结构化学第五章 多原子分子中的化学键3

sp,sp2 ,sp3 ,dsp2 ,dsp3 ,
杂化的原则
(1) 杂化轨道具有归一性 组合系数的平方的加和为1，即
d 1 C C
k k
n
n
i 1
ki
i
j 1
kj
j d
i , j 1
C d
ki i j
n
1
2 C ki 1 i 1
dsp2杂化
y y
y
x dsp2
x s y px y
x
3
2
x py
x
1
4
dsp2
d x -y
2
2
1 1 1 1 s px d 2 2 2 2 2 x -y
1 1 1 2 s px d 2 2 2 2 2 x -y
1 1 1 3 s py d 2 2 2 2 2 x -y
B
B
B
B
B
3c-2e BBB键
H B H HB
B
B
B
B
H B B H H
H H
4个BHB 8e 1个BBB 2e
2个BB
0 个BH2 5个BH 总电子:
4e
0e 10e 24e
B H
B5H9 (4120)
3.其它缺电子分子
金属烷基化合物： 如Be、 B、Al、Ga、In、Tl等元素均可和甲基形成三甲 基化合物M(CH3)3
Me Me Be Me Me Be Me
CH3 Be Be
Me Be
Me Be Me Be
存在3c-2e 的 Me桥键
Al2(CH3)6 3c-2e CH3桥
CH3 Al CH3

有机化学化合物中的化学键和分子结构1.化学键1.1共价键：共价键是最常见的有机化学键，是由两个原子间共享电子对形成的。

它是由电子的轨道重叠形成的，并且具有较高的结合能。

共价键有两种类型：单共价键、双共价键和三共价键。

1.2极性共价键：极性共价键是由电负性不同的原子组成的共价键。

其电子密度偏向电负性较大的原子，形成了部分正电荷和部分负电荷。

极性共价键导致了分子的极性特性。

1.3非共价键：非共价键包括氢键、离子键、金属键和范德华力。

这些键中的电子并不被共享，而是以一种特殊的方式相互作用。

2.分子结构2.1线性结构：线性结构是最简单的分子结构之一，分子中的原子按照直线排列。

例如，乙烷（C2H6）中的碳原子和氢原子在一条直线上排列。

2.2支链结构：支链结构是由一个或多个侧基连接在直链上形成的分子结构。

例如，异丁烷（C4H10）是一个含有支链结构的分子，其中一个甲基（CH3）侧基连接在主链上。

2.3环状结构：环状结构是由碳原子形成的环状分子结构。

环状结构可以是饱和的，也可以是不饱和的。

例如，环丙烷（C3H6）是一个含有三个碳原子形成环状结构的分子。

2.4芳香环结构：芳香环结构是由苯环及其衍生物组成的分子结构。

苯环由六个碳原子和六个氢原子组成，形成一个环状结构。

苯环中的碳原子之间通过π电子云形成共轭体系。

2.5功能团：功能团是指分子中具有特定化学反应性的原子或原子团。

例如，醇类是一类含有羟基（-OH）功能团的有机化合物，醚类是一类含有氧原子连接两个碳原子的有机化合物。

以上是有机化学化合物中常见的化学键和分子结构。

有机化合物的化学键和分子结构的多样性决定了其物理性质和化学性质的不同。

通过了解有机化合物的化学键和分子结构，可以更好地理解有机化合物的性质和反应机制。

1 c1 o.5 0 s o 4 0 0.20
解得： c22 0.20
c2 0.45
c1210.80 c1 0.89
据此，可计算出H2O 中，两个孤对电子所在轨道的成分 （ α=0.30 ，β＝0.7）,夹角（θ=115.4o ）
CHENLI
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例 2. NH 3
实验测定 NH3 分子属C3v 点群。3个 N—H 键 中 s 、p 成分相同。∠HNH=107.3o。
D∞h D3h Td
D4h D3h C4v Oh
CO2 , N3BF3 , SO3
CH4
Ni(CN)42PF5 IF5 SF6
CHENLI
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• 杂化轨道满足正交性、归一性
例： i aisbip
由归一性可得： i *id1 ai2 bi2 1
由正交性可得： i*jd0
i j
★根据这一基本性质，考虑杂化轨道的空间分布及 杂化前原子轨道的取向，就能写出杂化轨道中原子轨道的 组合系数。
b0 .5p 5 x0 .7Cp H0 y EN L0 I .4s5
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若不需区分 px 和 py ,只需了解杂化轨道中 s成分和 p 成分，
可按
cos 计算夹角。
对于 H2O 中的 O 原子只有 s 轨道和 p 轨道参加杂化。
设 s 成分为 α， p 成分β=1- α
则：
1 c o s 0
y H
0 .6c 1 1 p x 0 .7c 1 9 p y c2 s
根据原子轨道正交、归一条件，可得： 解之，得 c12 0.80 c1 0.89
x
{ c12 c22 1 0 .62c 1 1 2 0 .72c 9 1 2 c 2 2 0

对于s-p轨道： 等性杂化轨道夹角为：
α + β cos θ = 0
若为不等性杂化，则：
cos θ ij = −
αiα j βiβ j
αi和αj分别表示两个sp杂化轨道中所含的s成分， βi和βj分别表 示两个sp杂化轨道中所含的p成分。在中心原子含有孤对电子对 的多原子分子中，通常采用不等性杂化。
⑥ 杂化轨道的理论依据 根据量子力学基本假设—态叠加原理，原子中的电子可能在s轨 道存在，也可能在p轨道或d轨道存在，将s, p, d和f轨道的波函 数线性组合，所得到的杂化轨道也是该电子的可能状态。 2. 杂化轨道的应用 ① sp杂化 s+px
1 1 1 1 = , β = 1 − = , θ = 180° n = 1, α = 1+ n 2 2 2 1 1 + Φ1 = φs + φ px 2 2 1 1 Φ 2 = + φs − φ px 2 2
一. 价电子对互斥理论（Valence shell electron pair repulsion） 1940 年最初由 Sidgwick 和 Powell 提出，能解释许多化合物的几 何构型 价电子对互斥理论认为：原子周围各个价电子对之间由于相互 排斥作用，在键长一定的条件下，互 相之间的距离越远越稳定。即：分子 的几何构型总是采取价电子对相互排 斥最小的那种结构。 价电子对间斥力的根据有二：一是电子对间的静电排斥作用； 二是Pauli斥力，即价电子对间自旋相同的电子互相回避的效应 价电子对包括：成键电子对( bp)和孤对电子对( lp) 判断分子几何构型的规则如下：
三. 休克尔分子轨道理论（Hückel MOT）和共轭分子 对于共轭分子（如丁二烯、苯等），定域轨道模型不再 适用，事实上在共轭分子中存在着离域键，此键的成键 电子由C原子的2p电子提供，称为离域π键。 1930年 Hückel用 LCAO-MO近似，采取简化手续处理了大量有 机共轭分子，形成了Hückel分子轨道法。 利用HMO可解释离域π键的形成，同时引出电荷密度、键序、 自由价等概念。