化学竞赛辅导——分子的杂化轨道理论.ppt

1、2-3杂化轨道理论 C原子的价电子层结构：2s22px12py1。,杂化与杂化轨道的概念 同一原子中不同类型的能量相近的原子轨道在成键时，互相混合，重新组合成一组新的原子轨道的过程叫做轨道的杂化。所形成的一组新轨道叫做杂化轨道。 CH4分子形成过程示意：,可以表示为： 碳原子基态 碳原子激发态 碳原子sp3杂化态 2s22px12py12pz0 2s12px12py12pz1 ,杂化轨道的类型 sp杂化 由一个ns轨道和一个np轨道组合而成的。特点是每个sp杂化轨道含有1/2s和1/2p成分，sp杂化轨道间的夹角为180，呈直线型，例如气态的BeF2分子的结构。,sp2杂化 由一个ns轨道和两

2、个np轨道组合而成。特点是每个sp2杂化轨道都含有1/3s和2/3p的成分。杂化轨道间的夹角为120，呈平面三角形，例如BF3分子的结构。,sp3杂化 由1个ns轨道和3个np轨道组合而成。特点是每个sp3杂化轨道都含有1/4s和3/4p的成分，空间夹角为10928，空间构型为四面体形，例如CH4分子的结构。,spd杂化 sp3d杂化 PCl5分子中中心磷原子采取sp3d杂化：,可以表示为： 磷原子基态 磷原子激发态 磷原子sp3d杂化态 3s23px13py13pz13d0 3s13px13py13pz13d1 ,sp3d2杂化 SF6分子中中心s原子采取sp3d2杂化。,等性杂化与不等性杂

3、化 参与杂化的n个原子轨道各贡献1/n的成分组成的杂化轨道称为等性杂化轨道。,杂化轨道理论的基本要点 轨道的杂化和杂化轨道的概念。 有几条原子轨道参与杂化就形成几条杂化轨道。 杂化轨道分为等性杂化与不等性杂化轨道。 杂化轨道成键满足原子轨道最大重叠原理。 不同类型杂化轨道的成键能力大小顺序如下：spsp2sp3dsp2sp3dsp3d2 杂化轨道成键满足化学键之间的最小排斥原理。,可以表示为： 硫原子基态 硫原子激发态 硫原子sp3d2杂化态 3s23px13py13pz13d03d0 3s13px13py13pz13d13d1 ,2-4 价层电子对互斥理论简介(Valence Shell-E

4、lectron Pair Repulsion model, VSEPR) 基本要点 排斥力最小的分子几何结构最稳定。 相邻价电子对之间斥力大小由电子对之间的夹角和电子对的成键情况决定。 夹角越小斥力越大； 不同类型的电子对之间斥力： LP-LPLP-BPBP-BP. LP孤电子对（Lone Pair electron） BP 成键电子对(Bond Pair electron) 叁键双键单键. 分子的几何构型主要决定于中心原子的价层电子对的数目和类型(LP或BP). 当分子中有双键、叁键等重键时，可将双键的两对电子和叁键的三对电子看作为一个单键的一对电子来处理。,中心原子价层电子对数与几何结构的

5、关系,判断共价分子构型的一般规则 确定中心原子价电子层中的电子对数 中心原子价电子层中的电子对数=（中心原子价电子数+配体提供的电子数）/2 对于复杂离子： 电子对数=（中心原子价电子数+配体提供的电子数-离子电荷数（带符号）/2 规定当氧族元素的原子作配体时，可以认为它们不提供电子。 出现奇数电子时将单电子当作电子对对待。 根据中心原子价电子层中的电子对数，确定中心原子周围电子对分布的几何构型。 绘出分子构型图 包括配体和孤电子对。 注意：若无孤电子对，电子对分布的几何构型与分子构型一致；若有孤电子对，电子对分布的几何构型与分子构型则不一致。,CH4 ,NH3 ,H2O分子构型图,确定排斥力

6、最小的分子的稳定结构。 例1：判断CH4、NO2、PO43-、PCl5的构型 CCl4 C：2s22p2 Cl：3px1(3p5) 中心原子电子对数: (4+41)/2=4 电子对分布的几何构型：四面体 分子构型：四面体, NO2 N：2s22p3 O：2s22p4 中心原子电子对数: (5+2 0)/2=2.53 电子对分布的几何构型：平面三角形 分子构型：V型, PO43- P：3s23p5 O： 2s22p4 中心原子电子对数: (5+ 40-(-3)=4 电子对分布的几何构型：四面体 分子构型：四面体, PCl5 P：3s23p5 Cl：3px1(3p5) 中心原子电子对数: (5+

7、51)=5 电子对分布的几何构型：三角双锥 分子构型：三角双锥,若有孤电子对，有可能有几种可能结构时，确定稳定结构的步骤是： 绘出几种可能的构型图； 选出电子对之间的最小夹角，分析对比图中的各种排斥作用的种类和数目； 将排斥力最小的结构确定为稳定结构。,例：推出ClF3 的空间构型 提供的价电子数 Cl： 3s23p5 F：2px1(2p5) 电子对数=（7+31）/2=5 电子空间排布构型为三角双锥 分子构型可能有三种：,90夹角为最小夹角。 比较 A B C 90孤电子对-孤电子对(LP-LP) 0 1 0 90孤电子对-成键电子对(LP-BP) 6 3 4 90成键电子对-成键电子对(BP-BP) 0 2 2, 小结 比较价层电子对互斥理论和杂化轨道理论，可见它们的结果很相符。但价层电子对互斥理论只是一种定性的理论，它可以帮助我们很快确定分子的空间结构。杂化轨道理论则还可以进一步说明化学键的形成原理，并可以计算键的相对稳定性。,将中心原子价层电子对数和分子空间构型的关系总结如下：,现代共价键理论的优缺点 优点：抓