杂化轨道理论

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1、杂化轨道理论主讲人：蒋毅民教授知识回顾：价键理论的基本要点。问题：在H2S分子中两个S-H键的夹角为什么是90º而不是180º？CH4的分子结构C原子的基态为1s22s22px12py12pz0H2O的分子结构O原子的基态为1s22s22px12py12pz2ºº二、杂化轨道理论1、SP3杂化（以甲烷的分子结构为例）杂化轨道理论认为：在形成甲烷分子时，C原子上的一个2s电子可被激发到2p空轨道上，形成四个单键，这时虽然解决了4个共价键的问题，但是如果这4个轨道，即1个s轨道和3个p轨道，分别与4个氢原子结合，形成4个键能量是不同的，这与事实不符。基态激发态杂化轨

2、道还认为：在成键过程中，这4个不同的轨道重新组合成4个能量相等的新轨道，由于是由1个s与3个p轨道组合而成，因而新轨道称作sp3杂化轨道。每一个sp3杂化轨道含1/4s成分和3/4p成分.激发态杂化态杂化这4个sp3杂化轨道分别与4个氢1s轨道重叠成键，形成CH4分子。所以四个C-H键是等同的。杂化态问题：在CH4分子形成过程中，C原子的轨道为什么要激发，杂化？激发过程所需的能量从哪里来？尽管电子从基态跃迁到激发态需要一定的能量但其激发后能形成4个共价键比电子不激发只形成两个C-H键放出的能量要大得多，这些能量足以补偿电子激发所需的能量而有余，因此，C与H形成化

3、合物时生成CH4而不是CH2轨道的杂化更有利于轨道之间的重叠成键。因为杂化后电子云分布更为集中，可使成键的原子轨道间的重叠部分增大，成键能力增强，因此C与H原子能结合成稳定的CH4S轨道p轨道Sp杂化轨道CH4分子的空间结构杂化：在形成分子时，由于原子的相互影响，若干不同类型能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成一组新的轨道，这种轨道重新组合的过程叫做杂化。杂化轨道：通过杂化所形成的新轨道就称为杂化轨道。注意两点：(1)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生；(2)能量相近通常是指：ns与np、ns,np与nd或（n-1)d。以上是用杂化轨道理论来解释C

4、H4的结构，得到了满意的结论。从这里我们也可以看出：2.sp2杂化一个s轨道和二个p轨道杂化,产生三个等同的sp2杂化轨道,sp2杂化轨道间夹角120º，呈平面三角形。激发Sp2杂化重叠形成3个(sp2-p)σ键BF3分子形成过程sp2杂化轨道示意图BF3分子的结构示意图3.sp杂化进行sp杂化时，每个杂化轨道由½S轨道和½P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。重叠激发sp杂化BeCl2分子形成过程形成2个(sp-s)σ键sp杂化轨道示意图BeCl2分子结构示意图4.sp3d2杂化sp3d2杂化轨道是由一

5、个s轨道、三个p轨道和两个d轨道组合而成，其特点是6个sp3d杂化轨道指向正八面体的六个顶点，相邻的夹角为90º。激发杂化重叠sp3d2杂化轨道示意图SF6分子的空间结构5.等性杂化与不等性杂化以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-Sσ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sp3-s共价键。O氧子基态sp3杂化态H2O分子杂化课堂思考题：推断、解释NH3的结构？N氧子基态sp3杂化态NH3分子杂化孤电子对数：

6、012夹角：109.5º107.3º104.5º空间结构：正四面体三角锥V形结论：在CH4、NH3和H2O分子中，中心原子都取sp3杂化，其夹角随孤电子对数的增加而减少。6.杂化轨道要点(3)杂化只能发生在能级接近的轨道之间，如主量子数相同的s、p、d轨道之间，或(n-1)d与ns、np之间，能量也是相近的。亚层符号按能级升高的顺序排列，例如d2sp3和sp3d2代表不同杂化轨道。(1)轨道杂化是指同一个原子中相关轨道的混合,由此产生的杂化轨道也是原子轨道。(2)参与杂化的轨道中电子所处的能级略有不同，而杂化轨道中的电子则处于相同能级。杂化后能级相当于杂化前有关

7、电子能级的中间值。(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。(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。杂化轨道的类型与空间结构的关系杂化类型spsp2sp3sp3d2用于杂化的原子轨道数2346杂化轨道数2346空间构型直线型平面三角形四面体八面体实例BeCl2BF3CH4SF6CO2B

8、Cl3CCl4SiF62