分子的空间构型

SP3杂化
由1个s轨道和3个p轨道混杂并重新组合成4个能量 与形状完全相同的轨道。由于每个轨道中都含有1/4 的s轨道成分和3/4的p轨道成分，因此我们把这种轨 道称之为 sp3杂化轨道。
为了四个杂化轨道在空间尽可能远离,使轨道间的排 斥最小,四个杂化轨道的伸展方向分别指向正四面体 的四个顶点.
种轨道称之为sp2杂化轨道。
sp2杂化轨道的形成和空间取向示意图
sp2杂化轨道的形成和特点：
由1个s轨道与2个p轨道组合成3个sp2 杂化轨
道的过程称为sp2 杂化。每个sp2 杂化轨道中含有1/3 的s轨道成分和2/3的p轨道成分。
为使轨道间的排斥能最小，3个sp2杂化轨道呈正 三角形分布，夹角为1200。当3个sp2杂化轨道分别与 其他3个相同原子的轨道重叠成键后，就会形成平面 三角形构型的分子。
SP 2 2 180° 直线形 BeCl2 CO2 HgCl2 [Ag(NH3)2]+
SP2 3 3 120° 平面三 角形 BF3 COCl2 NO3— CO32—
SP3 4 4 109.5° 四面体 CH4 CCl4 CHCl3 PO43— 三角 双锥 PCl5 八面体 SF6
价电子 对数目 杂化类 型 理想几 何构型
注：在化合物中以等电子观点看：O－ 和F、Cl、NH2相当，O和CH2、NH相当。 则：
NO2 NOCl NO3 NO2 Cl
1个O 换 成 1个Cl
-
1个O 换 成1个Cl
-
CO3 COCl2
CH 3CH 2 CH 3 CH 3OCH 3
第一单元
分子构型与物质的性质
一 分子的空间构型
分子的空间构型 三原子分子的空间构型有直线型和V型两种.如 CO2分子为直线型,而水的空间构型为V型,键角为 104.5°
大多数四原子分子采用平面三角形和三角锥形两 种立体结构.例如,甲醛(CH2O)分子呈平面三角形,键角 约为120°;氨分子呈三角锥形,键角约为107°.
四个H原子分别以4个s轨道与C原子上的四个sp3 杂化轨道相互重叠后，就形成了四个性质、能量和 键角都完全相同的S-SP3σ键，形成一个正四面体
构型的分子。
SP2杂化
由1个s轨道和2个p轨道混杂并重新组合成3个能 量与形状完全相同的轨道。由于每个杂化轨道中都含
有1/3的s轨道成分和2/3的p轨道成分，因此我们把这
电子对包括共用电子对和孤对电子
(1)若都是共用电子对
分子
BeCl2
BF3
CH4
PCl5
SF6
价电子 对数
2
3
4
5
6
几何构 直线型 平面三 正四面体 三角双 正八面 型 角形 锥 体
(2)若有孤对电子:孤对电子的排斥作用要比共用电子 对大.
杂化类型 用于杂化的 原子轨道数 杂化轨道的 数目 杂化轨道间 的夹角 空间构型 典型实例
理论分析：Be原子上的两个SP杂化轨道分别与2个Cl原子 中含有单电子的3p轨道重叠，形成2个spp的σ键，所以 BeCl2分子的空间构型为直线。 实验测定：BeCl2分子中有2个完全等同的BeCl键，键角 为1800 ，分子的空间构型为直线。
试说明BF3分子的空间构型
BF3分子的中心原子是B，其价层电子排布为2s22px1 。 在形成BF3分子的过程中，B原子的2s轨道上的1个电子被 激发到 2p 空轨道，价层电子排布为 2s12px12py1 ， 1 个 2s 轨道和2个2p轨道进行 sp2杂化，形成夹角均为 1200的3个 完全等同的SP2杂化轨道。其形成过程可表示为：
红外光谱仪
红外光谱仪原理示意图
除了红外光谱，晶体的X衍射、核磁共振 等实验方法也可用来测定分子的立体构型。
分子的立体结构与物质的许多性质，如 分子的极性、分子间作用力的大小、物质的 旋光性、溶解性等有密切的关系。
2、等电子原理与分子构型判断 （1）等电子原理 电子总数或价电子总数相同且 原子总数相同的分子或离子具有相 同的结构特征。 （2）应用 ①用等电子原理判断分子构型 ②应用于新材料的制造
3、多原子分子的极性
——看分子空间构型
——共价键的极性
ABm分子极性的判断方法
1、化合价法
当中心原子的化合价的绝对值等于该元素的 价电子数时，该分子为非极性分子；否则为极 性分子。 请判断PCl3、CCl4、CS2、SO2分子的极性。
2、物理模型法 将分子中的共价键看作作用力，不同的共 价键看作不相等的作用力，运用物理上力的合 成与分解，看中心原子受力是否平衡，如平衡 则为非极性分子；否则为极性分子。
（3）介绍几种常见的等电子体： ①二原子10电子： N2、CO、C22－、NO＋、CN－ 直线形
②三原子16电子： CO2、 N2O、 BeCl2、N3－、CNO－、
OCN－
直线形
③三原子18电子： O3、NO2-、SO2 折线形
④四原子24电子： NO3-、CO32－、BO33－、BF3、SO3 平面三角形
SP杂化:
由1个s轨道和1个p轨道混杂并重新组合成2个能 量与形状完全相同的轨道。由于每个杂化轨道中都含 有1/2的s轨道成分和1/2的p轨道成分，因此我们把这 种轨道称之为SP杂化轨道。
sp杂化轨道的形成和空间取向示意图
sp杂化轨道的形成及特点： 由1个s轨道和1个p轨道“混杂”成2个sp杂化轨道的过 程称为sp杂化，所形成的轨道称为sp杂化轨道。 为使轨道间的排斥能最小，轨道间的夹角为 1800 。
PCl5
SF6
分子世界是如此形形色色，异彩纷 呈，美不胜收，常使人流连忘返。分子 的立体结构与其稳定性有关。例如，上 图中的S8分子像顶皇冠，如果把其中一 个向上的硫原子倒转向下，尽管也可以 存在，却不如皇冠式稳定；又如，椅式 C6H12比船式C6H12稳定。
分子的立体结构是怎样测定的？ 肉眼不能看到分子，那么，科学家 是怎样知道分子的形状的呢？早年的科 学家主要靠对物质的宏观性质进行系统 总结得出规律后进行推测，如今，科学 家己经创造了许许多多测定分子结构的 现代仪器，红外光谱就是其中的一种。
理论分析：C原子的4个sp3杂化轨道分别与4个Cl原子含 有单电子的2p轨道重叠，形成4个sp3-p的σ键。故CCl4 分子的空间构型是正四面体. 实验测定：CCl4分子中有四个完全等同的C-Cl键，其分子 的空间构型为正四面体。
1.写出HCN与CH2O的路易斯结构式. 注:路易斯结构式是用短线表示键合电子,用小黑点 表示未键合的价电子的结构式
几种常见分子中原子的杂化轨道类型:
试分析BeCl2分子的形成和空间构型
Be原子的价层电子排布为2s2 。在形成BeCl2 分 子的过程中，Be原子的1个2s电子被激发到2p空轨道， 价层电子排布变为为2s1 2px1 。这2个含有单电子的 2s轨道和2px轨道进行sp杂化，组成夹角为1800 的2 个能量相同的sp杂化轨道，其形成过程可表示为：
O
C
O
F1
F合=0
C=O键是极性键，但从 分子总体而言CO2是直线 型分子，两个C=O键是 对称排列的，两键的极 性互相抵消（ F合=0）， ∴整个分子没有极性， F2 电荷分布均匀，是非极 性分子
180º
O-H键是极性键，共用电子 对偏O原子，由于分子是折 线型构型，两个O-H键的极 性不能抵消（ F合≠0），∴ 整个分子电荷分布不均匀， 是极性分子
分子中的原子不是固定不动的，而是 不断地振动着的。所谓分子立体结构其实 只是分子中的原子处于平衡位置时的模型。 当一束红外线透过分子时，分子会吸收跟 它的某些化学键的振动频率相同的红外线， 再记录到图谱上呈现吸收峰。通过计算机 模拟，可以得知各吸收峰是由哪一个化学 键、哪种振动方式引起的，综合这些信息， 可分析出分子的立体结构。
乙烯、乙炔分子中的成键情况:
2.价层电子对互斥理论(VSEPR):
确定分子空间构型的简易方法
ABm型分子空间构型的确定
中心原子的价电子数 每个配位原子提供的价电子数× m n 2
注:(1)中心原子的价电子数就等于中心原子的最外 层电子数
(2)配位原子中卤素、氢原子提供1个价电子,氧族 元素不提供电子.
CH 2 换 成O
2
2个O - 换 成2个Cl
PO4 POCl3
3
3个O - 换 成3个Cl
二、分子的极性 1、极性分子与非极性分子
极性分子： 正负电荷重心不相重合的分子。
非极性分子： 正负电荷的重心相重合的分子。
2、双原子分子的极性 极性键→极性分子→化合物 非极性键→非极性分子→单质
五原子分子的最常见空间构型为四面体,例如,甲烷 (CH4)分子的构型为正四面体,键角约为109°28′.
1.杂化轨道理论 (1)杂化轨道:在同一原子中能量相近的某些原子轨道, 在形成分子的成键过程中,重新组合成一系列能量相 等的新轨道,这个过程称为杂化. (2)杂化的过程及杂化轨道类型. 过程:激发,杂化及轨道重叠等过程.
⑤四原子26电子： ClO3-、SO32－、BrO3－、IO3－、XeO3 三角锥形
⑥五原子8电子： BH4-、CH4、NH4+、SiH4、PH4＋ 正四面体
⑦五原子32电子： ClO4-、SO42－、PO43－、SiO44－、SiF4、 CCl4 正四面体
⑧七原子48电子： SF6、AlF63－、SiF62－ 八面体
杂化轨道的类型: ①对于非过渡元素,由于ns,np能级相近,往往采用sp 型杂化. ②对于过渡元素,(n-1)d,ns,np能级比较接近,常常采 用dsp杂化.
总结:
(1)杂化轨道的数目与组成杂化轨道的各原子轨道的数 目相同.
(2)杂化轨道成键时,要满足价层电子对间最小排斥原 理. (3)杂化轨道一头大,一头小,成键时利用大的一头,可使 电子云重叠程度最大,形成稳定的化学键.杂化轨道增 强了成键能力 (4)杂化轨道一般形成δ键,∏键是没有杂化的p轨道现 成的.