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浙江省奉化中学高中校本选修课程《物质结构与性质》竞赛讲义:课题15+++杂化轨道理论


课题 15

杂化轨道理论

学习目标:1、知道杂化轨道理论; 2、杂化轨道的类型; 3、等性杂化与不等性杂化; 4、杂化轨道的类型与分子空间构型。 学习过程: 1931 年,鲍林在价键理论的基础上提出。形成分子时由于原子之间存在互相影响,使 若干不同类型能量相近的原子轨道混合起来, 重新组合成一组新的轨道的过程叫杂化, 所形 成的新轨道叫做 一、杂化轨道。 具有了杂化轨道的中心原子的单电子与其他原子自旋相反的单电子形成共价键。 二、杂化轨道的类型: ①sp 杂化。一个 s 轨道和一个 p 轨道进行 sp 杂化,组合成两个 sp 杂化轨道,每个杂 化轨道含有 s和 p 的成分,两个杂化轨道间的夹角为 180° ,呈直线型。如 BeCl2 分子。

BeCl2 分子形成过程示意图

②sp2 杂化。一个 s 轨道和两个 p 轨道杂化,每个杂化轨道都含有 s 和 杂化轨道间的夹角为 120° ,呈平面三角形。如 BF3 分子。

p 的成分,

③sp3 杂化。由一个 s 轨道和三个 p 轨道组合而成,每个杂化轨道含有 成分。杂化轨道间的夹角为 109° 28’,空间构型为四面体型。如 CH4 分子。

s 和

p的

CH4 分子的形成过程示意图 除 s-p 杂化以外,还有 d 轨道参加的 sp3d 和 sp3d2 杂化轨道等(如 PCl5 分子和 SF6 分子) 。 PCl5 分子和 SF6 分子的空间构型 ④等性杂化与不等性杂化。 等性杂化:CH4 分子中 C 原子采取 sp3 杂化,四个 sp3 杂化轨道全部用来与氢的 1s 轨道成键,每个杂化轨道都是等同的,具有完全相同的特性。 不等性杂化:由于孤对电子的存在而造成的各个杂化轨道不等同。如,形成 H2O 分 子时,O 原子也采取 sp3 杂化,在四个 sp3 杂化轨道中,有两个杂化轨道被两对孤对电子所

占据,剩下的两个杂化轨道为两个成单电子占据,与两个 H 原子的 1s 轨道形成两个共价单 键。因此,H2O 分子的空间构型为 V 型结构,同时由于占据两个 sp3 杂 化轨道的两对孤对电子之间排斥作用较大, 使两个 O-H 键间的夹角不是 109° 28’而是 ° 104.5 。同样,NH3 分子形成过程中,N 原 子也采取 sp3 不等性杂化,由于 N 原子的一 对孤对电子占据了一个 sp3 杂化轨道, NH3 分子的空间构型为三角锥型,N-H 键 之间的夹角为 107° 18。 H2O 分子和 NH3 的空间构型 杂化轨道理论小结: 原子在成键时状态变化 —— 价电子激发 —— 成键原子轨道 “ 混杂 ”—— 重新组合成 ——形成杂化轨道。 杂化条件——轨道能级相近。 杂化前原子轨道数=组合后杂化轨道数。形状葫芦形,一头大,一头小。 杂化轨道成键能力>原未杂化轨道的成键能力,形成的化学键键能大,生成的分子更 稳定。


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