杂化轨道理论简介

分类:2-2分子的空间结构 日期:

1.杂化轨道的含义

杂化轨道理论是一种价键理论,是鲍林为了解释分子的空间结构提出的。

(1)轨道的杂化:在外界条件影响下,原子内部能量相近的原子轨道发生混杂,重新组合成一组新的轨道的过程。

(2)杂化轨道:原子轨道杂化后形成的一组新的原子轨道,叫做杂化原子轨道,简称杂化轨道

(3)杂化轨道的特点

杂化轨道数等于参与杂化的原子轨道数;

杂化改变了原子轨道的形状方向

杂化使原子的成键能力增强

杂化轨道用于构建分子的σ轨道和孤电子对轨道。

2.杂化轨道理论的要点

(1)原子形成分子时,通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。发生轨道杂化的原子一定是中心原子。

(2)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生,孤立的原子不可能发生杂化。

(3)只有能量相近的原子轨道才能杂化(2s2p)

(4)杂化前后原子轨道数目不变(参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目),且杂化轨道的能量相同

(5)为使相互间的排斥力最小,杂化轨道在空间取最大夹角分布。杂化后轨道的伸展方向形状发生改变,但相同杂化形式的杂化轨道形状完全相同。杂化使原子的成键能力增加。形成的共价键更牢固

(6)杂化轨道用于形成σ或者用来容纳未参与成键的孤电子对。未参与杂化的p轨道可用于形成π键。分子的空间结构主要取决于原子轨道的杂化类型  

(7)杂化轨道成键时仍具有共价键的特征——方向性和饱和  

(8)杂化轨道数=中心原子上的孤电子对+与中心原子结合的原子数。

3.杂化轨道类型

类型

形成过程

夹角

空间结构

sp3杂化轨道

sp3杂化轨道是由1s轨道和3p轨道杂化形成的

109°28′

正四面体

sp2杂化轨道

sp2杂化轨道是由1s轨道和2p轨道杂化而成的

120°

平面三角

sp杂化轨道

sp杂化轨道是由1s轨道和1p轨道杂化而成的

180°

直线

【特别说明】原子轨道发生sp杂化时,还有2np轨道未发生杂化,若np轨道上有未成对电子,形成分子时2np轨道上的电子会形成π键。

1sp3杂化与CH4分子的空间构型

(1)杂化轨道的形成

碳原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道,12s轨道和32p轨道混合,形成能量相等、成分相同的4sp3杂化轨道。

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4sp3杂化轨道在空间呈正四面体形,轨道之间的夹角为109°28',每个轨道上都有一个未成对电子

(2)共价键的形成

碳原子的4sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠,形成4个相同的σ键。

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(3)CH4分子的空间构型

CH4分子为空间正四面体结构,分子中C—H键之间的夹角都是109°28′

(4)正四面体结构的分子或离子的中心原子,一般采用sp3杂化轨道形成共价键,如CCl4 NH4+等。金刚石中的碳原子、晶体硅和石英(SiO2)晶体中的硅原子也是采用sp3杂化轨道形成共价键的。

2sp2杂化与BF3分子的空间构型

(1)sp2杂化轨道的形成

硼原子2s轨道上的1个电子进入2p轨道。12s轨道和22p轨道发生杂化,形成能量相等、成分相同的3sp2杂化轨道。

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硼原子的3sp2杂化轨道呈平面三角形3sp2杂化轨道间的夹角为120°(2)共价键的形成

硼原子的3sp2杂化轨道分别与3个氟原子的12p轨道重叠,形成3个相同的σ键。

(3)BF3分子的空间构型

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BF3分子的空间构型为平面三角形,键角为120°

3sp杂化与BeCl2分子的空间构型

(1)杂化轨道的形成

Be原子2s轨道上的1个电子进入2p轨道,12s轨道和12p轨道发生杂化,形成能量相等、成分相同的2sp杂化轨道。

image     

Be原子的sp杂化轨道呈直线形,其夹角为180°

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(2)共价键的形成

Be原子的2sp杂化轨道分别与2Cl原子的13p轨道重叠形成2个相同的σ键。

(3)BeCl2分子的空间构型

BeCl2分子为空间构型为直线形,分子中Be—Cl键之间的夹角为180°

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