雜化軌道理論高中

1、高中雜化軌道理論（圖解）二、共價(jià)鍵理論和分子結(jié)構(gòu)價(jià)鍵法（VB法）價(jià)鍵理論一：1、要點(diǎn)：、共價(jià)鍵的形成條件：、先決條件：原子具有 未成對(duì)電子；、配對(duì)電子參與成鍵的原 子軌道要滿足對(duì)稱(chēng)匹配、能量相近以及最大重疊的原則；、兩原子具有成單的自旋相反的電子配對(duì)，服從保里不相容原理。、共價(jià)鍵的本質(zhì)：是由于原子相互接近時(shí) 軌道重疊，原子間通過(guò)共用自旋相反的電子 使能 量降低而成鍵。、共價(jià)鍵的特征：、飽和性，一個(gè)原子有幾個(gè)未成對(duì)電子（包括激發(fā)后形成的未成對(duì)電子），便和幾個(gè)自旋相反的電子配對(duì)成鍵；而未成對(duì)電子數(shù)是有限的，故形成化學(xué)鍵的數(shù)目是有限的。、根據(jù)原子軌道最大重疊原理，原子軌道沿其角度分布最大值方向重疊，

2、即共價(jià) 鍵具有一定的方向性。、共價(jià)鍵的類(lèi)型：?jiǎn)捂I、雙鍵和叁鍵。、（T鍵和兀鍵。i、b鍵：沿鍵軸方向重疊，呈圓柱形對(duì)稱(chēng)，稱(chēng)為b軌道，生成的鍵稱(chēng)為b鍵b是希臘字母，相當(dāng)于英文的s,是對(duì)稱(chēng)Symmetry'simitri這個(gè)字的第一個(gè)字母）。b鍵形成的方式：ii、兀鍵：兩個(gè)p軌道彼此平行地重疊起來(lái)，軌道的對(duì)稱(chēng)面是通過(guò)鍵軸的平面，這個(gè)對(duì)稱(chēng)面就叫節(jié)面，這樣的軌道稱(chēng)為兀軌道，生成的鍵稱(chēng)為兀鍵（兀相當(dāng)于英文的p ,是平行parallel'p?r ?lel的第一個(gè)字母）。兀鍵的形成過(guò)程:NmN： ：N踣易斯價(jià)鍵兒結(jié)枸式結(jié)構(gòu)式（7鍵和兀鍵的比較健型 項(xiàng)目、0鍵（共價(jià)鍵中都存在（T鍵）冗鍵（只存在

3、不飽和共價(jià)鍵中）重疊方式成斯向沿兩電子云（原子軌道）的鍵軸方向以 “頭碰頭”的方式遵循原子軌道最大程度重疊原理進(jìn)行重疊兩互相平行的電子云（原子軌道）以“肩 并肩”的方式遵循原子軌道最大程度重疊 原理進(jìn)行重疊重疊程度較大重疊程度較小共價(jià)鍵電子云（重疊部分）呈軸對(duì)稱(chēng)共價(jià)鍵電子云（重疊部分）呈鏡像對(duì)稱(chēng)犬牢固程度強(qiáng)度較大，鍵能大，較牢固，不易斷裂強(qiáng)度較小，鍵能較小，不很牢固，易斷裂40物生不活潑，比冗鍵穩(wěn)定活潑，易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)類(lèi)型s-s、s-p、p-p、s- SP 雜化軌道、s- SP2p-p兀鍵，、p-p 大兀鍵是否旋轉(zhuǎn)可繞鍵軸旋轉(zhuǎn)不可旋轉(zhuǎn)，布群則律共價(jià)單鍵是（T鍵共價(jià)雙鍵有一個(gè)（T鍵有一個(gè)冗鍵 共

4、價(jià)叁鍵有一個(gè)（T鍵后兩個(gè)冗鍵口單獨(dú)存在任何共價(jià)鍵中不單獨(dú)存在，與d鍵共存概念含有未成對(duì)（單）電子的原子軌道沿兩電疊子云（原子軌道）的鍵軸方向以“頭 碰頭”的方式遵循原子軌道最大程度重 疊原理進(jìn)行重所形成的具有沿鍵呈軸對(duì) 稱(chēng)特征的共價(jià)鍵含有未成對(duì)（單）電子的兩個(gè)互相平行的 電子云（原子軌道）以“肩并肩”的方式 遵循原子軌道最大程度重疊原理進(jìn)行重疊 所形成的具有鏡像對(duì)稱(chēng)特征的共價(jià)鍵2、價(jià)鍵理論二：雜化軌道理論，價(jià)鍵理論簡(jiǎn)明地闡明了共價(jià)鍵的形成過(guò)程和本質(zhì)，成功解釋了共價(jià)鍵的方向性和飽和性，但在解釋一些分子的空間結(jié)構(gòu)方面卻遇到了困難。例如CH4分子的形成，按照價(jià)鍵理論，C原子只有兩個(gè)未成對(duì)的電子，只能

5、與兩個(gè)H原子形成兩個(gè)共價(jià)鍵，而且鍵角應(yīng)該大約為90°。但這與實(shí)驗(yàn)事實(shí)不符，因?yàn)?C與H可形成CH4分子，其空間構(gòu)型為正四面體，/ HCH = 109 。28 '。為了更好地解釋多原子分子的實(shí)際空間構(gòu)型和性質(zhì)， 1931年鮑林和斯萊脫（Slater）在電子配對(duì)理論的基礎(chǔ)上，提出了雜化軌道理論（hybrid orbitaltheory）,豐富和發(fā)展了現(xiàn)代價(jià)鍵理論。、雜化軌道理論的基本要點(diǎn)原子在形成分子時(shí)，為了增強(qiáng)成鍵能力，同一原子中能量相近的不同類(lèi)型（ s、p、d） 的幾個(gè)原子軌道可以相互疊加進(jìn)行重新組合，形成能量、形狀和方向與原軌道不同的新的原子軌道。這種原子軌道重新組合的過(guò)程

6、稱(chēng)為原子軌道的雜化，所形成的新的原子軌道稱(chēng)為雜 化軌道。注意：、只有在形成分子的過(guò)程中，中心原子能量相近的原子軌道才能進(jìn)行雜化，孤立的原子不可能發(fā)生雜化。、只有能量相近的軌道才能互相雜化。常見(jiàn)的有：ns np nd ,（n-1）d ns np ;、雜化前后，總能量不變。但雜化軌道在成鍵時(shí)更有利于軌道間的重疊， 即雜化軌道的成鍵能力比未雜化的原子軌道的成鍵能力增強(qiáng)，形成的化學(xué)鍵的鍵能大。這是由于雜化后軌道的形狀發(fā)生了變化，電子云分布集中在某一方向上，成鍵時(shí)軌道重疊程度增大，成鍵能力增強(qiáng)。、雜化所形成的雜化軌道的數(shù)目等于參加雜化的原子軌道的數(shù)目，亦即雜化前后，原子軌道的總數(shù)不變。、雜化軌道的空間構(gòu)

7、型取決于中心原子的雜化類(lèi)型。不同類(lèi)型的雜化，雜化軌道的空間取向不同，即一定數(shù)目和一定類(lèi)型的原子軌道間雜化所得到的雜化軌道具有確定的空間幾何構(gòu)型，由此形成的共價(jià)鍵和共價(jià)分子相應(yīng)地具有確定的幾何構(gòu)型。Z;什么叫雜化？同一原子的能量相近的原有的原子軌道“混雜”起來(lái)，重新組合形成新軌道的 二過(guò)程，叫做雜化。、什么叫雜化軌道？新組合的原子軌道叫做雜化軌道。為什么要雜化？雜化軌道形成的化學(xué)鍵的強(qiáng)度更大，體系的能量更低。:雜化的動(dòng)力：受周?chē)拥挠绊?。二為什么雜化后成鍵，體系的能量降低？雜化軌道 在一個(gè)方向上更集中，便于軌道最大重疊!雜化軌道的構(gòu)型決定了分子的幾何構(gòu)型 :子的空間幾何構(gòu)型是以（T鍵為骨架，故

8、:雜化軌道有利于形成（T鍵，但不能形成兀鍵。由于分 雜化軌道的構(gòu)型就決定了其分子的幾何構(gòu)型 。雜化的規(guī)律 雜化前后軌道數(shù)目不變，空間取向改變； 雜化軌道能與周?chē)有纬筛鼜?qiáng)的b鍵，或安排孤對(duì)電子，而不會(huì)以空的雜化軌道存在。 雜化后軌道伸展方向、形狀發(fā)生改變，成鍵能力增強(qiáng)，成鍵能力大小順序（s成分越多成鍵能力越強(qiáng)）sp<sp 2<sp 3軌道成分變了 ，軌道的能量變了X結(jié)果當(dāng)然是更有利于成鍵!軌道的形狀變了 .、雜化軌道的特點(diǎn) :、所組成的幾個(gè)雜化軌道具有相同的能量；、形成的雜化軌道數(shù)目等于原有的原子軌道;數(shù)目；、雜化軌道的空間伸展方向一定（亦即，雜化軌道的方向不是任意的，雜化軌道之

9、.【間有一定的夾角）；、雜化軌道的成分：每個(gè)雜化軌道的成分之和為1;每個(gè)參加雜化的原/,:;子軌道，在所有雜化軌道中的成分之和為1 （單位軌道的貢獻(xiàn)）。雜化軌道理論雜化軌道由原子軌道組合而成用于組合的原子軌道是價(jià)層電子的軌道鍵合電子的軌道非鍵電子的軌道但不包括汽鍵的軌道雜化軌道類(lèi)型spsp2sp3參加雜化的原子軌道1個(gè)s和1個(gè)p1個(gè)s和2個(gè)p1個(gè)s和3個(gè)p雜化軌道數(shù)目2個(gè)sp雜化軌道3個(gè)sp 2雜化軌道4個(gè)sp 3雜化軌道每個(gè)雜化軌道的成分d L I(NSL 1 (Ns, 2 p 33Is, 2p44雜化軌道間的夾角180 °120 °109 28 '空間幾何構(gòu)型直

10、線型平囿二角形止四面體形實(shí)例BeCl 2, HgCl 2BF3CH4, SiF4中心原子Be , HgBC, Si、最常見(jiàn)的雜化軌道類(lèi)型簡(jiǎn)介MX 2MX 3MX 4spsp2sp3sp雜化軌道：是1個(gè)ns軌道與1個(gè)np軌道雜化形成2個(gè)sp雜化軌道。BeCl 2的成鍵過(guò)程，Be原子的雜化。兩個(gè) sp雜化軌道的夾角為 180 o,空間構(gòu)型：直線型。、SP2雜化軌道：是一個(gè)原子的 1個(gè)nS軌道和2個(gè)nP軌道之間進(jìn)行雜化，形成 3個(gè)等價(jià)的SP2雜化軌道。3個(gè)SP2雜化軌道互成120 ° ,sp 2雜化形成平面正三角形分子。例如 BCl3的成鍵過(guò)程，B原子的雜化。、SP3雜化軌道：是一個(gè)原子的

11、 1個(gè)S軌道和3個(gè)P軌道之間進(jìn)行雜化，形成 4個(gè)等價(jià)的SP3雜化軌道。4個(gè)SP3雜化軌道互成109.5 ° ,sp3雜化形成正四面體結(jié)構(gòu)分子。例如 CH4的成鍵過(guò)程，C原子的雜化。2p2s2sspBe原子基態(tài)激發(fā)態(tài)雜化態(tài)2s2ssp3C原子基態(tài)激發(fā)態(tài)雜化態(tài)相關(guān)鏈接：BeCl2是共價(jià)化合物，在氣態(tài)為雙聚分子（BeCl2）2（在773873K 下），溫度再高時(shí),1273KBe為2,Be為sp雜化，直線型。在雙聚體 （BeCl2）2 （g）中Be為SP2雜化。在固態(tài) BeCl2中CO 2, BeCl 2, Ag(NHHgCl2直線型分子，兩個(gè)n f3)2+, HgCl 2, ZnCl2,

12、HC WH (C 原子 sp 雜化)；Hg原子SP雜化平面三角形：BF3, SO3（g） , NO- 3,CO2- 3 , H2C=CH 2 （C 原子 sp2 雜化）；正四面體形：CH 4, SO2- 4 , SiF4, NH 4+ , Zn(NH 3)42+; ClO 4-, MnO- 4 , MnO2- 4 (Mn原子d3s雜化)；平面正方形：Cu(NH 3)42+, Zn(CN) 42-, PdCl 42-;、等性雜化與s-p型不等性雜化、等性雜化：由不同類(lèi)型的原子軌道“混合”起來(lái)，重新組合成一組完全等同的雜化軌道的過(guò)程稱(chēng)為等性雜化，形成的軌道為等性雜化軌道。各個(gè)雜化軌道的形狀和能量完

13、全相同。條件：當(dāng)成鍵原子中參與雜化的原子軌道上的電子數(shù)目等于雜化軌道數(shù)目，且與之成鍵的原子也完全相同，其雜化就是等性雜化。例如，CH4和CCl4與中心原子鍵合的是同一種原子，分子呈高度對(duì)稱(chēng)的正四面體構(gòu)型，其中的4個(gè)sp3雜化軌道自然沒(méi)有差別，這種雜化類(lèi)型叫做等性雜化。CH4甲烷分子中的C原子，用1個(gè)2s軌道和2Px、2Py、2Pz軌道進(jìn)行SP3雜化，SP3雜化軌道呈正四面體。成鍵的C原子以4個(gè)SP3雜化軌道分別與 4個(gè)H原子的1S 軌道形成4個(gè)C H b鍵，形成正四面體結(jié)構(gòu)分子。、不等性雜化：由不同類(lèi)型的原子軌道“混合”起來(lái)，重新組合成一組不完全等同的雜化軌道(形成的雜化軌道的能量不完全相等，

14、所含的成分也不完全相同)的過(guò)程稱(chēng)為不等性雜化，形成的軌道為不等性雜化軌道。參與雜化的原子軌道中存在孤對(duì)電子，則形成的雜化軌道的形狀和能量不完全相同。條件：i、當(dāng)成鍵原子中參與雜化的原子軌道上的電子數(shù)目等于雜化軌道數(shù)目，但是與之成鍵的原子不完全相同，其雜化就是不等性雜化。例如，CHCl 3和CH 2cl2(另一種看法是：等性雜化并不表示形成的共價(jià)鍵等同。例如，CHCl3為變形四面體，分子中三個(gè) C-Cl鍵與C-H鍵并不等同，但 C采取的雜化方式仍是 sp3等性雜化。)ii、當(dāng)成鍵原子中參與雜化的原子軌道上的電子數(shù)目多于雜化軌道數(shù)目，有的雜化軌道上必然會(huì)被孤對(duì)電子所占據(jù)，而被孤電子對(duì)占據(jù)的雜化軌道

15、所含的s成分比單個(gè)電子占據(jù)的雜化軌道含的s成分略大，更靠近中心原子的原子核，對(duì)成鍵電子對(duì)具有一定的排斥作用，參與成鍵雜化軌道具有更多的p軌道特征，此時(shí)，雖然與之成鍵的原子完全相同，其雜化就是不等性雜化。例如，H2O中的O、NH 3分子中的N和CH4分子中的C 一樣，采取的是 SP3雜化。 但由于H2O、NH 3分子中 保留有孤對(duì)電子，四個(gè)雜化軌道中只有部分參與成鍵，為不等性雜化，因此分子的形狀是不對(duì) 稱(chēng)的。（CH4分子中的鍵角109 °28 ' ,NH 3分子中的鍵角107 °18 ' ,H 2O分子中的鍵角 104 45 ' >判斷是否等性雜

16、化，要看各條雜化軌道的能量是否相等，不能看未參加雜化的軌道的能量。H2O "V”字形，NH 3和H3O+三角錐形，CHCl 3和CH 2c12、CH 3CI變形四面體形2pa a a2sN原子基態(tài)UTT2p2sO原子基態(tài)H 2O分子不等性sp 雜化軌道sp3雜化sp zK% 1-3 a （ s 代表含 s 成分）不等性sp3 雜化軌道NH3分子、部分雜化 、CO 22Px 2Py 2PzC原子SP雜狂工。一CO ! CO2直線型分子2so2p激發(fā)雜化PzSP雜化2Px 2Py 2Pz、乙烯分子中的C原子，用1個(gè)2s軌道和2Px、2Py軌道進(jìn)行SP2雜化，SP2雜化軌道呈平面正三角形。

17、成鍵的2個(gè) C原子各以1個(gè) SP2雜化軌道彼此重疊形成1個(gè) C C b鍵，并各以兩個(gè)SP2雜化軌道分別與2個(gè) H原子的1S軌道形成2個(gè) CHb鍵，這5個(gè)b鍵其對(duì)稱(chēng)軸都在同一平面內(nèi)。每個(gè) C原子余下的2Pz軌道彼此平行地重疊，形成兀鍵。、乙快分子 中的C原子，用1個(gè)2s軌道和1個(gè)2Px軌道進(jìn)行SP雜化，SP雜化軌道呈直線形。成鍵的2個(gè) C原子各以1個(gè) SP雜化軌道彼此重疊形成一個(gè)C C b鍵，并各以另1個(gè)SP雜化軌道分別與兩個(gè) H原子的1S軌道形成2個(gè) CH(r鍵，這3個(gè)b鍵其對(duì)稱(chēng)軸都在同一直線上。每個(gè) C原子余下2Py和2Pz軌道，2個(gè)2Py和2個(gè)2Pz分別平行地重疊，形成的鍵冗鍵共有2個(gè)。2s2pC原子基態(tài)附錄：某些元素化合物的分子結(jié)構(gòu)S原子sp 3雜化不等性sp3雜化直線型的疊氮酸根離子N 3 一,SC12,i * 一生: N O :N原子SP雜化 k不等性sp3雜化，聯(lián)氨（腫）H2N -NH 2,羥月N NH 2OHN2O直線型分 ：N N二0I* * *1子兩個(gè)n,宜4第一個(gè)N原子sp 2雜化，第二和第三個(gè)N原子sp雜化十一N O 舞。NO !)'O - j175pmN*0N1134.25°119.7pN原子SP2雜化，5個(gè)b鍵，1個(gè)口8鍵、碳族CO2