甲烷、乙烯、乙炔的形成.doc

甲烷、乙烯、乙炔的形成 Hzoue/2009-7-11涉及知识：1. 电子亚层理论2. 价键理论（V.B.法）3. 杂化轨道理论4. 价层电子对互斥理论（VSEPR法）一、 电子亚层理论根据科学家的研究发现，由普朗克的氢原子结构模型和量子力学的引入，电子层会有亚层的排布，就是所谓的电子云，又称原子轨道。原子轨道分为s、p、d、f四种轨道，对于确定存在这些原子轨道的每一层电子中：s轨道有1个，p轨道有3个，d轨道有5个，f轨道有7个。每一个轨道允许容纳自旋相反的两个电子。图1 s轨道和p轨道形状（左边的为s轨道形状）例如碳原子，其核外电子排布式为1s22s22p2，表示其第一层只有s轨道，第二层有s轨道和p轨道，其中第一层的s轨道有两个自旋相反的电子，第二层的s轨道有两个自旋相反的电子。根据洪特规则，要使原子能量最低，则p轨道的两个电子要自旋相同且分布到不同的轨道上去。即其轨道表示式如图2。 1s 2s 2p图2 碳原子的轨道表示式二、 价键理论（V.B.法）现代价键理论包含如下几个要点：1.共价键的形成：A、B两原子各有一个成单电子，当 A、B相互接近时，两电子以自旋相反的方式结成电子对，即两个电子所在的原子轨道能相互重叠，则体系能量降低，形成化学键，亦即一对电子则形成一个共价键。形成的共价键越多，则体系能量越低，形成的分子越稳定。因此，各原子中的未成对电子尽可能多地形成共价键。2.共价键的键型：键与键键是由原子轨道以“头碰头”形式重叠而形成的；键是由原子轨道以“肩并肩”形式重叠而形成的，因为“头碰头”形式重叠比“肩并肩”形式重叠更大，所以键比键更牢固稳定。其他有关的信息不一一提供。三、 杂化轨道理论在形成分子的过程中，由于原子间的相互影响，若干类型不同而能量相近的原子轨道相互混杂，重新组合成一组能量相等，成分相同的新轨道，这一过程称为杂化。经过杂化而形成的新轨道叫做杂化轨道。对于碳原子而言，首先将2s轨道上的一个电子激发到2p的一个空轨道上，然后第二层的一个s轨道（有一个电子）和三个p轨道（有三个电子分散在三个p轨道上）进行杂化形成sp3杂化，产生四个杂化轨道，每个杂化轨道含有的s轨道成分和的p轨道成分。这4个轨道与四个氢原子的1s轨道重叠形成键，于是形成了甲烷。若第二层的一个s轨道（有一个电子）和两个p轨道（有两个电子分散在p轨道上）进行杂化形成sp2杂化，产生三个杂化轨道，每个杂化轨道含有的s轨道成分和的p轨道成分。这3个轨道分别与两个氢原子的1s轨道和另一个碳原子的sp2杂化轨道重叠形成CC、CH的键，另外还有一个p轨道与这三个键形成的平面垂直，两个碳原子未参与杂化的p轨道以“肩并肩”方式重叠形成CC的键，这样就形成了乙烯。所以碳碳双键中一个为键，另一个为键。若第二层的一个s轨道（有一个电子）和一个p轨道（有一个电子在p轨道上）进行杂化形成sp杂化，产生两个个杂化轨道，每个杂化轨道含有的s轨道成分和的p轨道成分。这2个轨道分别与一个氢原子的1s轨道和另一个碳原子的sp杂化轨道重叠形成CC、CH的键，另外还有两个p轨道与两个键形成的直线两两垂直，两个碳原子未参与杂化的p轨道以“肩并肩”方式重叠形成两个CC的键，这样就形成了乙炔。所以碳碳叁键中一个为键，另外两个为键。图3 sp3杂化轨道的其中一个方向上的形状四、 价层电子对互斥理论（VSEPR法）该理论认为，一个共价分子或离子中，中心原子A周围所配置的原子B（配位原子）的几何构型，主要决定于中心原子的价电子层中各电子对间的相互排斥作用。这些电子对在中心原子周围按尽可能互相远离的位置排布，以使彼此间的排斥能最小。所谓价层电子对，指的是形成键的电子对和孤对电子。孤对电子的存在，增加了电子对间的排斥力，影响了分子中的键角，会改变分子构型的基本类型。根据此理论，只要知道分子或离子中的中心原子上的价层电子对数，就能比较容易而准确地判断ABn型共价分子或离子的空间构型。在甲烷中，四个键的电子对排斥要最大，形成空间正四面体。在乙烯中，三个键的电子对排斥要最大，形成平面正三角形，另外的一个p原子轨道垂直于此平面。在乙炔中，两个键的电子对排斥要最大，形成直线，另外两个p原子轨道所在直线与两个键所形成的直线要两