雜化軌道理論課件

1、雜化軌道理論 主講人：蔣毅民 教授1可編輯課件雜化軌道理論 主講人：蔣毅民 教授1可編輯課件知識(shí)回顧：價(jià)鍵理論的基本要點(diǎn)。問題：在H2S分子中兩個(gè)S-H鍵的夾角為什么 是90 而不是180 ？2可編輯課件知識(shí)回顧：價(jià)鍵理論的基本要點(diǎn)。問題：在H2S分子中兩個(gè)S-HCH4的分子結(jié)構(gòu)C 原子的基態(tài)為1s22s22px12py12pz0H2O的分子結(jié)構(gòu)O 原子的基態(tài)為1s22s22px12py12pz2 3可編輯課件CH4的分子結(jié)構(gòu)H2O的分子結(jié)構(gòu) 3可編輯課件二、雜化軌道理論1、SP3雜化（以甲烷的分子結(jié)構(gòu)為例） 雜化軌道理論認(rèn)為：在形成甲烷分子時(shí)，C原子 上的一個(gè)2s電子可被激發(fā)到2p空軌道上，

2、形成四個(gè)單鍵，這時(shí)雖然解決了4個(gè)共價(jià)鍵的問題，但是如果這4個(gè)軌道，即1個(gè)s軌道和3個(gè)p軌道，分別與4個(gè)氫原子結(jié)合，形成4個(gè)鍵能量是不同的，這與事實(shí)不符?；鶓B(tài)激發(fā)態(tài)4可編輯課件二、雜化軌道理論1、SP3雜化（以甲烷的分子結(jié)構(gòu)為例） 雜化 雜化軌道還認(rèn)為：在成鍵過程中，這4個(gè)不同的軌道重新組合成4個(gè)能量相等的新軌道，由于是由1個(gè)s與3個(gè)p軌道組合而成，因而新軌道稱作sp3雜化軌道。每一個(gè)sp3雜化軌道含1/4s成分和3/4p成分.激發(fā)態(tài)雜化態(tài)雜化這4個(gè)sp3雜化軌道分別與4個(gè)氫1s軌道重疊成鍵，形成CH4分子。所以四個(gè)C-H鍵是等同的。雜化態(tài)5可編輯課件 雜化軌道還認(rèn)為：在成鍵過程中，這4個(gè)不同的

3、軌道重新組合成46可編輯課件6可編輯課件7可編輯課件7可編輯課件 問題： 在CH4分子形成過程中，C原子的軌道為什么要激發(fā)，雜化？激發(fā)過程所需的能量從哪里來？8可編輯課件 問題：8可編輯課件盡管電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)需要一定的能量但其激發(fā)后能形成4個(gè)共價(jià)鍵比電子不激發(fā)只形成兩個(gè)C-H鍵放出的能量要大得多，這些能量足以補(bǔ)償電子激發(fā)所 需的能量而有余，因此，C與H形成化合物時(shí)生成CH4而不是CH2 軌道的雜化更有利于軌道之間的重疊成鍵。因?yàn)殡s化后電子云分布更為集中，可使成鍵的原子軌道間的重疊部分增大，成鍵能力增強(qiáng)，因此C與H原子能結(jié)合成穩(wěn)定的CH49可編輯課件盡管電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)需要一定的能

4、量 軌道的雜化更S軌道p軌道Sp雜化軌道CH4分子的空間結(jié)構(gòu)10可編輯課件S軌道p軌道Sp雜化軌道CH4分子的空間結(jié)構(gòu)10可編輯課件 雜化：在形成分子時(shí)，由于原子的相互影響，若干不同類型能量相近的原子軌道混合起來，重新組合成一組新的軌道，這種軌道重新組合的過程叫做雜化。 雜化軌道：通過雜化所形成的新軌道就稱為雜化軌道。注意兩點(diǎn)：(1)原子軌道的雜化只有在形成分子的過程中才會(huì)發(fā)生；(2)能量相近通常是指：ns與np、ns,np與nd或（n-1)d。以上是用雜化軌道理論來解釋CH4的結(jié)構(gòu)，得到了滿意的結(jié)論。從這里我們也可以看出：11可編輯課件 雜化：在形成分子時(shí)，由于原子的相互影響，若干不同類型能

5、2.sp2雜化一個(gè)s軌道和二個(gè)p軌道雜化,產(chǎn)生三個(gè)等同的sp2雜化軌道, sp2雜化軌道間夾角120，呈平面三角形。激發(fā)Sp2雜化重疊形成3個(gè)(sp2-p) 鍵BF3分子形成過程12可編輯課件2.sp2雜化一個(gè)s軌道和二個(gè)p軌道雜化,產(chǎn)生三個(gè)等同的spsp2雜化軌道示意圖BF3分子的結(jié)構(gòu)示意圖13可編輯課件sp2雜化軌道示意圖BF3分子的結(jié)構(gòu)示意圖13可編輯課件3.sp雜化進(jìn)行sp雜化時(shí)，每個(gè)雜化軌道由 S 軌道和 P 軌道組合而成，兩個(gè)雜化軌道之間的夾角為180。因此由sp雜化軌道構(gòu)成的分子具有直線形的構(gòu)型。重疊激發(fā)sp雜化BeCl2分子形成過程 形成2個(gè)(sp-s) 鍵14可編輯課件3.s

6、p雜化進(jìn)行sp雜化時(shí)，每個(gè)雜化軌道由 S 軌道和 sp雜化軌道示意圖BeCl2分子結(jié)構(gòu)示意圖15可編輯課件sp雜化軌道示意圖BeCl2分子結(jié)構(gòu)示意圖15可編輯課件4.sp3d2雜化sp3d2雜化軌道是由一個(gè)s軌道、三個(gè)p軌道和兩個(gè)d軌道組合而成，其特點(diǎn)是6個(gè)sp3d雜化軌道指向正八面體的六個(gè)頂點(diǎn)，相鄰的夾角為90 。激發(fā)雜化重疊16可編輯課件4.sp3d2雜化sp3d2雜化軌道是由一個(gè)s軌道、三個(gè)p軌sp3d2雜化軌道示意圖SF6分子的空間結(jié)構(gòu)17可編輯課件sp3d2雜化軌道示意圖SF6分子的空間結(jié)構(gòu)17可編輯課件5. 等性雜化與不等性雜化以H2O為例：價(jià)鍵理論：兩個(gè)2p軌道分別與兩個(gè)氫原子形

7、成兩 個(gè) P-S 鍵 鍵角為 90 雜化理論：O原子的2s和2p采取sp3雜化，O原子最外層有6個(gè)電子，四個(gè)雜化軌道中有兩個(gè)被兩對(duì)孤電子對(duì)占據(jù)，其余兩個(gè)軌道被兩個(gè)單電子占據(jù)，與兩個(gè)H形成兩個(gè)sp3-s共價(jià)鍵。18可編輯課件5. 等性雜化與不等性雜化以H2O為例：雜化理論：O原子的2O氧子基態(tài)sp3雜化態(tài)H2O分子雜化19可編輯課件O氧子基態(tài)sp3雜化態(tài)H2O分子雜化19可編輯課件課堂思考題：推斷、解釋NH3的結(jié)構(gòu)？N氧子基態(tài)sp3雜化態(tài)NH3分子雜化20可編輯課件課堂思考題：推斷、解釋NH3的結(jié)構(gòu)？N氧子基態(tài)sp3雜化態(tài)N孤電子對(duì)數(shù)： 0 1 2夾 角：109.5 107.3 104.5 空間

8、結(jié)構(gòu)： 正四面體 三角錐 V形結(jié)論：在CH4、NH3和H2O分子中，中心原子都取sp3雜化，其夾角隨孤電子對(duì)數(shù)的增加而減少。21可編輯課件孤電子對(duì)數(shù)： 0 6. 雜化軌道要點(diǎn)(3) 雜化只能發(fā)生在能級(jí)接近的軌道之間，如主量子數(shù)相同的s、p、d軌道之間，或(n-1)d與ns、np之間，能量也是相近的。亞層符號(hào)按能級(jí)升高的順序排列，例如d2sp3和sp3d2代表不同雜化軌道。(1 ) 軌道雜化是指同一個(gè)原子中相關(guān)軌道的混合,由此產(chǎn)生的雜化軌道也是原子軌道。 (2)參與雜化的軌道中電子所處的能級(jí)略有不同，而雜化軌道中的電子則處于相同能級(jí)。雜化后能級(jí)相當(dāng)于雜化前有關(guān)電子能級(jí)的中間值。22可編輯課件6.

9、 雜化軌道要點(diǎn)(3) 雜化只能發(fā)生在能級(jí)接近的軌道之間，(7) 雜化軌道成鍵時(shí)，要滿足化學(xué)鍵間最小排斥原理，鍵角越大，排斥力越小。雜化軌道類型不同，成鍵時(shí)鍵角不同，分子的空間結(jié)構(gòu)也不同。(4) 各種雜化軌道的“形狀”均為葫蘆形，由分布在原子核兩側(cè)的大小葉瓣組成，軌道的伸展方向是指大葉瓣的伸展方向，為簡(jiǎn)明起見往往不給出小葉瓣。(5) 雜化軌道的數(shù)目等于參與雜化的軌道的總數(shù)(6) 雜化軌道可分為等性雜化軌道與不等性雜化軌道兩種。23可編輯課件(7) 雜化軌道成鍵時(shí)，要滿足化學(xué)鍵間最小排斥原理，鍵角越大雜化軌道的類型與空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系雜化類型spsp2sp3sp3d2用于雜化的原子軌道數(shù)2346雜化軌道數(shù)2346空間構(gòu)型直線型平面三角形四面體八面體實(shí)例BeCl2BF3CH4SF6CO2BC