第三课时路易斯结构式共振论等电子体分子间作用

以H2O为例： 价键理论：两个2p轨道分别与两个氢原子形成两 个 P-S σ 键 键角为 90º
杂化理论：O原子的2s和2p采取sp3杂化，O原子最外层 有6个电子，四个杂化轨道中有两个被两对孤电子对占据， 其余两个轨道被两个单电子占据，与两个H形成两个sp3s共价键。
杂化
O氧子基态
sp3杂化态
H2O分子
原子取sp2杂化形式，VSEPR理想模型为平面三角形，中心 原子上有1对孤对电子(处于分子平面上)，分子立体结构为V 型(或角型、折线型)，有一套符号为34的p-p大键。
（4）SO42–、PO43–等离子具有AX4的通式,总价电子数 32，中心原子有4个-键，故取sp3杂化形式，呈正四面体立 体结构；
(4) 各种杂化轨道的“形状”均为葫芦形，由分 布在原子核两侧的大小叶瓣组成，轨道的伸 展方向是指大叶瓣的伸展方向，为简明起见 往往不给出小叶瓣。 (5) 杂化轨道的数目等于参与杂化的轨道的总数 (6) 杂化轨道可分为等性杂化轨道与不等性杂化 轨道两种。
(7) 杂化轨道成键时，要满足化学键间最小 排斥原理，键角越大，排斥力越小。杂化 轨道类型不同，成键时键角不同，分子的 空间结构也不同。
sp2杂化轨道示意图
F B F
F
BF3分子的结构示意图
3.sp杂化
激发 sp杂化
重叠
形成2个(sp-s) σ 键
BeCl2分子形成过程
进行sp杂化时，每个杂化轨道由 ½ S 轨道和 ½ P 轨道组合 而成，两个杂化轨道之间的夹角为180°。因此由sp杂化轨 道构成的分子具有直线形的构型。
sp杂化轨道示意图
第二章
分子结构
• 本章内容： 1.几种共价键理论：价键理论（杂化轨道理 论）、价层电子对互斥理论、分子轨道理论 ——重点和难点 2.路易斯结构式、键、键、大键、等电 子体 3.分子间作用力

共振论存在着电子离域的体系包括分子、离子、自由基，用经典的路易斯结构式不能完全、准确地表示出不能描述出其体系内电子云平均化，这个体系的真实结构和性质。

例如，1,3-丁二烯用CH2=CH-CH=CH2C-C有部分双键的性质，C=C比正常C=C键长等。

为了解决用经典的路易斯结构式表达复杂的电子离域体系的矛盾，鲍林在1931-1933年间提出了“共振论”。

共振论是用经典的结构式表达电子离域体系，是价键理论的延伸。

在有机化学中经常被使用，比较方便地解决了电子离域体系的表示，但有它的局限性。

一、共振论的基本概念对于电子离域体系的化学物种，不能用一个经典结构式表示清楚其结构，可用几个可能的经典结构式表示，真实物种是这几个可能的经典结构的叠加——共振杂化体。

表示离域体系的可能的经典结构称做极限结构或共振结构，共振结构的叠加得到共振杂化体，共振杂化体才能较确切地代表真实物种的结构。

1,3-丁二烯可用一系列共振结构表示：每个式子叫共振结构式或共振极限结构式，“<—>”双箭头符号表示共振结构之间的叠加或共振；合起来表示真实的1,3-丁二烯。

表示共振结构的叠加关系，不同于互变异构体间表示互变关系。

共振杂化体是一单一物种，只有一个结构。

极限结构式表示电子离域的极限度。

一个物种的极限结构式越多，电子离域的范围越大，体系能量越低，物种越稳定。

任何一个极限结构的能量都高于共振杂化体的能量，真实物种与最低能量的极限结构（最稳定的极限结构）的能量差称为共振能。

它是由电子离域而获得的稳定化能，与共轭能是一致的。

每个极限结构对其共振杂体的贡献是不相等的。

极限结构越稳定，对共振杂化体的贡献越大。

相同的极限结构贡献相等。

例如，1,3-丁二烯的共轭能为14kJ·mol-1，可用下列极限结构表示：CH2=CH-CH=CH2是最稳定的极限结构，对杂化体贡献最大，它与真实分子的能量差为共振能；后面几个极限结构是不稳定的，能量较高，对共振杂化体的贡献小，有时可以不考虑；和相同，对共振杂化体的贡献相等。

分子的静电荷=+1
(c) SO42
1 S：6－[0+ 2 ×8]=2 1 O：6－[6+ 2 ×2]=－1
O O S O O
O
所以
2
O S O O
2+
二、Lewis结构式的书写程序及优势结构 以NO2的Lewis结构为例 1、计算价电子总数 NO2=5+2×6=17 2、写出原子实符号，填入电子数

i. sp3--- CH4 (methane)
C(6e) 2p 化合价 valence shell(4e) 2s promotion sp3 hybridization excited state energy: Es < Esp3 < Ep hybrid orbital
ground state
1、真实分子的能量低于所写出的任何一个共 振式的能量，最稳定的极限结构与共子振杂 化体的能量差称为共振能 2、等价共振式对杂化体的贡献也等价 3、稳定的共振式对杂化体的贡献也大 4、共价键数目越多的共振式越稳定
5、除特例外，拥有形式电荷数量最小的结构 最稳定 6、负电荷在电负性大的原子上，正电荷在电 负性小的原子上则较稳定 7、所有的原子都有完整的价电子层，则较稳定 8、同类化合物中，共振式较多的较为稳定
H2C
C H
CH2
•
H3C
•
C H
CH2
书写规则：
1、电子动，原子核位置不动
H 2 C C CH 2 H
H 2C C H
CH 2
2、所有共振式，必须符合Lewis结构式
H3C OH
3、共振式中必须具有相等的未成对电子数
H2C C CH2 H

形成的共价键数 未成对电子数
化学键与分子结构
哪些电子云重叠方式有利于共价键的形成？
以最简单的s电子和p电子为例分析:
s－s
头碰头
s－p
化学键与分子结构
头碰头
p－p
头碰头
化学键与分子结构
肩并肩
s－s s－p p－p
p－p
“头碰头”σ键
“肩并肩” π键
化学键与分子结构
共价键的特征
1、具有饱和性
2、具有方向性 共价键的方向性是指一个原子与周围原子形成 共价键有一定的角度。共价键具有方向性的原 因是因为原子轨道(p、d、f)有一定的方向性， 它和相邻原子的轨道重叠成键要满足最大重叠 条件。
化学键与分子结构
σ键的特点是重叠的电子在两核连线上，受原子核束 缚力较大，重叠程度也大，比较牢固，σ键绕轴旋转 时，电子云重叠程度不受影响。
π键的特点是重叠的电子云分布在两核连线的两方， 受原子核束缚力小，电子云重叠程要比σ键小得多， 所以π键不如σ键牢固。π键绕键轴(两轴连线)旋转后 会发生破裂。
化学键与分子结构
复杂分子的路易斯结构式确定：
计算可用价电子的数目。在分子中为每一个原 子贡献的价电子相加，对于负离子要加上离子 的电荷数，对于正离子要减去离子的电荷数。 以NH4+和NO3-为例：
画出分子或离子的结构草图，用单键把原子连 接起来，使每个原子的电子总数为8(含成键电 子对和非成键电子对)。如原子的排列有几种可 能，则用化学或物理方法确定哪一种可能的结 构是正确的，它一般遵循下列规律：
化学键与分子结构
化学键与分子结构
一、路易斯结构与共振论
科塞尔(Kossel)——离子键理论 `1916年
路易斯(G.N. Lewis)——共价键理论