关于中心原子杂化轨道数的计算方法.pdf

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1、第26卷第3期大学化学Vol．26No．32011年6月UNIVERSITYCHEMISTRYJun．2011关于中心原子杂化轨道数的计算方法苏金昌(大庆教育中心黑龙江大庆163001)摘要对于HmABn型的共价分子(或离子)，本文提出用公式G=V/2－3n计算中心原子A的杂化轨道数，并由此确定对应的杂化轨道类型。该方法简单、直接、有效。关键词中心原子价层电子总数杂化轨道数杂化轨道类型杂化轨道理论是大学化学的重要基础理论之一，主要用来讨论共价分子(或离子)的成键情况以及预测其几何构型或阐述其物理化学性质。对

2、于如何判定给定的分子(或离子)的中心原子轨道杂化方式，在杂化轨道理论里并没有系统论述，导致在应用杂化轨道理论教与学时遇到困难。为了有利于应用杂化轨道理论阐述相关问题，本文给出一个有关中心原子杂化轨道数的计算公式，并根据计算得出的杂化轨道数确定对应的杂化轨道类型。1中心原子杂化轨道数的计算公式在HmABn型共价分子(或离子)中，设A为选定的中心原子，H为与A直接相连的氢原子(或氢离子)配位体，B为与A直接相连的非氢原子及其离子(或价电子数不大于8的原子团及其离子，如OH－与OH)配位体;n、m分别为B、H的数

3、目(即配位数);V为HmABn型分子(或离子)的价电子总数，即所有原子(m个H、1个A和n个B)的价电子数之代数和。计算价电子总数V时应该注意的是:对于阴离3－子要再加上所带的电荷数，例如，PO4的价电子总数V=5+6×4+3=32;对于阳离子要再减去所带的+电荷数，例如，NH4的价电子总数V=5+1×4－1=8。根据价键理论，在共价分子(或离子)中，氢原子(H)的价层一般满足2电子的稳定结构，而非氢原子(B)的价层一般满足8电子的稳定结构。当每个H、B都通过一个双电子的σ键与A共享2个电子时，满足2电子稳

4、定结构的每个H的价电子就都参与了双电子σ键的形成，并没有剩余未成键的价电子;而每个B的价层8个电子中除了有2个是与中心原子A共用的σ键电子外，还有6个是未参与双电子σ键的电子，n个B共有6n个电子未参与σ键形成。那么，对于HmABn的V个价电子中余下的(V－6n)个价电子，如果假定它们都有在A与B、A与H之间形成双电子σ键的倾向，则中心原子A倾向参与形成双电子σ键的最大数为:(V－6n)/2，即V/2－3n。假定在共价分子(或离子)中，中心原子键合时之所以进行轨道杂化，其主要目的是最大限度地促进中心原子与配

5、位体之间形成更多牢固的σ键，即尽可能地促使σ键的数目倾向于最大。因为“头碰头”式重叠的σ键越多、越牢固，构成的分子(或离子)就越稳定。可见，中心原子倾向参与形成σ键的最大数与其杂化轨道数之间存在着对应关系。若令G表示中心原子A的杂化轨道数，则计算中心原子杂化轨道数的公式可写为:G=V/2－3n(1)由式(1)可知，G的大小与V、n有关。即对于HmABn型分子(或离子)，其中心原子(A)的杂化轨道数(G)，由分子(或离子)的价电子总数(V)和非氢配位体数目(n)决定。用式(1)计算得出的中心原子的杂化轨道数及

6、其杂化轨道类型、杂化轨道空间取向的对应关系归第3期苏金昌:关于中心原子杂化轨道数的计算方法91纳在表1中。表1中心原子杂化轨道数与杂化轨道类型及空间取向的对应关系中心原子杂化轨道数(G)中心原子杂化轨道类型杂化轨道空间取向2sp直线3sp2平面三角4sp3四面体5sp3d三角双锥6sp32d八面体7sp33d五角双锥2应用示例例:次磷酸分子H2(HO)PO中P的杂化轨道数为:G=V/2－3n=20/2－3(1+1)=43其对应的杂化轨道类型是sp。应用式(1)计算了一些有代表性的分子(或离子)的杂化轨道数及

7、对应的杂化轨道类型，其结果见表2，与有关文献报告相符。根据式(1)计算得出的杂化轨道数判定对应的杂化轨道类型后，再进一步结合配位数讨论价键结构或判定共价分子(或离子)的几何构型，可以按常规方法处理，本文不再赘述。表2代表性分子(或离子)的中心原子杂化轨道数及对应的杂化轨道类型分子(或离子)实例VnG中心原子杂化轨道类型H2OH2SeH2SH2Te804sp3－2－N2COCNC21012spSONO－OHONO1823sp2223SFClOSClClO－2024sp32222XeFI－ICl－IF－2225

8、sp32322dNO－(HO)COHONO2433sp2322NCl3PF3XeO32634sp3SF4TeCl4O2XeF23445sp3dXeF4IF4ICl43646sp3d2IF5BrF5OXeF44256sp3d2AlF3－(HO)XeO4866sp3d2642XeFTeCl2－TeBr2－5067sp3d36663讨论1)当m=0、n≠0时，即对于ABn型分子(或离子)，式(1)的形式仍为:92大学化