杂化轨道理论上课用

1、共价键的形成条件?2、共价键的成键特征是什么？

按照共价键的成键过程中,一个原子有几个未成对电子,通常只能和几个自旋相反的电子形成共价键,所以在共价分子中,每个原子形成共价键的数目是一定,这就是共价键的“饱和性”.如HF而不是H2F。第1页/共33页第一页，共34页。思考与交流1、甲烷分子呈正四面体结构，它的四个C-H键的键长相同，键角都是109°28′，四个C-H键的性质完全相同

2、根据价键理论，甲烷形成四个C-H键都应该是σ键，然而C原子最外层的四个电子分别2个在球形2S轨道、2个在相互垂直2P轨道上，用它们跟4个氢原子的1S原子轨道重叠，不可能形成四面体构型的甲烷分子如何解决上列一对矛盾？第2页/共33页第二页，共34页。

值得注意的是价层电子对互斥模型只能解释化合物分子的空间构形，却无法解释许多深层次的问题。

为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论第3页/共33页第三页，共34页。三、杂化轨道理论简介----鲍林1、杂化：杂化是指在形成分子时，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杂起来，重新组合成一组新的原子轨道。这种重新组合的过程叫做杂化，所形成的新的轨道称为杂化轨道。2、杂化的过程：杂化轨道理论认为在形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。第4页/共33页第四页，共34页。sp3CH4分子（sp3杂化）第5页/共33页第五页，共34页。3.杂化轨道理论的要点(1)发生轨道杂化的原子一定是中心原子。(2)参加杂化的各原子轨道能量要相近（同一能级组或相近能级组的轨道）。(3)杂化轨道的能量、形状完全相同。(4)杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目；杂化后原子轨道方向改变，杂化轨道在成键时更有利于轨道间的重叠(5)杂化轨道在空间构型上都具有一定的对称性

（以减小化学键之间的排斥力）。(6)分子的构型主要取决于原子轨道的杂化类型。第6页/共33页第六页，共34页。1.sp3

杂化原子形成分子时,同一原子中能量相近的一个ns轨道与三个np轨道进行混合组成四个新的原子轨道称为sp3杂化轨道.三、杂化轨道理论简介第7页/共33页第七页，共34页。第8页/共33页第八页，共34页。2s2pC的基态2s2p激发态正四面体形sp3杂化态CHHHH109°28’激发当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时,碳原子的2s轨道和3个2p轨道这4个轨道会发生混杂,混杂时保持轨道总数不变,得到4个能量相等、成分相同的sp3杂化轨道,夹角10928′,如下图所示：第9页/共33页第九页，共34页。实例分析1：试解释CCl4分子的空间构型。CCl4分子的中心原子是C，其价层电子组态为2s22px12py1。在形成CCl4分子的过程中，C原子的2s轨道上的1个电子被激发到2p空轨道，价层电子组态为2s12px12py12pz1，1个2s轨道和3个2p轨道进行sp3杂化，形成夹角均为109028′的4个完全等同的sp3杂化轨道。其形成过程可表示为第10页/共33页第十页，共34页。理论分析：C原子的4个sp3杂化轨道分别与4个Cl原子含有单电子的2p轨道重叠，形成4个sp3-p的σ键。故CCl4

分子的空间构型是正四面体.实验测定：CCl4分子中有四个完全等同的C-Cl键，其分子的空间构型为正四面体。第11页/共33页第十一页，共34页。2.sp杂化：同一原子中1个s轨道与1个p轨道杂化形成2个sp杂化轨道。每个杂化轨道的s成分为1/2，p成分为1/2，杂化轨道之间的夹角为180度。第12页/共33页第十二页，共34页。实例分析2：

BeCl2分子的形成和空间构型。Be原子的价层电子排布为2s2

。在形成BeCl2

分子的过程中，Be原子的1个2s电子被激发到2p空轨道，价层电子排布变为为2s12px1

。这2个含有单电子的2s轨道和2px轨道进行sp杂化，组成夹角为1800

的2个能量相同的sp杂化轨道，其形成过程可表示为：第13页/共33页第十三页，共34页。理论分析：Be原子上的两个SP杂化轨道分别与2个Cl原子中含有单电子的3p轨道重叠，形成2个sp­p的σ键，所以BeCl2分子的空间构型为直线。实验测定：BeCl2分子中有2个完全等同的Be­Cl键，键角为1800

，分子的空间构型为直线。其他例子：CO2、HC≡CH第14页/共33页第十四页，共34页。1）sp杂化乙炔中的碳原子为sp杂化，分子呈直线构型。两个碳原子的sp杂化轨道沿各自对称轴形成C—C键，另两个sp杂化轨道分别与两个氢原子的1s轨道重叠形成两个C—H键，两个py轨道和两个pz轨道分别从侧面相互重叠，形成两个相互垂直的C—C键，形成乙炔分子。2）空间结构是直线型：三个σ键在一条直线上。

第15页/共33页第十五页，共34页。第16页/共33页第十六页，共34页。3.sp2杂化：一个s轨道与两个p轨道杂化，得三个sp2杂化轨道，每个杂化轨道的s成分为1/3，p成分为2/3，三个杂化轨道在空间分布是在同一平面上，互成120º第17页/共33页第十七页，共34页。实例分析3：

分析BF3分子的空间构型。BF3分子的中心原子是B，其价层电子排布为2s22px1

。在形成BF3分子的过程中，B原子的2s轨道上的1个电子被激发到2p空轨道，价层电子排布为2s12px12py1

，1个2s轨道和2个2p轨道进行sp2杂化，形成夹角均为1200的3个完全等同的SP2杂化轨道。其形成过程可表示为：第18页/共33页第十八页，共34页。理论分析：B原子的三个SP2杂化轨道分别与3个F原子含有单电子的2p轨道重叠，形成3个sp2-p的σ键。故BF3

分子的空间构型是平面三角形。实验测定：BF3分子中有3个完全等同的B-F键，键角为1200

，分子的空间构型为平面三角形。

+第19页/共33页第十九页，共34页。BF3分子的形成：F3F+B

BFF120°（平面三角形）第20页/共33页第二十页，共34页。BCl3、CO32–、NO3–、H2C=O、SO3、烯烃>C=C<结构中的中心原子都是以sp2杂化的。以sp2杂化轨道构建结构骨架的中心原子必有一个垂直于sp2-骨架的未参与杂化的p轨道，如果这个轨道跟邻近原子上的平行p轨道重叠，并填入电子，就会形成π键。如，乙烯H2C=CH2、甲醛H2C=O。石墨、苯中碳原子也是以sp2杂化的：第21页/共33页第二十一页，共34页。

乙烯中的Ｃ在轨道杂化时，有一个Ｐ轨道未参与杂化，只是Ｃ的２s与两个２p轨道发生杂化，形成三个相同的sp2杂化轨道，三个sp2杂化轨道分别指向平面三角形的三个顶点。未杂化p轨道垂直于sp2杂化轨道所在平面。杂化轨道间夹角为120°。Ｃ的sp2杂化第22页/共33页第二十二页，共34页。第23页/共33页第二十三页，共34页。第24页/共33页第二十四页，共34页。

基态N的最外层电子构型为2s22p3，在H影响下，N的一个2s轨道和三个2p轨道进行sp3不等性杂化，形成四个sp3杂化轨道。其中三个sp3杂化轨道中各有一个未成对电子，另一个sp3杂化轨道被孤对电子所占据。N用三个各含一个未成对电子的sp3杂化轨道分别与三个H的1s轨道重叠，形成三个键。由于孤对电子的电子云密集在N的周围，对三个键的电子云有比较大的排斥作用，使键之间的键角被压缩到，因此NH3的空间构型为三角锥形。第25页/共33页第二十五页，共34页。第26页/共33页第二十六页，共34页。

基态O的最外层电子构型为2s22p4，在H的影响下，O采用sp3不等性杂化，形成四个sp3杂化轨道，其中两个杂化轨道中各有一个未成对电子，另外两个杂化轨道分别被两对孤对电子所占据。O用两个各含有一个未成对电子的sp3杂化轨道分别与两个H的1s轨道重叠，形成两个键。由于O的两对孤对电子对两个键的成键电子有更大的排斥作用，使键之间的键角被压缩到，因此H2O的空间构型为V型。

第27页/共33页第二十七页，共34页。杂化类型spSp2sp3参与杂化的原子轨道1个s+1个p1个s+2个p1个s+3个p杂化轨道数2个sp杂化轨道3个sp2杂化轨道4个sp3杂化轨道杂化轨道间夹角18001200109028’空

间

构

型直线平面三角形正四面体实

例BeCl2,

C2H2BF3

,C2H4CH4

,CCl43、s-p型的三种杂化比较第28页/共33页第二十八页，共34页。（1）杂化轨道只用于形成σ键和用来容纳孤对电子（2）杂化轨道数=价层电子对数=中心原子孤对电子对数＋中心原子结合的原子数4、杂化类型的判断：（3）杂化轨道不用于形成兀键第29页/共33页第二十九页，共34页。0+2=2sp直线形0+3=3sp2平面三角形0+4=4sp3正四面体形1+2=3sp2V形1+3=4sp3三角锥形2+2=4sp3V形代表物杂化轨道数杂化轨道类型分子结构CO2CH2OCH4SO2NH3H2O结合上述信息完成下表：第30页/共33页第三十页，共34页。例1：下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是()A．CO2与SO2B．CH4与NH3

C．BeCl2与BF3D．C2H2与C2H4B例2：对SO2与CO2说法正确的是()A．都是直线形结构

B．中心原子都采取sp杂化轨道

C．S原子和C原子上都没有孤对电子

D．SO2为V形结构，CO2为直线形结构D课堂练习第31页/共33页第三十一页，共34页。课堂练习例3：写出下列分子的路易斯结构式并指出中心原子可能采用的杂化轨道类型，并预测分子的几何构型。

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