。 MO法和VB法是两种根本不同的物理方法;都是电子运动状态的近似描述;在一定条件下它们具有等价性。 O2 :2 O原子电子组态1s22s22p4 →O2,8×2=16个电子,外层电子:12个电子, KK(σ2s)2(σ*2s)2(σ2pz)2 (π2px)2(π2py)2(π*2px)1 (π*2py)1 MO理论认为价电子为12,其中 成键电子,(σ2s)2(σ2pz)2(π2px)2(π2py)2共8个电子 反键电子,(σ*2s)2(π*2px)1 (π*2py)1共4个电子 ------------ ----------- ----------- σ单键,3电π键,3电子π键 σ+π3+π3,由于每个π3只相当于半个键,故键级=2。尽管该键级与传统价键理论的结论一致,但分子轨道理论圆满解释了顺磁性(由于分子中存在未成对电子引起的),价键理论则不能解释。

化学分子杂化轨道及构型

1、现代价键理论要点: (1)自旋相反的成单电子相互接近时,核间电子密度较大,可形成稳定的共价键 (2)共价键有饱和性。一个原子有几个未成对电子,便可和几个自旋相反的电子配对成键。 例如:H-H N≡N (3)共价键有方向性。这是因为,共价键尽可能沿着原子轨道最大重叠的方向形成,叫做最大重叠原理。 2.按原子轨道的重叠方式分:键和键 键:原子轨道“头碰头”重叠 键:原子轨道“肩并肩”重叠 杂化轨道理论的基本要点 原子轨道在成键的过程中并不是一成 不变的。同一原子中能量相近的某些轨道, 在成键过程中重新组合成一系列能量相等 的新轨道而改变了原有的状态。这一过程称 为“杂化”。所形成的新轨道叫做“杂化轨道”。 杂化轨道的要点: 原子形成分子时,是先杂化后成键 同一原子中不同类型、能量相近的原子轨道参与杂化 杂化前后原子轨道数不变 杂化后形成的杂化轨道的能量相同 杂化后轨道的形状、伸展方向发生改变 杂化轨道参与形成σ键,未参与杂化的轨道形成π键 sp3 一个s轨道与三个p轨道杂化后,得四个sp3杂化轨道,每个杂化轨道的s成分为1/4,p成分为3/4,它们的空间取向是四面体结构,相互的键角θ=109o28′CH4,CCl4C原子与H原子结合形成的分子为什么是CH4,而不是CH2或CH3?CH4分子为什么具有正四面体的空间构型(键长、键能相同,键角相同为109°28′)? 它的要点是:当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时,碳原子的2s轨道和3个2p轨道会发生混杂,混杂时保持轨道总数不变,得到4个能量相等、成分相同的sp3杂化轨道,夹角109°28 ′,表示这4个轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的如下图所示:

有机化学理论课 第十八章 分子轨道理论简介

第十八章分子轨道理论简介 一、教学目的和要求 (1)了解分子轨道理论的原理。 (1)了解周环反应的一般规律。 (2)了解分子轨道对称守恒原理在有机合成中的作用。 二、教学重点与难点 分子轨道理论的原理,周环反应的理论。 三、教学方法和教学学时 1、教学方法:以课堂讲授为主,结合必要的课堂讨论。教学手段以板书和多媒体相结合。 2、教学学时:2学时 四、教学内容 第一节电环化反应 第二节环加成反应 第三节σ迁移反应 第四节周环反应的理论 一、电环化反应机理 二、环加成反应机理 三、σ键迁移反应机理 五、课后作业、思考题 习题:1、2、4、6、11。 §18-1 周环反应的理论 一、周环反应 前面各章讨论的有机化学反应从机理上看主要有两种,一种是离子型反应,另一种是自由基型反应,它们都生成稳定的或不稳定的中间体。还有另一种机理,在反应中不形成离子或自由基中间体,而是由电子重新组织经过四或六中心环的过渡态而进行的。这类反应表明化学键的断裂和生成是同时发生的,它们都对过渡态作出贡献。这种一步完成的多中心反应称为周环反应。 周环反应:反应中无中间体生成,而是通过形成过渡态一步完成的多中心反应。 反应物——→产物

周环反应的特征: (1) 多中心的一步反应,反应进行时键的断裂和生成是同时进行的(协同反 应)。 例如: (2) 反应进行的动力是加热或光照。不受溶剂极性影响,不被酸碱所催化,不受任何引发剂的引发。 (3) 反应有突出的立体选择性,生成空间定向产物。 例如: 二、周环反应的理论 (一) 轨道和成键 周环反应的过程,广泛的应用轨道来描述,这些轨道往往是用图形来表示。有机化学中涉及最多的原子轨道为1p 轨道和2s 轨道。 原子轨道线形组合成分子轨道。当两个等价原子轨道组合时,总是形成两个新的分子轨道,一个是能量比原子轨道低的成键轨道,另一个是能量比原子轨道高的反键轨道。 (二)分子轨道对称守恒原理 原子轨道组合成分子轨道时,遵守轨道对称守恒原理。即当两个原子轨道的对称性相同(位相相同)的则给出成键轨道,两个原子轨道的对称性不同(位相不同)的则给出反键轨道。 CHO + CHO R h υ R = -COOCH 3 成键轨道 原子轨道 X 1 2

杂化轨道的类型与分子空间构型

杂化轨道的类型与分子空间构型 一、杂化类型有 1)sp杂化 同一原子内由一个ns轨道和一个np轨道发生的杂化,称为sp杂化。杂化后组成的轨道称为sp杂化轨道。sp杂化可以而且只能得到两个sp杂化轨道。实验测知,气态BeCl2中的铍原子就是发生sp杂化,它是一个直线型的共价分子。Be 原子位于两个Cl原子的中间,键角180°,两个Be-Cl键的键长和键能都相等2)sp2杂化 同一原子内由一个ns轨道和二个np轨道发生的杂化,称为sp2杂化。杂化后组成的轨道称为sp2杂化轨道。气态氟化硼(BF3)中的硼原子就是sp2杂化,具有平面三角形的结构。B原子位于三角形的中心,三个B-F键是等同的,键角为120° 3)sp3杂化可以而且只能得到四个sp3杂化轨道。CH4分子中的碳原子就是发生sp3杂化,它的结构经实验测知为正四面体结构,四个C-H键均等同,键角为109°28′。这样的实验结果,是电子配对法所难以解释的,但杂化轨道理论认为,激发态C原子(2s12p3)的2s轨道与三个2p轨道可以发生sp3杂化,从而形成四个能量等同的sp3杂化轨道 sp型的三种杂化

π键(pi bond)成键原子的未杂化p轨道,通过平行、侧面重叠而形成的共价键,叫做π键,可简记为“肩并肩”。 π键与σ键不同,它的成键轨道必须是未成对的p轨道。π键可以是两中心,两电子的定域键,也可以是多中心,多电子的大Π键;同时,π键既可以是一般共价键,也可以是配位共价键。两个原子间可以形成最多2条π键,例如,碳碳双键中,存在一条σ键,一条π键,而碳碳三键中,存在一条σ键,两条π键。 简单地说,π键是电子云“肩并肩”地重叠,σ键是电子云“头碰头”地重叠。 烷烃中只存在一种键,所以可以发生取代反应. 烯烃的双键就是由π键和σ键组成.后者比较稳定,前者不稳定,所以发生氧化反应或者加成反应.π键和σ键是互相垂直的.平行于碳原子之间的π键就比较容易断裂. 炔烃也是由两种键组成,一个碳碳三键有两个π键.一个和σ键.π键也是不稳定的.π键和σ键之间也是互相垂直的,π键和π键之间是平行的.所以炔烃也具有烯烃的化学性质. 在乙炔分子中,有两个π键,在乙烯分子中,只有一个π键,但相对来说,乙炔分子中π电子云不如乙烯中π电子云集中。另外,乙炔分子中碳原子是sp杂化,乙烯分子中碳原子是sp2杂化。凡碳原子杂化电子云s成分愈大,这个碳原子的电负性也愈大,所以乙炔分子中碳原子的电负性比乙烯分子中碳原子的电负性大,再加上乙炔分子中两个碳原子之间的共用电子比乙烯的多,造成乙炔的键长比乙烯的短,乙炔分子中的π键比乙烯分子中的π键结合得比较牢固。 正由于乙烯和乙炔分子具有上述结构上的差异,因此表现在对不同试剂的反应上,活泼性就不同。乙烯分子中π电子云比乙炔的集中,当遇到亲电试剂进攻时,乙烯比乙炔易加成。溴和高锰酸钾都属于亲电试剂。 单键是一根σ键;双键和三键都含一根σ键,其余1根或2根是π键。但无机化合物不用此法。原因是,无机化合物中经常出现的共轭体系(离域π键)使得某两个原子之间共用的电子对数很难确定,因此无机物中常取平均键级,作为键能的粗略标准。 经验方法: 如果两原子之间只有一个化学键就是sigma键 如果不止一个化学键,那就是一个sigma键加上n个π键

分子轨道理论

我们把原子通过共用电子对结合的化学键成为共价键(covalent bond)。路易斯(G.N.Lewis)曾经提出原子共用电子对成键的概念,也就是俗称的“八隅律”(高中阶段也只是停留于此) 然而,我们知道很多现实情况都无法用八隅率解释,包括:PCl5,SCl6分子。更重要的是,八隅率从来没有本质上说明共价键的成因:为什么带负电荷的两个分子不会排斥反而是互相配对? 随着近代的量子力学(quantum mechanics)的建立,近代形成了两种现代共价键理论,即是:现代价键理(valence bond theory)简称VB(又叫作电子配对法)以及分子轨道理论(molecular orbital theory)简称MO。价键理论强调了电子对键和成键电子的离域,有了明确的键的概念。也成功的给出了一些键的性质以及分子结构的直观图像。但是在解释H2+氢分子离子的单电子键的存在以及氧分子等有顺磁性或者大Π键的某些分子结构时感到困难。而分子轨道理论可以完美的进行解释,这里我就主要阐述MO法的相关理论。 洪特(Hund)和密里肯(R.S Mulliken)等人提出了新的化学键理论,即是分子轨道理论。这是人们利用量子力学处理氢分子离子而发展起来的。 (一)氢分子离子的成键理论氢分子离子(H2+)是由两个核以及一个电子组成的最简单分子,虽然不稳定,但是确实存在。如何从理论上说明氢分子离子的形成呢?分子轨道理论把氢分子离子作为一个整体处理,认为电子是在两个氢核a和b组成的势场当中运动。电子运动的轨道既不局限在氢核a的周围,也不会局限于氢核b 的周围,而是遍及氢核a和b。这种遍及分子所有核的周围的电子轨道,成为“分子轨道”。 如何形成这样的分子轨道呢?我们必须通过波函数来描述原子当中的运动状态,而波函数是薛定谔方程的解。因为得到精确的薛定谔方程的解很困难,因此我们才取了近似方法,假设分子轨道是各个原子轨道的组成。仍然以氢分子离子为例:当这个单电子出现了一个氢原子核a附近时候,分子轨道Ψ很近似于一个院子轨道Ψa。同样,这个电子出现在另外一个氢原子b附近时候,分子轨道Ψ也很像原子轨道Ψb。不过这个只是两种极端情况,合理的应该是两种极端情况的组合即是Ψa与Ψb的组合。分子轨道理论假定了分子轨道是所属原子轨道的线性组合(linear combination of atomic orbital,简称LCAO),即是相加相减而得得。例如氢分子离子当中就有: ΨI=Ψa+Ψb ΨII=Ψa-Ψb 其中Ψa和Ψb分别是氢原子a以及氢原子b的1s原子轨道。它们的相加相减分别可以得到ΨI以及ΨII。相加可以看出处在相同相位的两个电子波组合时候波峰叠加,这样可以使得波增强。如果两个波函数相减,等于加上一个负的波函

分子的构型与杂化类型的关系

班级姓名 杂化轨道理论 一、杂化和杂化轨道 二、SP型杂化 三、杂化轨道的特点 四、分子的构型与杂化类型的关系 五、小结《赢在课堂》P42页 配合物理论: 一、相关实验 实验一:《选修3课本》P41页 实验二:《选修3课本》P42页实验三:《选修3课本》P43页、 、

二、配位键 1、概念 [Cu(H2O)4]2+读做,呈色。电化学离子中铜离子与水分子之间的化学键是由水分子提供给铜离子,铜离子接受水分子提供的孤电子对形成的,这类特殊的键称为配位键。 2、表示 配位键可以用A→B来表示,其中A是孤电子对的原子,叫做;B是电子的原子,叫做。 例如: 3、形成条件 配位键的形成条件是:(1)一方,(2)一方。 三、配位化合物 1、配位化合物 通常把金属离子(或原子)与某些分子或离子(称为配体)以结合形成的化合物称为配位化合物。 2、各组成名称 [Cu(H2O)4]2+中Cu2+称为,H2O称为,4称为。 3、配合物的组成 一般中心原子(或离子)的配位数为2、4、6。(通常铜的配位数为4,银的配位数为2) 内外界之间可以完全电离,但内界配离子极验证电离。如:[Cu(NH3)4](OH)2=== 4、形成配合物的条件 (1)配位体是含有孤电子对的阴离子或分子,如NH3、H2O、Cl-、Br-、I-、CN-、SCN-等。 (2)中心原子(或离子)有空轨道,如Fe3+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Ag+等,只要能提供接纳孤电子对的空轨道即可。 5、配合物的稳定性 配合物具有一定的稳定性。配合物中的配位键越强,配合物越稳定。当作为中心原子的金属离子相同时,配合物的稳定性与配位体的性质有关。 6、配合物形成时的性质改变 (1)颜色的改变,如Fe(SCN)3的形成; (2)溶解度的改变,如AgCl→[Ag(NH3)2]+。

分子轨道理论

理论要点 1.原子在形成分子时,所有电子都有贡献,分子中的电子不再从属于某个原子,而是在整个分子空间范围内运动。在分子中电子的空间运动状态可用相应的分子轨道波函数ψ(称为分子轨道)来描述。分子轨道和原子轨道的主要区别在于:(1)在原子中,电子的运动只受 1个原子核的作用,原子轨道是单核系统;而在分子中,电子则在所有原子核势场作用下运动,分子轨道是多核系统。(2)原 分子轨道理论 子轨道的名称用s、p、d…符号表示,而分子轨道的名称则相应地用σ、π、δ…符号表示。 2.分子轨道可以由分子中原子轨道波函数的线性组合(linear combination of atomic orbitals,LCAO)而得到。几个原子轨道可组合成几个分子轨道,其中有一半分子轨道分别由正负符号相同的两个原子轨道叠加而成,两核间电子的概率密度增大,其能量较原来的原子轨道能量低,有利于成键,称为成键分子轨道(bonding molecular orbital),如σ、π轨道(轴对称轨道);另一半分子轨道分别由正负符号不同的两个原子轨道叠加而成,两核间电子的概率密度很小,其能量较原来的原子轨道能量高,不利于成键,称为反键分子轨道(antibonding molecular orbital),如σ*、π* 轨道(镜面对称轨道,反键轨道的符号上常加“*”以与成键轨道区别)。若组合得到的分子轨道的能量跟组合前的原子轨道能量没有明显差别,所得的分子轨道叫做非键分子轨道。 3.原子轨道线性组合的原则(分子轨道是由原子轨道线性组合而得的): (1)对称性匹配原则 只有对称性匹配的原子轨道才能组合成分子轨道,这称为对称性匹配原则。 原子轨道有s、p、d等各种类型,从它们的角度分布函数的几何图形可以看出,它们对于某些点、线、面等有着不同的空间对称性。对称性是否匹配,可根据两个原子轨道的角度分布图中波瓣的正、负号对于键轴(设为x轴)或对于含键轴的某一平面的对称性决定。

高中化学 专题4 第1单元第1课时 杂化轨道理论与分子空间构型教案 苏教版选修3

第1课时杂化轨道理论与分子空间构型 [核心素养发展目标] 1.了解杂化轨道理论,能从微观角度理解中心原子的杂化轨道类型对 分子空间构型的影响。2.通过对杂化轨道理论的学习,掌握中心原子杂化轨道类型的判断方法,建立分子空间构型分析的思维模型。 一、杂化轨道及其理论要点 1.试解释CH4分子为什么具有正四面体的空间构型? (1)杂化轨道的形成 碳原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道,1个2s轨道和3个2p轨道“混合”起来,形成能量相等、成分相同的4个sp3杂化轨道,可表示为 (2)共价键的形成 碳原子的4个sp3杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠形成4个相同的σ键。 (3)CH4分子的空间构型 甲烷分子中的4个C—H键是等同的,C—H键之间的夹角——键角是109.5°,形成正四面体型分子。 2.轨道杂化与杂化轨道 (1) 轨道的杂化:在外界条件影响下,原子内部能量相近的原子轨道重新组合形成一组新轨道的过程叫做原子轨道的杂化。 (2)杂化轨道:重新组合后的新的原子轨道,叫做杂化原子轨道,简称杂化轨道。 (3)轨道杂化的过程:激发→杂化→轨道重叠。 3.杂化轨道的类型 杂化类型sp sp2sp3 参与杂化的原子轨 道及数目 n s 1 1 1 n p 1 2 3 杂化轨道数目 2 3 4 杂化轨道理论的要点

(1)原子形成分子时,通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。发生轨道杂化的原子一定是中心原子。 (2)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生,孤立的原子是不可能发生杂化的。 (3)只有能量相近的轨道才能杂化(如2s、2p)。 (4)杂化前后原子轨道数目不变(参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目),且杂化轨道的能量相同。 (5)杂化轨道成键时要满足化学键间最小排斥原理,使轨道在空间取得最大夹角分布。故杂化后轨道的伸展方向、形状发生改变,但杂化轨道的形状完全相同。 例1下列关于杂化轨道的说法错误的是( ) A.所有原子轨道都参与杂化形成杂化轨道 B.同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化 C.杂化轨道能量集中,有利于牢固成键 D.杂化轨道中不一定有一个电子 答案 A 解析参与杂化的原子轨道,其能量不能相差太大,如1s轨道与2s、2p轨道能量相差太大,不能形成杂化轨道,即只有能量相近的原子轨道才能参与杂化,故A项错误,B项正确;杂化轨道的电子云一头大一头小,成键时利用大的一头,可使电子云重叠程度更大,形成牢固的化学键,故C项正确;并不是所有的杂化轨道中都会有电子,也可以是空轨道,也可以有一对孤电子对(如NH3),故D项正确。 例2下列有关sp2杂化轨道的说法错误的是( ) A.由同一能层上的s轨道与p轨道杂化而成 B.共有3个能量相同的杂化轨道 C.每个sp2杂化轨道中s轨道成分占三分之一 D.sp2杂化轨道最多可形成2个σ键 答案 D 解析同一能层上s轨道与p轨道的能量差异不是很大,相互杂化的轨道的能量差异也不能过大,A项正确;同种类型的杂化轨道能量相同,B项正确;sp2杂化轨道是由一个s轨道与2个p轨道杂化而成的,C项正确;sp2杂化轨道最多可形成3个σ键,D项错误。 二、用杂化轨道理论解释分子的形成及分子中的成键情况 1.用杂化轨道理论解释BeCl2、BF3分子的形成 (1)BeCl2分子的形成

杂化轨道类型及分子空间立体构型

杂化轨道类型及分子空间立体构型 查缺补漏小专题1

一、杂化轨道类型与分子构型 分子结构与极性 1.中心原子的杂化轨道类型与分子的空间构型 参与杂化的原子轨道分子构型示例 杂化 轨道 类型 SP 一个S轨道,一个P轨道直线形CH三CH CO2 BeCL2 SP2一个S轨道,两个P轨道平面三角形CH2=CH2 BF3\BCL3 \CH2O SP3一个S轨道三个P轨道正四面体CH4\CCL4 \NH4+ 三角锥形NH3 V形H2S\H2O 判断杂化轨道类型的一般方法: (1)看中心原子有没有形成双键或叁键.如果全为单键,则是SP3杂化,如果有一个双键,是SP2杂化,如果有2个双键或一个叁键,是SP杂化. (2)没有填充电子的空轨道,一般不参与杂化,1对孤电子对

占据1个杂化轨道. 价层电子对互斥理论 几种分子或离子的立体构型: 分子或离子中心原子 的孤电子 对数 分子或离 子的价层 电子对数 杂化轨道 类型 键角分子或 离子的 立体构 型名称 CO2 0 2 SP 180 直线形SO2 1 3 SP2120 V形 BF3 0 3 SP2120 平面三 角形CO32-0 3 SP2120 平面三 角形CH4 0 4 SP3109.28 正四面 体形 NH4 + 0 4 SP3109.28 正四面 体 NH3 1 4 SP3107 三角锥 形 H2O 2 4 SP3105 V形

另:CH3+. 中心原子的价层电子对数与分子立体构型有密切的关系.对ABm型化合物,中心原子A的价层电子对数n的计算方法:n=[A的价电子数+m(8-B的价电子数)]/2;主族元素来说,价电子数等于原子的最外层电子数,计算当B为H时将式中的8改成2. 高考题中考查方式: 1.CO2与SO2分子的立体结构分别是和。 2.在碳酸二甲酯分子中,碳原子采用的杂化方式 有,O-C-O的键角约。3.P的氢化物的分子构型为 .其中原子采取杂化. 4. 用价层电子互斥理论推断SnBr2分子中Sn-Br键的键角 120°(填大于或小于或等于),石墨晶体中,每个碳原子通过杂化与周围碳原子成键. 5.丙烯腈(H2C=CH-CH三N)分子中碳原子轨道杂化类型是 . 6.SiF4和SO32-的中心原子杂化类型是 ,ClO3-的空间构型为 . 7.甲醛分子的空间构型是C原子的轨道杂化类型是 1mol甲醛分子中§键的数目为 .

分子轨道理论

分子轨道理论 分子轨道理论(MO理论)是处理双原子分子[1]及多原子分子结构的一种有效的近似方法,是化学键理论的重要内容。它与价键理论不同,后者着重于用原子轨道的重组杂化成键来理解化学,而前者则注重于分子轨道的认知,即认为分子中的电子围绕整个分子运动。1932年,美国化学家 Mulliken RS和德国化学家Hund F 提出了一种新的共价键理论——分子轨道理论(molecular orbital theory),即 MO法。该理论注意了分子的整体性,因此较好地说明了多原子分子的结构。目前,该理论在现代共价键理论中占有很重要的地位。 分子轨道理论的要点: 1.原子在形成分子时,所有电子都有贡献,分子中的电子不再从属于某个原子,而是在整个分子空间范围内运动。在分子中电子的空间运动状态可用相应的分子轨道波函数ψ(称为分子轨道)来描述。分子轨道和原子轨道的主要区别在于:(1)在原子中,电子的运动只受 1个原子核的作用,原子轨道是单核系统;而在分子中,电子则

在所有原子核势场作用下运动,分子轨道是多核系统。(2)原子轨道的名称用s、p、d…符号表示,而分子轨道的名称则相应地用σ、π、δ…符号表示。 2.分子轨道可以由分子中原子轨道波函数的线性组合(linear combination of atomic orbitals,LCAO)而得到。几个原子轨道可组合成几个分子轨道,其中有一半分子轨道分别由正负符号相同的两个原子轨道叠加而成,两核间电子的概率密度增大,其能量较原来的原子轨道能量低,有利于成键,称为成键分子轨道(bonding molecular orbital),如σ、π轨道(轴对称轨道);另一半分子轨道分别由正负符号不同的两个原子轨道叠加而成,两核间电子的概率密度很小,其能量较原来的原子轨道能量高,不利于成键,称为反键分子轨道(antibonding molecular orbital),如σ*、π* 轨道(镜面对称轨道,反键轨道的符号上常加“*”以与成键轨道区别)。若组合得到的分子轨道的能量跟组合前的原子轨道能量没有明显差别,所得的分子轨道叫做非键分子轨道。 3.原子轨道线性组合的原则(分子轨道是由原子轨道线性组合而得的): (1)对称性匹配原则 只有对称性匹配的原子轨道才能组合成分子轨道,这称为对称性匹配原则。 原子轨道有s、p、d等各种类型,从它们的角度分布函数的几何图形可以看出,它们对于某些点、线、面等有着不同的空间对称性。对称性是否匹配,可根据两个原子轨道的角度分布图中波瓣的正、负号对于键轴(设为x轴)或对于含键轴的某一平面的对称性决定。例如图1中的(a)、(b),进行线性组合的原子轨道分别对于x轴呈

相关文档
相关文档 最新文档