文档介绍：分子结构
泉州七中郑木炎
全国初赛要求:路易斯结构式(电子式)。价层电子对互斥模型对简单分子(包括离子)几何构型的预测。杂化轨道理论对简单分子(包括离子)几何构型的解释。共价键。键长、键角、键能。σ键和π键。离域π键。共轭(离域)的一般概念。等电子体的一般概念。键的极性和分子的极性。相似相溶规律。对称性基础(限旋转和旋转轴、反映和镜面、反演和对称中心)
全国决赛要求:分子轨道基本概念。定域键键级。分子轨道理论对氧分子、氮分子、一氧化碳分子、一氧化氮分子的结构和性质的解释。一维箱中粒子能级。超分子基本概念。
一、路易斯理论
1、路易斯理论
1916年,美国的 Lewis 提出共价键理论。认为分子中的原子都有形成稀有气体电子结构的趋势(八隅律),求得本身的稳定。而达到这种结构,并非通过电子转移形成离子键来完成,而是通过共用电子对来实现。这种分子中原子间通过共用电子对结合而成的化学键称为共价键。
通过共用一对电子,每个H均成为 He 的电子构型,形成共价键。
2、路易斯结构式
分子中还存在未用于形成共价键的非键合电子,又称孤对电子。添加了孤对电子的结构式叫路易斯结构式。如:
∶N≡N∶ C2H2(H—C≡C—H)
有些分子可以写出几个式子(都满足8电子结构),,可以写出如下三个式子:
哪一个更合理?可根据结构式中各原子的“形式电荷”进行判断:
q F= n v-n l-n b
式中,q F为 n v为价电子数 n l为孤对电子数 n b为成键电子数。
判断原则: 越接近于零,越稳定。
所以,稳定性Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ
稳定性的判据:
,qF应尽可能小,若共价分子中所有原子的形式电荷均为零,则是最稳定的Lewis结构式;
。
如果一个共价分子有几种可能的Lewis结构式,那么通过qF的判断,应保留最稳定和次稳定的几种Lewis结构式,它们互称为共振结构。
:当ns、np原子轨道充满电子,成为八电子构型,该电子构型稳定,所以在共价分子中,每个原子都希望成为八电子构型(H原子为2电子构型)。
:
计算步骤:
共价分子中,所有原子形成八电子构型(H为2电子构型)所需要的电子总数
v 共价分子中,所有原子的价电子数总和
阴离子的价电子总数:各原子的价电子数之和加负电荷数
阳离子的价电子总数:各原子的价电子数之和减正电荷数
共价分子中,所有原子之间共用电子总数
ns = no nv ,ns/2 = (no nv) / 2 = 成键电子对数(成键数)
共价分子中,存在的孤电子数。(或称未成键电子数)
nl = nv ns ,nl/2 = (nv ns)/2 = 孤对电子对数
路易斯结构式的书写
例如:P4S3、HN3、N5+、2(重氮甲烷)、NO3-
P4S3
HN3
N5+
2
NO3-
no
7×8 = 56
2 + 3×8 = 26
5×8 = 40
2×2 + 8×3 = 28
4×8 = 32
nv
4×5 + 3×6 = 38
1 + 3×5 = 16
5×5 1 = 24
1×2 + 4 + 5×2 = 16
5 + 6×3 + 1 = 24
ns /2
(56 38)/2 = 9
(26 16)/2
= 5
(40 24) / 2 = 8
(28 16)/2 = 6
(32 24)/2 = 4
nl/2
(38-18)/2=10
(16-10)/2=3
(24-16)/2=4
(16-12)/2=2
(24-8)/2=8
CH2N2(重氮甲烷)
(1) 对于奇电子化合物,如NO2,只能用特殊的方法表示:
(2) 对于缺电子化合物,如BF3:
no = 4 8 = 32,nv = 3 + 7 3 = 24,
ns / 2 = (32 24) / 2 = 4
BF3的Lewis结构式为:
B-F的键级为(1+ 1 + 2) / 3 = 4 / 3
而中所有原子的形式电荷为0,B-F的键级为1。
这是由于B原子周围是6电子构型,所以称BF3为缺电子化合物。
我们用修正no的方法重新计算no:
no= 6 + 3 8 = 30 ,ns/ 2 = (30 24) / 2 = 3
这样就画出了BF3的最稳定的Lewis结构式。所以BF3共有4种共振结构,B-F键级为1~4 / 3。
(3) 对于富电子化合物,如OPCl3、SF6等
显然也是采取修正no的办法来计算成键数;