杂化轨道理论课件(上课用).ppt

1、第二节分子的三维结构(三班)，李莉，宁夏育才中学学区，1。共价键的形成条件？2.共价键的结合特征是什么？根据共价键的成键过程，一个原子有几个不成对的电子，而这些电子通常只能与几个自旋相反的电子形成共价键，所以在共价分子中，每个原子形成的共价键的数量是一定的，这就是共价键的“饱和”，比如HF而不是H2F。思考和交流：1。甲烷分子具有正四面体结构，其四个碳氢键的键长相同，键角为10928，四个碳氢键的性质完全相同；2.根据价键理论，甲烷形成的四个碳氢键都应该是键，但碳原子最外层的四个电子分别位于球形2S轨道和两个垂直的2P轨道。值得注意的是，价层电子对排斥理论只能解释化合物分子的空间构型，但不能解

2、释许多深层次的问题。为了解决这个矛盾，鲍林提出了混合轨道理论。3.混合轨道理论导论-鲍林，1。杂交：杂交指的是混合几种不同类型的具有相似能量的原子轨道，并由于原子在分子形成中的相互影响而重新组合成一组新的原子轨道。这种重组过程称为杂交，新形成的轨道称为杂化轨道。2.杂化过程：杂化轨道理论认为分子形成时通常有激发、杂化和轨道重叠过程。杂化轨道理论的要点：(1)进行轨道杂化的原子必须是中心原子。(2)参与杂化的原子的轨道能量应该是相似的(相同能级组或相似能级组的轨道)。(3)杂化轨道的能量和形状完全相同。(4)杂化前后原子轨道数不变：参与杂化的轨道数等于形成的杂化轨道数；杂化后，原始轨道的取向发生

3、变化，杂化轨道在键合时更有利于重叠。(5)杂化轨道在空间构型上具有一定的对称性(以减少化学键之间的排斥力)。(6)分子构型主要取决于原子轨道的杂化类型。1.sp3杂化，当原子形成分子时，同一原子中具有相似能量的一个ns轨道与三个np轨道混合形成四个新的原子轨道，称为sp3杂化轨道。3.杂化轨道理论简介、10928、激发态，当碳原子和四个氢原子形成甲烷分子时，碳原子的四个轨道，即2s轨道和三个2p轨道，将会混合，混合时轨道总数将保持不变。获得了四个具有相同能量和组成的sp3杂化轨道，其夹角为109 28，如下图所示：实例分析1:试图解释四氯化碳分子的空间构型。四氯化碳分子的中心原子为c，其价层电

4、子构型为2s22px12py1。在形成四氯化碳分子的过程中，c原子2s轨道上的一个电子被激发到2p空轨道，价层电子构型为2s12px12py12pz1。一个2s轨道和三个2p轨道与sp3杂化，形成四个相同的sp3杂化轨道，夹角为109028。其形成过程可以表述如下：理论上，四个sp3杂化轨道与四个2p杂化轨道重叠，形成四个sp3-p键。因此，四氯化碳分子的空间构型是正四面体。实验表明，四氯化碳分子中有四个相同的碳氯键，其空间构型为正四面体。2.sp杂化：同一个原子中的一个S轨道和一个P轨道杂交形成两个sp杂化轨道。每个混合轨道的S分量为1/2，P分量为1/2，混合轨道之间的夹角为180度。实例

5、分析becl2分子的形成和空间构型。铍原子的价层电子构型为2s2。在形成BeCl2分子的过程中，Be原子的2s电子被激发到2p空轨道，价层电子构型变为2s1 2px1。两个2s轨道和2px轨道与单电子发生sp杂化，形成两个能量相同的SP杂化轨道，夹角为1800。其形成过程可以表述为：理论分析实验结果表明，BeCl2分子中存在两个相同的BeCl键，键角为1800，分子的空间构型为直线。其他例子：CO2，HCCH，1)sp杂化，乙炔中的碳原子是sp杂化，分子是线性构型。两个碳原子的sp杂化轨道沿各自对称轴形成CC键，另外两个sp杂化轨道与两个氢原子的1s轨道重叠形成两个CH键，两个py轨道和两个p

6、z轨道从侧面重叠形成两个相互垂直的CC键，从而形成乙炔分子。2)空间结构是线性的：三个键在一条直线上。3.sp2杂化：一个S轨道与两个P轨道杂交得到三个sp2杂化轨道，每个轨道都有1/3的S成分和2/3的P成分。这三个混合轨道分布在空间的同一个平面上，彼此形成120度角。案例分析3:分析BF3分子的空间构型。BF3分子的中心原子为B，其价层电子构型为2s22px1。在BF3分子的形成过程中，B原子2s轨道上的一个电子被激发到2p空轨道，价层电子构型为2s12px12py1。一个2s轨道和两个2p轨道进行sp2杂化，形成三个相同的SP2杂化轨道，夹角为1200。理论分析：硼原子的三个SP2杂化轨

7、道与含单电子的三个氟原子的2p轨道重叠，形成三个sp2-p键。因此，BF3分子的空间构型是一个平面三角形。实验结果表明，BF3分子中有三个相同的B-F键，键角为1200，分子的空间构型为平面三角形。BF3分子的形成：BCl3、CO32、NO3、H2C=O、SO3和烯烃C=C中的中心原子都与sp2杂化。由sp2杂化轨道构建的结构骨架的中心原子必须有一个垂直于sp2骨架的P轨道，这与杂化无关。如果这个轨道与相邻原子上平行的P轨道重叠，并充满电子，就会形成一个键。例如，乙烯H2C=CH2，甲醛H2C=0.石墨和苯中的碳原子也与sp2杂化。在乙烯中，一个轨道不参与杂交，只有S与两个P轨道杂交形成三个相

8、同的sp2杂化轨道，分别指向平面三角形的三个顶点。未杂化的p轨道垂直于sp2杂化轨道的平面。混合轨道之间的夹角是120度。基态N的最外层电子构型是2s22p3。在H的影响下，N的一个2s轨道和三个2p轨道发生sp3不等杂化，形成四个sp3杂化轨道。三个sp3杂化轨道中的一个有不成对的电子，另一个sp3杂化轨道被孤对占据。n与三个h1轨道重叠，三个sp3杂化轨道各包含一个不成对的电子，形成三个键。由于孤对的电子云在氮周围很密集，它对三个键的电子云有很大的排斥力，所以键间的键角被压缩到，所以NH3的空间构型为三角锥。基态氧的最外层电子构型是2s22p4。在氢的影响下，氧与sp3不均匀地杂化，形成四

9、个sp3杂化轨道，其中两个杂化轨道各有一个不成对的电子，另外两个杂化轨道被两对孤对占据。o两个sp3杂化轨道各自包含一个不成对的电子，与两个H的1s轨道重叠形成两个键。由于两对孤对O对两个键的成键电子有较大的排斥作用，键间的成键角被压缩到，所以H2O的空间构型为V形。三种s-p型杂化轨道的比较：(1)杂化轨道仅用于成键和包含孤对；(2)杂化轨道=价层电子对数，=中心原子孤对对数结合的原子数；4.杂化类型的判断：(3)杂化轨道不是用来成键的，例1:下列分子中中心原子的杂化轨道的类型是相同的：(ACO2和SO2 BCH4和NH3 CBeCl2和BF3 DC2H2和C2H4，B，例2:SO2和CO2的正确