判断中心原子轨道杂化方式的方法_卢新生

2010 年 11 月 第 16 卷第 4 期 安庆师范学院学报( 自然科学版) Journal of Anqing Teachers College( Natural Science Edition) N ov. 2010 Vol. 16 No. 4 判断中心原子轨道杂化方式的方法 卢新生 ,苟如虎 ,张海玲 ,刘伯渠 ,王亚玲 ( 甘肃民族师范学院 化学与生命科学系, 甘肃 合作 747000) 摘 要:在介绍通过由分子的价电子总数判断中心原子轨道杂化方式的方法的基础上, 对由分子的价电子总数判 断中心原子轨道杂化方式的简便方法进行改进, 探讨用不饱和度方法快速判断中心原子轨道杂化方式的方法。 关键词:不饱和度; 轨道杂化方式; 价电子总数 中图分类号:O611. 2 文献标识码:A 文章编号:1007-4260( 2010) 04-0113-03 0 引 言 杂化轨道理论是用来说明分子几何构型及价键结构的重要理论。在使用该理论时 ,首先必须确定 中心原子的杂化形式及价电子在杂化轨道和非杂化轨道中的排布情况 ,而在未知分子构型信息的情况 下,依靠杂化轨道理论本身来解决这个问题, 有时却比较困难。受文 1 启发,本文对由分子的价电子总 数判断中心原子轨道杂化方式的简便方法进行改进, 并提出一种由不饱和度方法快速判断中心原子轨 道杂化方式的方法。 1 价电子总数判断原子轨道杂化方式的方法改进 设 A 为非过渡元素( 或具有 d0、 d5、 d10电子结构的过渡元素) ,它形成的分子或离子为 AHaBb ,其中 A 为中心原子 ,B、H 为 A 的键合原子或原子团 ,可为卤素 X, O ,H , N ,C 等。若 AHaBb 中的价电子总 数为偶数 ,则 V =2a +8b +2m ; 若 AHaBb 中的价电子总数 V 为奇数,则 V =2a +8b +2m -1( m 是 孤对电子 ,m 为0,1, 2) ,m的值等于 0,则 A 的轨道为等性杂化, 若 m 不为 0,A 的轨道是不等性杂化 , 由价电子 总数判断原子轨道杂化方式时 , 首先 由 V 的值确定 a、 b、 m 的值,然后由 表 1 AHaBb 中的价电子总数 V =2a +8b +2m 时 A 的轨道杂化方式 2 类 目对 应 关 系 ( a +b +m)值234567 A 的轨道杂化方式spsp2sp3sp3dsp3d2sp3d3 分子实例CO2COCl2XeO3SF4BrF5IF7 ( a +b +m) 的值确定 A 的轨道杂化方式 ,则杂化方式见表 1。 可见, 利用此方法不但能判断中心原子轨 道杂化方式,同时能够判断中心原子轨道杂化是等性杂化还是不等性杂化 。 这个比张文广老师的分子的 价电子总数判断中心原子轨道杂化方式的方法有所改进。 现举例说明 : 判断 N2中 N 原子的杂化方式,N2写成 N N 的形式, A =N , H =0 ,B =N ,V =10 =2 0 + 8 1 +2 1,这样 a =0、 b =1、 m =1, a +b +m =2 且 m 不为 0,则 N 的轨道是不等性 sp 杂化 。 判断 NO2中 N 原子的杂化方式 ,A =N ,H =O ,B =N ,V =19 =2 0 +8 2 +2 1 -1,这 样 a =0、 b =1、 m =1, a +b +m =3且 m 不为 0,则 N 的轨道是不等性 sp2杂化。 判断 XeO3中 Xe 原子的杂化方式 ,A =Xe ,H =0, B =O ,V =26 =2 0 +8 3 +2 1 ,a +b +m =4 且 m 为 0,则 Xe 的轨道是等性 sp3杂化。 2 AHaBb 中价电子总数为 8 的整数倍值时 A 的轨道杂化方式 收稿日期:2010-01-16 作者简介:卢新生, 男, 甘肃平凉人, 甘肃民族师范学院化学与生命科学系讲师, 硕士, 主要研究物质结构。 AHaBb 中价电子总数为 8 的整数倍值时 ,A 的轨道杂化方式见表 2。 ( 1) 价电子总数每增加( 减少) 8 时,A 的轨道杂化方式增加( 减少) 1, 例如 sp 2 sp 3 、 sp 3 sp 3 d 等。 ( 2)价电子总数每增加 6 时 ,A 的轨道杂化方式相同 ,例如 CO2 表 2 AHaBb 中价电子总数为 8 的整数倍值时 A 的轨道杂化方式 2 类 目对 应 关 系 AHaBb 中的价电子总数162432404856 A 的轨道杂化方式spsp2sp 3 sp 3d sp3d2sp 3d3 AHaBb 分子实例BeCl2BF3CCl4PCl5SF6IF7 和 CO ,NO2和 NO ,O2和 O3,SO3和 SO2等 。 ( 3)将 AHaBb 中价电子总数分成若干区间: 即 I( 8、10、 12、 14) 、 II( 16、18、 20、 22) 、 III( 24、 26、 28、 30) 、IV( 32、 34、 36 、 38) 、 V( 40 、 42、 44、 46) 、 VI( 48 、 50、52、 54、 56) 等 。 在每一个区间内价电子总数每增加 ( 减少) 2时 ,A 的轨道杂化方式增加( 减少) 1, 例如sp2 sp3、sp 3 sp 3d 等 。 这七个区间对应的 a+b +m 的值为 I( 1、 2、3、 4) 、 II( 2、 3、4、 5) 、 III( 3 、 4、 5 、 6) 、IV( 4、 5、6、 7) 、 V( 5、6、 7、8) 、 VI( 6 、 7、 8 、 9、 10)等。 判断中心原子轨道杂化方式时 ,只要算出价电子总数, 利用上述结论和表 1 可以简单、迅速判断中 心原子轨道杂化方式 。 现举例说明 : 判断 N2中 N 原子的杂化方式,N2的价电子总数为10,属于 I 区间 ,因为8 没有杂化方式 ,将它看成 1,那么 10 将它看成 2 ,N2中 N 原子的杂化方式 sp 杂化。 3 利用不饱和度判断杂化方式 3 设U 为不饱和度, n1, n3,n4分别为一价 、 三价、 四价原子的数目, 不分正负价( IA ,VIIA 元素为 n1, IIIA ,VA 元素为 n3,IVA 元素为 n4) , m 为孤电子对, S 为端基与中心原子形成键的数目 , H 为中心原 子的杂化轨道数 。 U =1 +n4+n 3-n1 2 H =2 - U( IIA 、 IIB) H =3 - U( IIIA) H =4 - U( IVA - A) U =5 -U( A) m =H -S 由分子的不饱和度判断中心原子杂化方式见表 3。 表 3 由分子的不饱和度判断中心原子杂化方式 编号物 质 UH杂化方式备 注 1BeCl2, HgCl20H =2 -U2sp BF303 sp2 2BH - 4 -1H =3 -U4sp3 AlF3- 6 -36 sp 3d2 CO2, N2, CO, C2H2, C2- 2, HCN, CN-, CH2CCH2, HN3, N- 3, N2O, 22sp NO + 2, OCN -, C2H4, H2CO , NO, O3, SO2, NO - 2, CH3CHCH2, CH3CHO , ONCH3, NO2, SO3, NO - 3, CO 2- 3, HCO - 3, COCl2 13 sp2 3 CH4, NH3, H2O , NH + 4, OH -, H 3O +, H2O2, N2H4, C2H6, NH2OH, HClO , CH3NH2, OF2, ClO - 2, NHF2, C3H8, ClO2, PCl3, H3PO3, ClO- 3, SOCl2, SO2- 3, CCl4, H2SO4, SO 2- 4, H3PO4, HClO4, ClO- 4 0H =4 -U4sp3 PCl5, I- 3, ICl - 2, ClF3, SF4, IF+ 4, IO2F - 2, SOF4, SbCl5 -15sp 3d SF6, ICl- 4, BrF5, ClOF - 4, TeF - 5, PF- 6, IOF5, IO 5- 6, SiF 2- 6 -26sp 3d2 IF7-37sp 3d3 1. 对于计算离子的不 饱和度时, 几个负电荷加 几个氢, 几个正电荷加几 个硝酸根。 2. 若 U = x . 5 时, 去 掉 0. 5( 单电子作为孤对 电子看待参与杂化)。 114 安庆师范学院学报( 自然科学版) 2010 年 续表 3 编号物 质 UH杂化方式备 注 XeO3, XeO4 14sp3 4XeF2, XeO2F2, XeF+ 3 05sp 3d XeF4, XeOF4, XeF+ 5, XeO 4- 6 -1H =5 -U6sp 3d2 XeF6-25sp 3d3 说明: NO( U =1. 5 1), NO2( U =1. 5 1), ClO2( U =0. 5 0) 4 讨 论 1)对于计算离子的不饱和度时, 几个负电荷加几个氢 ,几个正电荷加几个硝酸根。 2)若U =x . 5 时,去掉 0. 5( 单电子作为孤对电子看待参与杂化) 。 3) Be 和 Hg 是 IIA 和 IIB 元素, H =2 -U( 原因是达到二电子稳定的结构) ; B 和 Al 是 IIIA 元素, H =3 -U( 原因有待于进一步探究) ; 稀有气体是VIIIA 元素 , H =5 - U( 原因有待于进一步探究) ; 其 它元素,一律 H =4 - U( 原因是达到八电子的稳定结构) 。 4)根据公式 ,当 m =0 时,杂化是等性杂化 ; 当 m 0 时,杂化是不等性杂化,有 m 个孤电子对 。 5)当U =0时 ,没有 p 轨道剩余;U =1时,有 1个 p 轨道剩余 ;U =2时 ,有2 个 p轨道剩余, 等等。 总之 ,剩余几个 p 轨道, 就有几个 p -p键 。 6) 若 H =2,3, 4,5,6 ,7时,对应的杂化为sp , sp 2 ,sp 3 ,sp 3 d ,sp 3 d 2 ,sp 3 d 3 。 若为等性杂化 ,其杂 化轨道在空间取向分别为直线、三角形 、四面体、三角双锥 、 八面体、五角双锥 , 否则由价层电子对互 斥理论确定。 、 参考文献 : 1 张文广. 由分子的价电子总数判断中心原子轨道杂化方式的简便方法 J . 化学教育, 2000, 21( 9) : 44-46. 2 张文广. 判断中心原子轨道杂化方式的方法 J . 化学教育, 2008, 6( 9) : 3-6. 3 朱明华. 仪器分析( 第三版) M . 北京: 高等教育出版社, 2005 : 307-308. Research on Method of the Way of Judgment Central Atom Track Hybridization LU Xin-sheng , GOU Ru-hu , ZHANG Hai-ling , LIU Bo-qu, WANG Ya-ling ( Department of Chemistry and life sciences, Gansu Normal University for Nationalities , Gansu 747000, China) Abstract: On the judgement for the central atom track hybridization way by the molecular valence electron total in the method foundation, the paper makes the simple method an improvement for the judgment . Simultaneously we discuss how to judge it fast in the deg ree of unsaturation. Key words: degree of unsaturation, orbital hybridization way , valence electron total ( 上接第 112 页) 4 结 论 在教学中, 应用了基于工作过程的教学方法, 激发了学生学习的兴趣和处理故障的成就感, 赢得了 学生的支持,取得了良好的教学效果,体现了基于工作过程的教学方法的强大生命力 。 Teaching Design of Automotive Air-conditioner on Working Process WANG Ai-guo ( Anhui Technical College of M echanical and Electrical Engineering , Wuhu 241000, China ) Abstract: Automotive air-conditioner is one of speciality curricula in higher vocational and diploma colleges. In this paper, based on teaching in automotive air-conditioner, we expound applica