杂化轨道课程学习

6C核外电子排布问题：2s22p2→2s2

2px12py12pz0

2.有几个单电子？3.在形成共价键时可以和几个单电子配对？4.和H形成的C-H化合物中，应该形成CH2,但实际上是形成了CH4，怎样解释？第1页/共41页第一页，共42页。●成键时能级相近的价电子轨道相混杂，形成新的价电子轨道——杂化轨道一、基本要点●轨道成分变了总之，杂化后的轨道●轨道的能量变了●轨道的形状变了结果，当然是更有利于成键！变了●杂化后轨道伸展方向，形状和能量发生改变●杂化前后轨道数目不变4.2.3

杂化轨道（hybridorbital

）P52第2页/共41页第二页，共42页。

二、杂化轨道的种类

s－p型s－p－d型a)

按参加杂化的轨道分类sp、

sp2

、

sp3

杂化；sp3d、sp3d2

杂化等。b)

按杂化轨道能量是否一致分类等性杂化如C的

sp3

杂化4条sp3

杂化轨道能量一致不等性杂化如O的sp3

杂化4条sp3

杂化轨道能量不相等。第3页/共41页第三页，共42页。判断是否等性杂化，要看各条杂化轨道的能量是否相等，不看未参加杂化的轨道的能量。

又如C的sp2杂化

形成3个能量相等的sp2杂化轨道，属于等性杂化。

第4页/共41页第四页，共42页。

三、各种杂化轨道在空间的几何分布

1°

sp杂化两条杂化轨道呈直线形分布

互成180°角。第5页/共41页第五页，共42页。BeCl2分子的成键过程：Be：2s22p0→2s12p1→(sp)1

(sp)1Cl:3s23p5→

3px1

3py23pz2Cl:3s23p5→

3px1

3py23pz22个sp分别与Cl的3px形成2个sp-p

键第6页/共41页第六页，共42页。乙炔分子直线形

两点结论1)分子构型由σ键确定；

2)π键在σ键基础上形成。

Cpypz

sp杂化，sp－1s，sp－sp均为σ键。分子为直线形。σσσ第7页/共41页第七页，共42页。例如CO22s2p2p2s激发sp2p杂化σππσOCOOCOSP2第8页/共41页第八页，共42页。

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。第9页/共41页第九页，共42页。BCl3BF33个键，1个46键。分子是平面三角形，键角120º，NO3-,CO32-,SO3

是sp2杂化第10页/共41页第十页，共42页。Csp2杂化C－Csp2－

sp2，C－Hsp2－s，均为键

。HCH键角为120°，未杂化的p轨道之间成π键，故有C＝C的存在。-+-+第11页/共41页第十一页，共42页。苯C6H6

平面正六边形

Csp2

等性杂化3条杂化轨道互成120°角。

C－C键

sp2－sp2C－H

键

sp2－1s键角C－C－C120°，H－C－C

120°。第12页/共41页第十二页，共42页。

3°sp3

杂化第13页/共41页第十三页，共42页。等性sp3杂化CH4C:2s22p2第14页/共41页第十四页，共42页。第15页/共41页第十五页，共42页。

PCl5

三角双锥

Psp3d杂化

sp3d杂化5条

三角双锥三种交角

90°120°和180°4°s－p－d杂化第16页/共41页第十六页，共42页。sp3d2

杂化------SF6

呈正八面体形状，sp3d2

杂化S第17页/共41页第十七页，共42页。H2OV形结构，Osp3不等性杂化。

sp3不等性杂化

HOH键角本应109°28′，但由于孤对电子的斥力，该角变小，为104°45′。OHH••••5°不等性杂化●不等性sp3杂化孤对电子第18页/共41页第十八页，共42页。NH3:N:2s22p3→2s12p4→(sp3)1(sp3)1(sp3)1(sp3)2H:1s1H:1s1H:1s1NH3：3个键，N

上有1对孤对电子

NH3

三角锥形

Nsp3不等性杂化第19页/共41页第十九页，共42页。

HNH角小于109°28′，为107°18′。第20页/共41页第二十页，共42页。总结杂化轨道类型参加杂化轨道杂化轨道数目成键轨道键角分子空间构型实例中心原子BeHgspsp2sp3sp3(不等性)1个s、1个p1个s、2个p1个s、3个p1个s、3个p2344180°120°109°28′直线型平面三角形(正)四面体三角锥型V型BeCl2HgCl2BF3BCl3CH4CHCl3NH3H2OH2SPH3BCNPOSⅡAⅡBⅢAⅣAⅤAⅥA90<<10928第21页/共41页第二十一页，共42页。思考题：解释CCl4，C2H2，CO2，NH4+，H3O+的分子构型。已知：C2H2，CO2均为直线型；的构型为：C=CHHHH

分子的空间构型与杂化轨道的空间构型一致为等性杂化不一致为不等性杂化VSEPR第22页/共41页第二十二页，共42页。用杂化轨道理论说明SO2分子的成键过程：S采取sp2

杂化方式S:3s23p4→(sp2)2(sp2)1(sp2)1(pz)2O:2s22p42px12py22pz1O:2s22p42px12py22pz1S不等性sp2杂化，V形结构，同时存在一个34O3第23页/共41页第二十三页，共42页。第24页/共41页第二十四页，共42页。试用杂化轨道理论解释下面问题：●NH3、H2O的键角为什么比CH4小？CO2的键角为何是180°？乙烯为何取120°的键角？●在BCl3

和NCl3分子中，中心原子的氧化数和配体数都相同，为什么两者的空间分子结构却不同？还是杂化形式不同杂化形式不同第25页/共41页第二十五页，共42页。共轭大π键

离域Π键是由三个或三个以上原子形成的键。三个或三个以上原子用s键联结起来满足下列条件，则可以生成离域键：

(1)这些原子都在同一平面上；每一原子有一互相平行的p轨道(或d轨道，或p,d轨道)

(2)形成大键的原子轨道能量应相近

(3)p电子的数目小于p轨道数目的两倍。大键的表示方法:

电子数平行p轨道数第26页/共41页第二十六页，共42页。共轭大π键

离域Π键是由三个或三个以上原子形成的键，不同于两原子间的键。在三个或三个以上用s键联结起来的原子之间，如能满足下列条件，则可以生成离域键：

(1)这些原子都在同一平面上；每一原子有一互相平行的p轨道(或d轨道，或p,d轨道)

(2)形成大键的原子轨道能量应相近

(3)p电子的数目小于p轨道数目的两倍。中心O原子和配位O原子都有p轨道，共有4个电子小于轨道数的两倍6，满足上述条件即可形成离Π域键。第27页/共41页第二十七页，共42页。共轭大π键

CO2的碳原子取sp杂化轨道,它的两个未参加杂化的p轨道在空间的取向是跟sp杂化轨道的轴相互垂直。CO2分子里有两套3原子4电子符号为34的p-p大键。大键的表示方法:

电子数平行p轨道数I路易斯结构式II分子中有2套III大键平行p轨道的结构式第28页/共41页第二十八页，共42页。基本要点：分子或离子的空间构型与中心原子的价层电子对数目有关。价层电子对尽可能远离,以使斥力最小。LP-LP>LP-BP>BP-BP价层电子对=σ键电子对+孤对电子对(VP)(σBP)(LP)§4.2.4价层电子对互斥理论（VSEPR法）孤—孤孤—成成—成推断步骤第29页/共41页第二十九页，共42页。推断分子或离子的空间构型的具体步骤：确定中心原子的价层电子对数，以AXm为例(A—中心原子,X—配位原子)：原则：①A的价电子数=主族序数；②配体：H和卤素每个原子各提供一个价电子,氧与硫不提供价电子；③正离子应减去电荷数,负离子应加上电荷数。例：VP()=(6+4×0+2)=4VP=1/2[A的价电子数+X提供的价电子数

±离子电荷数()]负正电子对与构型第30页/共41页第三十页，共42页。确定电子对的空间构型：VP=2直线形VP=3平面三角形VP=4正四面体VP=5三角双锥VP=6正八面体分子构型第31页/共41页第三十一页，共42页。确定中心原子的孤对电子对数，推断分子的空间构型。①LP=0:分子的空间构型=电子对的空间构型VP=(2+2)=2直线形VP=(3+3)=3平面三角形VP=(4+4)=4四面体VP=(5+5)=5三角双锥VP=(6+6)=6八面体例如：LP≠0第32页/共41页第三十二页，共42页。②LP≠0：分子的空间构型不同于电子对的空间构型。34611212SnCl2平面三角形V形NH3四面体三角锥H2O四面体V形IF5八面体四方锥XeF4八面体平面正方形VPLP电子对的空间构型分子的空间构型例VP＝5第33页/共41页第三十三页，共42页。

电子对数配体数孤电子对数电子对构型分子构型

(m)(n)(m－n)

321

三角形“V”字形

ABB••••A••••431正四面体三角锥ABBB••A••••••••

422

正四面体“V”字形

A••••••••ABB••••第34页/共41页第三十四页，共42页。孤对－孤对00

孤对－孤对0015对电子，4个配体，1对孤对电子，有2种情况供选择：

甲乙5对电子，3个配体，2对孤对电子，有3种情况供选择：

甲乙丙

结论：乙种稳定，称“T”字形。孤对－成键23成键－成键43

从90°方向上的分布情况看，‘甲’稳定，称变形四面体。

孤对－成键643

成键－成键022第35页/共41页第三十五页，共42页。6对电子对1对孤对电子四角锥6对电子对2对孤对电子正方形第36页/共41页第三十六页，共42页。6888510344435

三角形正四面体正四面体正四面体三角形三角双锥例1利用价层电子对互斥理论判断下列分子和离子的几何构型。要求写出价层电子总数、对数、电子对构型和分子构型。

A