基礎化學雜化軌道理論18張幻燈片

1、基 礎 化 學 THE BASIC CHEMISTRY 化工與制藥學院基礎化學學科部 程清蓉雜化軌道理論一、雜化軌道理論的提出以甲烷分子的結構為例：簡單的電子配對法和價鍵理論在應用中會碰到許多問題。2p2sEC原子軌道據(jù)價鍵理論：C 原子只有兩個未成對電子，只能形成兩個共價鍵。且兩個C-H鍵 角互為90o。109o28甲烷的分子結構現(xiàn)代實驗測試結果表明：在甲烷分子中，每個C原子分別與四個H原子結合，是一個正四面體結構，C原子位于正四面體的中心，四個氫原子占據(jù)四面體的四個頂點。而且四個C-H鍵的鍵長，鍵能、鍵角均相同。C原子是四價態(tài)的。 2s2pE基態(tài)2s2p激發(fā)態(tài)激發(fā)假設：按照激發(fā)態(tài)成鍵，甲烷

2、分子的四個共價鍵中，三個相同，第四個不同。事實上，甲烷的四個鍵完全相同。雜化雜化軌道 在形成分子時，中心原子中能量相近的軌道經(jīng)過混雜平均化，重新分配能量和調(diào)整空間伸展方向，組成數(shù)目相同、能量相等的新的原子軌道，這種混雜平均化的過程稱為原子軌道的“雜化”，所得到新的原子軌道稱為“雜化軌道” 。二、雜化軌道理論的概念雜化2s2pE基態(tài)2s2p激發(fā)態(tài)激發(fā)雜化軌道C原子軌道的雜化過程如下： 分子結構雜化軌道形狀三、雜化軌道理論的基本要點1）在形成分子時，同一原子中能量相近的原子軌道之間通過混合疊加，形成成鍵能力更強的新軌道，即雜化軌道。 由于雜化后軌道形狀變得一頭大一頭小,成鍵時能夠更好地與其它原子軌

3、道重疊,所以成鍵能力更強。這樣形成共價鍵放出的能量更多!形成的共價鍵更加穩(wěn)定。3). 一定數(shù)目的原子軌道雜化后可得到數(shù)目相同，能量相等的各類雜化軌道。2). 原子軌道雜化時，一般成對電子激發(fā)到空軌道而形成單電子，這個過程所需要的能量完全由成鍵時放出的能量予以補償。如：C原子軌道的雜化過程獲得能量釋放能量四、s和p原子軌道雜化1、sp雜化軌道 sp雜化軌道是由一個s軌道和一個p軌道雜化得到的雜化軌道。例如：BeCl2分子：Be原子軌道s和p原子軌道雜化有三種方式：sp、sp2、sp3雜化。 雜化軌道形狀 sp雜化軌道的特點：每個sp雜化軌道含有1/2s、1/2p軌道的成分，兩個sp雜化軌道間的夾

4、角是180，呈直線形型。由于軌道的雜化，雜化軌道具有一頭大另一頭小的結構，這種結構更有利于原子軌道的重疊，所形成的化學鍵更穩(wěn)定。BeCl2分子結構分子結構:CO2原子軌道形狀:分子軌道形狀:OO 2、sp2雜化軌道sp2雜化軌道是由1個ns軌道和2個np軌道雜化而成。例如BF3：雜化軌道形狀分子結構 每個sp2雜化軌道的形狀也是一頭大一頭小，每個雜化軌道含1/3 s和2/3 p成分。雜化軌道相互成1200角，是平面結構。例如:BCl3, BBr3, BI3, NO3-, CO32-等都是采用sp2雜化軌道成鍵HHHH 分子結構CC 分子軌道形狀乙烯分子C原子軌道HHCCsp2雜化sp2雜化軌道

5、 sp3雜化軌道是由1個s軌道和3個p軌道雜化而形成的，例如：CH4分子： 分子結構雜化軌道形狀特點：每個sp3雜化軌道的形狀也是一頭大一頭小，含有1/4 s和3/4 p軌道的成分。sp3雜化軌道相互間的夾角為109.50，空間構型為正四面體。 3、sp3雜化軌道另外，SiH4, CCl4, GeH4, NH4+等分子中，中心原子都是以sp3雜化軌道成鍵的。 必須指出的是：不僅s, p原子軌道可以雜化，d軌道也可以參與雜化。 1956年我國結構化學家唐敖慶提出了d軌道參與雜化的新概念。使得雜化軌道理論更加完善。五、等性雜化和不等性雜化軌道 在s-p雜化的過程中，每一種雜化軌道所含 s 和p 的

6、成分相同（p軌道還有剩余的空軌道，以便s電子的激發(fā)進入）這樣的雜化軌道稱為等性雜化軌道。 在s-p雜化過程中形成一個新雜化軌道所含s和p的成分不同，這樣的雜化軌道稱為不等性雜化軌道。 N：2s22p3, 由于這種電子構型就是激發(fā)也不能使電子成單，所以必將有一對電子不能參與成鍵，成為孤對電子。在進行sp3雜化時，4個sp3雜化的s和p成分并不相同，這時采用sp3不等性雜化，成鍵時，只有3個sp3雜化軌道與H原子成鍵，成鍵電子對的鍵角為107，NH3分子呈三角錐結構，而雜化軌道成四面體構型。 如圖所示：NH3注意：已無空軌道供s電子進入H不是直接進入p軌道，而是在四個軌道先整體不等性雜化后再進入s

7、p3不等性雜化1、NH3分子結構 2、H2O分子結構 H2O分子結構：O：2s22p4,即3個p軌道上已經(jīng)填了4個電子。那么，無論s電子激發(fā)到哪個p軌道上，都將有兩對不能成鍵的孤對電子，所以它只能采用不等性sp3雜化。 O原子軌道雜化后成鍵1.判斷下列分子的雜化軌道類型（A）NH3 （B）BCl3 （C）PCl3 （D）H2S1s2s2pN雜化1s1s2s2pB雜化1s3s3pP雜化3s不等性sp3不等性sp3等性sp2不等性sp23s3pS雜化2. 已知 ClCCl = 120，OCCl =120， COCl2中的雜化軌 道類型。 雜化軌道理論很好地解釋了分子的形狀、鍵長、鍵角等現(xiàn)象。但不能解釋分子的光譜和磁性等現(xiàn)象。前章我們討論了光電效應，光是由于電子從高能級跳回低能級釋放能量的一種形式。而磁性是與電子自旋有關的，如果分子中電子全部成對，則分子沒有磁性。分子的磁性用磁矩表示，它成單電子數(shù)有如下關系： 實驗測得氧分子的磁矩為2.83MB，按上式計算n=2，有兩個孤對電子，氧