高校化学教材中杂化轨道理论的拓展应用举例_判断分子结构和离域键类型
杂化轨道理论对烃类分子结构的解释
【拓展实践】杂化轨道理论对烃类分子结构的解释基态的碳原子最外层上只有2个成单电子，根据共价键的饱和性，1个碳原子应该只能与其它原子形成2对共用电子.可是为什么有机化合物中碳总是四价(形成了4对共用电子对）呢?同样是由碳原子和氢原子构成，为什么甲烷是正四面体结构，而乙烯和苯是平面结构？乙炔则又成为直线型结构呢?为解决这样的问题,科学家提出了电子跃迁说和轨道杂化学说。
1．电子跃迁2s 22p 2是碳原子的基态电子排布,但碳参加化学反应时，首先要吸收一定的能量，这样会使2s 亚层上的一个电子能量升高而跳到2p 亚层上去（下图中的“过程1”），这样的话，就使得碳原子最外层上的成单电子数变为4个，解释了碳在有机化合物中的4价（可以形成4对共用电子对）问题。
2．sp 3杂化电子跃迁说虽然解释了有机物中碳呈4价的问题，可是还不能很好地解释为什么甲烷分子中的碳原子呈正四面体结构的问题。
因为即使发生了电子跃迁后，碳原子最外层的四个电子并不完全等价的，从共价键的方向性来看，它们分别与氢的1s 电子云重叠时，不可能正四面体型的空间结构.为此，科学界认为，跃迁后的轨道要先行“杂化”,再与氢原子或其它原子结合成键.甲烷分子中，是1个2s 轨道与3个2p 轨道全部发生杂化（叫sp 3杂化,见上图中的“过程2”,“杂化”可通俗地认为是轨道能量、形状的平均化）。
由于s 轨道的形状是球形，p 轨道的形状是纺锤形,故sp 3杂化轨道兼有s 轨道和p 轨道（球形和纺锤形)二者的模样,见下图:4个杂化轨道在空间最稳定的取向是，其小的一头（表示电子云密度较小）朝向内部,而大的一头(表示电子云密度大）则朝向外边，4个大头指向空间正四面体的4个顶点（上图右）。
这样，根据共价键的方向性原则,当氢原子与发生sp 3杂化后的碳原子成键时，氢原子的1s 电子云总是要沿着sp 3杂化轨道电子云密度最大方向来与其发生电子云重叠，于是就形成了具有正四面体结构的甲烷分子。
杂化轨道理论完整ppt课件
•杂化轨道理论基本概念•s-p 杂化轨道•p-d 杂化轨道•d-f 杂化轨道•杂化轨道理论与分子构型关系•杂化轨道理论在化学领域应用•总结与展望目录01杂化轨道理论基本概念原子轨道与杂化轨道原子轨道杂化轨道sp 杂化sp2杂化sp3杂化030201杂化类型及特点杂化轨道形成过程激发原子中能量相近的不同类型原子轨道在成键过程中重新分配能量和确定空间方向，组成数目相等的新的原子轨道。
杂化重新组合后的原子轨道称为杂化原子轨道，简称杂化轨道。
成键杂化后的原子轨道能量相等、成分相同，仅空间方位不同。
杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理。
02s-p杂化轨道s-p杂化原理及类型s-p杂化原理s-p杂化类型根据参与杂化的s和p轨道数目不同，可分为sp、sp²、sp³等类型。
s-p杂化实例分析乙烯分子中的C=C双键炔烃分子中的C≡C三键s-p杂化性质总结s-p杂化轨道具有方向性和饱和性01s-p杂化影响分子构型和性质02s-p杂化与化学键稳定性0303p-d杂化轨道p-d杂化原理及类型p-d杂化原理p-d杂化类型p-d杂化实例分析实例一PCl5分子。
磷原子中的3个p轨道和1个d轨道发生杂化，形成5个sp3d杂化轨道，分别与5个氯原子形成共价键。
这种杂化解释了PCl5分子的三角双锥构型。
实例二SF6分子。
硫原子中的3个p轨道和2个d轨道发生杂化，形成6个sp3d2杂化轨道，分别与6个氟原子形成共价键。
这种杂化解释了SF6分子的八面体构型。
化学键性质p-d 杂化轨道中的电子分布和键合情况决定了分子的化学键性质，如键长、键角、键能等。
这些性质与分子的稳定性和反应性密切相关。
几何构型p-d 杂化轨道形成的分子具有特定的几何构型，如三角双锥、八面体等，这些构型与参与杂化的轨道数目和类型密切相关。
光学性质p-d 杂化轨道对分子的光学性质也有影响，如吸收光谱、发射光谱等。
这些性质与分子中的电子跃迁和能级结构有关。
杂化轨道理论在有机化学教学中的应用
分子构型：杂化分子是三维立体的。
在写反应机理时，必须考虑到有机化合物的三维立体结构。
常会出现这样的情况：从平面图看似合理的东西，如果考虑到反应的立体空间性质，则会清楚的发现全然不合理，反之亦然。
图 1.16 分子的平面结构和三维立体结构有机化学工作者用原子的杂化轨道理论给分子构型赋予理性、来理解分子构型。
杂化轨道理论是Lewis 理论和分子轨道理论的牵强组合，事实上这个理论的基础并不牢靠。
然而，杂化轨道理论在结构和反应性上应用很广泛，有机化学工作者们用它分析结构和反应性更为理性，因为它在使用和理解上都比较简单，而且能解决问题。
在讨论杂化轨道理论之前，我们先回顾一下分子轨道(MO) 理论的基本概念。
下面的讨论点到为止，并不展开。
不像早期核理论所说的，电子像行星绕恒星那样绕原子核运动。
为容易理解，打个比方，电子绕核运动像夏天的傍晚一群昆虫嗡嗡围着脑袋一样。
再进一步，我们无法给出一只昆虫的具体位置；我们只能大致描述能找到昆虫的区域，比如，在离嘴和鼻孔之间不远的空中。
同样，我们也得不到电子的确切位置；只能借助数学工具用轨道方程来描述能量一定的电子在特定区域出现的概率。
实际上，几率是对空间位置所在轨道的值求根得到的。
有机化学工作者最关心的是像C，N，O 这样有四个原子轨道(AO) 的原子，一个s 轨道、三个p 轨道，每个轨道包括一或两个电子。
s 价层轨道比p 价层轨道能量低。
s 轨道呈球形，几个p 轨道都呈哑铃形且两两正交（并不交迭），如图1.17 所示。
一个p 轨道有两个瓣；在数学方程中这两个瓣被分别表示为一正一负（这里的正负号不能和电荷的正负混淆）.图 1.17 s 轨道和p 轨道每个p 轨道描述了一种电子分别沿x, y, z 轴的分布，所以三个p 轨道相互正交，但是当三个p 轨道两两正交并叠加在一起时，电子的分布又可以用球形表示。
图 1.18 两两正交的轨道和相互垂直叠加的三个p 轨道当两个原子空间距离很近时，每个原子上电子的能量和几率分布随其它核的存在而改变。
氮原子的杂化轨道类型
氮原子的杂化轨道类型氮原子是一种常见的元素，它在自然界中广泛存在，并在许多重要的化学反应中发挥着关键作用。
氮原子的电子构型为1s2 2s2 2p3，它的5个电子分布在不同的轨道中，其中2个在2s轨道中，剩下的3个在2p轨道中。
在化学反应中，氮原子往往会形成共价键或离子键，而其杂化轨道的类型则在很大程度上决定了其反应行为和性质。
氮原子的杂化轨道类型主要包括sp、sp2和sp3。
在这些杂化轨道中，s轨道和p轨道中的电子进行混合，形成新的杂化轨道，从而使得原子可以更好地参与化学反应。
sp杂化轨道是s轨道和一个p轨道的混合，形成两个sp杂化轨道和一个剩余的p轨道。
sp2杂化轨道是s轨道和两个p轨道的混合，形成三个sp2杂化轨道。
而sp3杂化轨道则是s轨道和三个p轨道的混合，形成四个sp3杂化轨道。
这些杂化轨道类型的不同会导致氮原子在共价键形成时的几何构型和键角的差异，进而影响其分子的性质。
在sp杂化轨道中，氮原子的一个s轨道和一个p轨道发生混合，这种杂化轨道形成的分子通常呈线性结构。
这种线性结构的分子通常具有较高的对称性，稳定性较高。
例如，氮气中的两个氮原子之间的三重键即是通过sp杂化轨道形成的。
而在sp2杂化轨道中，氮原子的一个s轨道和两个p轨道混合，形成的分子通常呈三角形平面构型。
典型的例子是氨分子NH3，其中氮原子的三个sp2杂化轨道与3个氢原子形成三个σ键。
sp3杂化轨道则是最常见的一种类型，因为它可以形成四条σ键，使得分子可以形成更加稳定的结构。
在sp3杂化轨道中，氮原子的一个s轨道和三个p轨道混合，形成四个sp3杂化轨道，从而使氮原子可以与其他原子形成四条σ键。
例如，在氨基团NH2中，氮原子通过其三个sp3杂化轨道与三个水素原子形成三条σ键，而通过剩余的一个sp3杂化轨道与其他原子形成一条σ键。
除了以上提到的sp、sp2和sp3杂化轨道类型外，氮原子还可能存在其他类型的杂化轨道，如sp3d和sp3d2。
杂化轨道详细解说汇总
杂化轨道详细解说汇总⾼中化学7：杂化轨道1、概念理解原⼦在形成分⼦时，原⼦轨道不可能只重叠⽽本⾝不变，实际上个原⼦的价电⼦运动状态必然改变，⽽使成键能⼒尽可能增加，体系能量尽可能降低。
能量相近的不同原⼦轨道重新合成相同数⽬的新原⼦轨道。
通常有sp型、dsp型、spd型等。
杂化并⾮⼀个实际过程，⽽是⼀个数学概念。
为了得到波动⽅程有关价层电⼦的解，及波函数⽽采取的⼀个步骤。
和原有的s、p轨道相⽐，杂化轨道分布图具有⼀个肥⼤的正瓣，这⼀区域⼤⼤有利于成键轨道之间的重叠。
⽽且杂化轨道空间分布合理，降低了成键电⼦的排斥。
2个⽅⾯都有利于体系能量的下降。
2、价层电⼦对互斥理论（VSEPR理论）对轨道形状的推测2.1、价层电⼦对互斥理论（VSEPR理论）：对于⼀个ABm型分⼦（或离⼦），围绕中⼼A原⼦的价层对⼦对（包括成键电⼦对和未成键的孤电⼦对）的空间分布是受静电相互作⽤所⽀配。
电⼦对之间尽可能互相远离，这样斥⼒⼩，体系趋于稳定。
2.2、A原⼦价层电⼦对数的确定：[A原⼦价层电⼦数 + B原⼦提供的⽤于形成共价单键的电⼦数（双剑、三键均按⽣成⼀个单键考虑）]/2若是阴离⼦，电⼦数要加阴离⼦电荷数，阳离⼦则要减去。
B是H或卤素元素，每个原⼦提供⼀个共⽤电⼦。
B若是是氧族元素，规定不提供共⽤电⼦。
四氯化碲TeCl4分⼦：Te有6个价层电⼦，加上4个Cl提供的共⽤电⼦，中⼼Te原⼦价层电⼦数等于10，对数为5。
SO42-离⼦：S有6个价层电⼦，规定O原⼦不提供共⽤电⼦，加上离⼦电荷数2，中⼼S原⼦价层电⼦数等于8，对数为4。
2.3、VSEPR理论推测分⼦形状：判断⾮过渡元素化合物的分⼦（或离⼦）的⼏何构型是相当成功的。
价层电⼦对数在4以内，未发现例外；价层电⼦对数为5、6时，发现个别例外；价层电⼦对数为7以上时，中⼼不单⼀，出⼊较⼤；步骤：1、确定中⼼原⼦的价层电⼦对数2、确定价层电⼦对对应的最佳分布构型：2直线、3平⾯三⾓、4正四⾯体、5三⾓双锥体、6正⼋⾯体。
杂化轨道的类型与分子空间构型
杂化轨道的类型与分子空间构型一、杂化类型有1）sp杂化同一原子内由一个ns轨道和一个np轨道发生的杂化，称为sp杂化。
杂化后组成的轨道称为sp杂化轨道。
sp杂化可以而且只能得到两个sp杂化轨道。
实验测知，气态BeCl2中的铍原子就是发生sp杂化，它是一个直线型的共价分子。
Be 原子位于两个Cl原子的中间，键角180°，两个Be－Cl键的键长和键能都相等2）sp2杂化同一原子内由一个ns轨道和二个np轨道发生的杂化，称为sp2杂化。
杂化后组成的轨道称为sp2杂化轨道。
气态氟化硼（BF3）中的硼原子就是sp2杂化，具有平面三角形的结构。
B原子位于三角形的中心，三个B－F键是等同的，键角为120°3）sp3杂化可以而且只能得到四个sp3杂化轨道。
CH4分子中的碳原子就是发生sp3杂化，它的结构经实验测知为正四面体结构，四个C－H键均等同，键角为109°28′。
这样的实验结果，是电子配对法所难以解释的，但杂化轨道理论认为，激发态C原子（2s12p3）的2s轨道与三个2p轨道可以发生sp3杂化，从而形成四个能量等同的sp3杂化轨道sp型的三种杂化二、σ键和π键σ键属于定域键，它可以是一般共价键，也可以是配位共价键。
一般的单键都是σ键。
原子轨道发生杂化后形成的共价键也是σ键。
由于σ键是沿轨道对称轴方向形成的，轨道间重叠程度大，所以，通常σ键的键能比较大，不易断裂，而且，由于有效重叠只有一次，所以两个原子间至多只能形成一条σ键。
π键（pi bond）成键原子的未杂化p轨道，通过平行、侧面重叠而形成的共价键，叫做π键，可简记为“肩并肩”。
π键与σ键不同，它的成键轨道必须是未成对的p轨道。
π键可以是两中心，两电子的定域键，也可以是多中心，多电子的大Π键；同时，π键既可以是一般共价键，也可以是配位共价键。
两个原子间可以形成最多2条π键，例如，碳碳双键中，存在一条σ键，一条π键，而碳碳三键中，存在一条σ键，两条π键。
高考的化学：杂化轨道理论(现用图解)
高考化学：杂化轨道理论(图解）一、原子轨道角度分布图S Px Py Pz dz2dx2-y2dxy dxz dyz二、共价键理论和分子结构㈠、共价键理论简介１、经典的化学键电子理论：1916年德国化学家柯塞尔(Kossel)和1919年美国化学家路易斯(Lewis)等提出了化学键的电子理论。
他们根据稀有气体原子的电子层结构特别稳定这一事实，提出各元素原子总是力图（通过得失电子或共用电子对）使其最外层具有８电子的稳定结构。
柯塞尔用电子的得失解释正负离子的结合。
路易斯提出，原子通过共用电子对而形成的化学键称为共价键(covalent [kǝu`veilent]bond[bכnd])。
用黑点代表价电子（即最外层s，p轨道上的电子），可以表示原子形成分子时共用一对或若干对电子以满足稀有气体原子的电子结构。
为了方便，常用短线代替黑点，用“－”表示共用１对电子形成的共价单键，用“＝”表示２对电子形成的共价双键，“≡”表示３对电子形成的共价叁键。
原子单独拥有的未成键的电子对叫做孤对电子(lone[lǝun]pair[pεǝ]electron[i`lektrכn])。
Lewis结构式的书写规则又称八隅规则（即８电子结构）。
评价贡献：Lewis共价概念初步解释了一些简单非金属原子间形成共价分子的过程及其与离子键的区别。
局限性：①、未能阐明共价键的本质和特性；②、八隅规则的例外很多。
PCl5SF6BeCl2BF3NO，NO2…中心原子周围价电子数10 12 4 6 含奇数价电子的分子…③、不能解释某些分子的性质。
含有未成对电子的分子通常是顺磁性的（即它们在磁场中表现出磁性）例如O2。
２、1927年德国的海特勒Heitler和美籍德国人的伦敦London两位化学家建立了现代价键理论，简称VB理论（电子配对法）。
1931年，鲍林在电子配对的基础上提出了杂化轨道理论的概念，获1954年诺贝尔化学奖。
３、1928年－1932年，德国的洪特(F.Hund)和美国的马利肯(R.S.Mulliken)两位化学家提出分子轨道理论，简称MO理论。
杂化轨道理论的应用
s H H C=C H 平面三角形 H H H C—C C 轨道夹角1200 C H H s C–C 键 sp2–sp2
链接6-3 链接6-4 SP2和PZ的垂直关系 SP2和PZ的垂直关系 链接6-5 乙烯模型-1 链接6-6 乙烯模型-2
五、乙炔的结构
CH CH H-C C-H 。 实验数据：直线型分子 H-C-H键角180
问题1：有机结构理论主要讲述哪些内容？ (1) 问题 4有机物结构基础 ：有机物立体结构主要学习哪些内容？
(2)有机物的立体结构 (1)有机物的立体结构包括：构型和构象。构型异 问题 2：结构基础讲述哪些理论？说明什么问题？ 构包括：顺反异构和对映异构。 结构基础主要讲述：杂化轨道理论、分子轨道 (2)顺反异构和对映异构：主要掌握造成异构的原因、正 理论、共振论等。可用以解释说明有机物的价键是 确的书写表达、系统命名规则； 怎样形成的。如：甲烷为什么是正四面体结构？烯 构象：主要掌握各种构象式稳定性的差异和表达方式。 烃为什么比烷烃活泼？根据苯的分子组成，怎样解 释其稳定性？……
1040
CH2 CH2
九、乙醛的结构
H C CH3
.. O
乙醛分子的结构
练习：根据模型写出对应有机物的构造式
1、 H 2、 C O
3、
O
4、
O
5、
Cl
6、
7、
H 8、 C
9、
H C Cl
小结
杂化轨道理论，是对电子配对法的补充和 完善，是有机价键结构的基础。据此可以很好 地解释说明有机分子的形成（分子结构）。 (1)杂化轨道的形状不同于原轨道 (2)杂化轨道的数量和原轨道总数相等 (3)几个相同杂化轨道具有相同的能量状态 (4)杂化轨道的空间形状，是由于电子云之 间的相互斥力达到平衡时，而形成的最稳 定状态。
高中化学竞赛之杂化轨道理论
2．苯分子的空间结构
碳原子的p轨道
杂化轨道理论解释苯分子的结构：
C为SP2杂化 C-C (sp2-sp2 ) ; C-H (sp2-s )
所有原子（12个）处于同一平面
分子中6个碳原子未杂化的2P轨道 上的未成对电子重叠结果形成了
一个闭合的、环状的大π键
形成的π电子云像两个连续的面包圈，一个位于平面上面， 一个位于平面下面，经能量计算，这是一个很稳定的体系。
sp型的三种杂化
杂化类型 参与杂化 的原子轨 道 杂化轨道 数 sp 1个s + 1个p 2个sp杂化轨 道 180o 直线 sp2 1个s + 2个p sp3 1个s + 3个p
3个sp2杂化轨 4个sp3杂化轨 道 道 120o 正三角形 BF3, BCl3 109.5o 正四面体
杂化轨道 间夹角 空间构型 实例
c)处理离子时，要加减与离子价数相当的电子，如 PO4 3－ ：5+0 4+3=8 ， NH4＋ ： 5+1 4 -1= 8 。
代表物 杂化轨道数 CO2
（4+0）÷2=2
杂化轨道 类型
SP SP2 SP3 SP2
分子结构
直线形 平面三角形 正四面体形 V形 三角锥形
CH2O （4+2+0）÷2=3
BeCl2，C2H2
CH4，CCl4
sp2 杂 化 轨 道
乙烯中的Ｃ在轨道杂化时，有一个Ｐ轨 道未参与杂化，只是Ｃ的２s与两个２p轨 道发生杂化，形成三个相同的sp2杂化轨道， 三个sp2杂化轨道分别指向平面三角形的三 个顶点。未杂化p轨道垂直于sp2杂化轨道所 在平面。杂化轨道间夹角为120°。
共价键与分子的空间构型
杂化轨道理论在无机化学中的应用
杂化轨道理论在无机化学中的应用杂化轨道理论是无机化学中的重要理论之一，它描述了原子核周围的电子在形成化学键时如何重新组合其轨道。
本文将探讨杂化轨道理论在无机化学中的应用，并就其在配位化合物、晶体结构和反应机制等方面进行具体分析。
1. 杂化轨道理论简介杂化轨道理论最早由保罗·迪拉克提出，旨在解释化学键的形成和分子的几何结构。
该理论认为，原子核周围的电子通过重新组合其自身的轨道，形成能够在化学键形成中发挥作用的新轨道，即杂化轨道。
杂化轨道可以分为sp、sp2和sp3等不同类型，每种类型对应于不同的轨道重叠方式和几何结构。
2. 杂化轨道理论在配位化合物中的应用配位化合物是无机化学中的重要研究对象，杂化轨道理论在解释其结构和性质方面发挥着关键作用。
以d轨道杂化为例，过渡金属离子的d轨道可以与配位体的p轨道重叠形成配位键。
通过杂化轨道理论，我们可以预测配位化合物的几何构型、配位键的强度和配位体的配位方式。
3. 杂化轨道理论在晶体结构中的应用晶体结构是无机化合物中的另一个重要方面，杂化轨道理论可以解释晶体中的离子排列和离子键的形成。
根据杂化轨道理论，由s轨道和p轨道杂化而来的sp3杂化轨道可以形成简单离子键，从而解释晶体中的离子排列；而由d轨道和p轨道杂化而来的杂化轨道则可以形成复杂离子键，使得晶体结构具有更复杂的几何形态。
4. 杂化轨道理论在反应机制中的应用杂化轨道理论不仅可以解释化学键的形成和结构，还可以揭示化学反应的机制。
例如，在配位反应中，原有的配体与金属离子的配位键断裂，新的配体与金属离子形成配位键。
通过杂化轨道理论，我们可以分析和预测反应中的中间体和过渡态，并进一步理解反应机制。
综上所述，杂化轨道理论在无机化学中的应用非常广泛，无论是在配位化合物、晶体结构还是反应机制的研究中，都发挥着重要作用。
杂化轨道理论的应用不仅能够帮助我们理解无机化学现象的本质，还对材料科学和催化化学等领域的发展具有重要意义。
杂化轨道的判断方法
杂化轨道的判断方法一、杂化轨道判断的重要性。
1.1 化学世界的钥匙。
杂化轨道理论就像是一把神奇的钥匙，能帮我们打开理解分子结构和性质的大门。
要是不懂杂化轨道咋判断，那在化学这个大迷宫里可就容易迷路喽。
这理论在解释分子的形状、化学键的类型和物质的各种化学性质方面，那可是相当关键的。
1.2 实际应用的基石。
在现实生活中，从药物研发到材料科学，杂化轨道的判断都是基础。
比如说，在设计一种新的药物分子时，知道原子的杂化状态，就能更好地预测它和生物体内分子的相互作用。
这就好比盖房子，得先知道砖头（原子）的形状和特性（杂化状态），才能盖出结实又美观的房子（有用的药物分子）。
二、判断杂化轨道的基本方法。
2.1 看中心原子的价层电子对数。
这是个很重要的点。
计算中心原子的价层电子对数就像是在数一个小团队里的人数一样。
价层电子对数等于成键电子对数加上孤电子对数。
咱就拿二氧化碳（CO₂）来说吧，碳是中心原子，它和两个氧原子形成双键，每个双键算一对成键电子对，没有孤电子对，所以价层电子对数就是2。
根据这个，我们就能初步判断杂化类型啦。
一般来说，价层电子对数为2的中心原子常常是sp杂化，就像二氧化碳里的碳一样。
这就像看到一个人穿着某种特定的衣服（sp杂化），我们能根据衣服的款式（价层电子对数）来判断。
2.2 记住常见的杂化类型和结构。
这就好比背乘法口诀表一样，是个基础。
比如说，sp杂化的分子一般是直线型的，像刚才说的二氧化碳；sp²杂化的分子往往是平面三角形的，典型的例子就是三氟化硼（BF₃）；sp³杂化的分子大多是四面体结构，像甲烷（CH₄）。
我们得把这些常见的情况记在心里，看到类似的分子结构就能很快联想到对应的杂化类型。
这就像老中医看到病人的症状（分子结构）就能迅速判断出病症（杂化类型）一样。
2.3 根据键角来辅助判断。
键角也能给我们不少线索。
比如说，在甲烷里，键角大约是109.5°，这符合sp ³杂化的四面体结构的特点。
氮原子的杂化轨道类型
氮原子的杂化轨道类型氮原子是化学元素周期表中的第七号元素，其在化学反应中扮演着重要的角色。
在有机化学领域中，氮原子经常参与形成各种不同的化合物，其化学性质多样且复杂。
在分子中，氮原子经常以不同的方式与其他原子形成化学键，其中杂化轨道类型在氮原子化学性质研究中起着关键作用。
杂化轨道是指原子内部电子排布的方式，也可以理解为原子轨道之间的混合。
氮原子在分子中的杂化轨道类型包括sp杂化、sp2杂化和sp3杂化。
这些不同类型的杂化轨道决定了氮原子在分子中的空间排布以及化学键的形成方式。
首先，在sp杂化中，氮原子的一个2s轨道和一个2p轨道线性混合形成两个sp杂化轨道。
这种杂化轨道通常用于形成含有双键的分子，如氨气（NH3）和硝基（NO）。
在这些分子中，氮原子通过其sp杂化轨道与其他原子形成双键，使得分子具有较高的稳定性和反应活性。
其次，在sp2杂化中，氮原子的一个2s轨道和两个2p轨道线性混合形成三个sp2杂化轨道。
这种杂化轨道通常用于形成含有三角形结构的分子，如溴胺（NH2Br）和硝基（NO2）。
在这些分子中，氮原子通过其sp2杂化轨道与其他原子形成三角形结构的共价键，使得分子具有特定的空间构型和性质。
最后，在sp3杂化中，氮原子的一个2s轨道和三个2p轨道线性混合形成四个sp3杂化轨道。
这种杂化轨道通常用于形成含有四面体结构的分子，如氨（NH3）和三聚氮（N3）。
在这些分子中，氮原子通过其sp3杂化轨道与其他原子形成四面体结构的共价键，使得分子具有较高的稳定性和键能。
综上所述，氮原子的杂化轨道类型对其在分子中的化学性质和反应活性具有重要影响。
通过深入研究氮原子的杂化轨道类型，可以更好地理解氮原子在有机化学中的作用和应用。
希望未来能够进一步探索氮原子的杂化轨道类型在有机合成和催化反应中的应用，为化学领域的发展做出更大的贡献。
硝酸根离子杂化轨道类型
硝酸根离子杂化轨道类型
硝酸根离子（NO₃⁻）是一种常见的无机离子，在化学和生物化学中都有广泛的应用。
为了理解硝酸根离子的结构和性质，我们需要深入探讨其杂化轨道类型。
首先，杂化轨道理论是现代化学价键理论之一，主要用于解释多原子分子中的成键情况。
在硝酸根离子中，氮原子和氧原子通过共享电子形成共价键。
为了形成这些共价键，氮原子的原子轨道需要进行杂化。
在硝酸根离子中，氮原子的价层电子构型为2s²2p³。
为了形成三个等价的氮-氧键，氮原子的一个2s轨道和两个2p轨道会进行sp²杂化。
这种杂化方式会产生三个等能量、等形状的sp²杂化轨道，这些轨道的方向性使得它们能够最大程度地与其他原子的轨道重叠，从而形成稳定的共价键。
经过sp²杂化后，氮原子的三个sp²杂化轨道分别与三个氧原子的2p轨道重叠，形成三个σ键。
此外，氮原子的剩余一个未参与杂化的2p轨道上的一对电子与三个氧原子形成离域π键。
这种π键的形成进一步稳定了硝酸根离子的结构。
值得注意的是，硝酸根离子的负电荷主要分布在氧原子上，这使得氧原子带部分负电荷，而氮原子带部分正电荷。
这种电荷分布有助于增强硝酸根离子与其他阳离子的相互作用。
总之，硝酸根离子中的氮原子采用sp²杂化轨道类型，形成三个等价的氮-氧σ键和一个离域π键。
这种杂化方式和成键情况使得硝酸根离子具有稳定的结构和独特的化学性质。
这些性质使得硝酸根离子在化学反应和生物过程中发挥着重要作用。
化学人教版(2019)选择性必修2 2.2.3杂化轨道理论(共32张ppt)
第二节 分子的空间结构
第3课时 杂化轨道理论
学习目标
学习目标
1. 认识分子结构以及杂化轨道理论。
2. 分析杂化类型与分子空间结构的关系
素养目标
1.通过认识分子结构以及杂化轨道理论,分析杂化类型与分子空间结构的关系,培养宏观辨识与微观探析
的核心素养。
2.结合实例了解共价分子具有特定的空间结构,并可运用杂化轨道理论进行解释,培养证据推理与模型认
叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。
2.杂化条件：
(1)只有在形成化学键时才能杂化
(2)只有能量相近的轨道间才能杂化
教学过程
3. 杂化轨道的特征：
(1)杂化前后轨道数不变
(2)杂化后的新轨道能量、形状都相同
(3)杂化过程中轨道的方向发生变化
(4) 杂化轨道只用于形成σ键和容纳孤电子对
4. 常见杂化类型：
如何解决这一矛盾呢？
教学过程
为了解决这一矛盾，1931年由鲍
林等人在价键理论的基础上提出杂化
轨道理论，它实质上仍属于现代价键
理论，但是它在成键能力、分子的空
间构型等方面丰富和发展了现代价键
理论。
鲍林
教学过程
一、杂化轨道理论
1.概念： 在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道重新组合形
成新的原子轨道的过程叫做原子轨道的杂化。重新组合后的新的原子轨道，
杂化轨道含一对孤电子对
NH3为三角锥形，类似的还有NF3、PH3等
教学过程
1. sp3 杂化
③ H2O中的O原子sp3杂化（O的价层电子对为4）
O原子的4个sp3杂化轨道分别与2个氢原子的1s轨道形成2个s-sp3σ键，剩余2个sp3
杂化轨道类型及分子空间立体构型
杂化轨道类型及分子空间立体构型查缺补漏小专题1一、杂化轨道类型与分子构型分子结构与极性1.中心原子的杂化轨道类型与分子的空间构型杂化参与杂化的原子轨道分子构型示例轨道类型SP 一个S轨道,一个P轨道直线形CH三CHCO2BeCL2SP2一个S轨道,两个P轨道平面三角形CH2=CH2BF3\BCL3\CH2OSP3一个S轨道三个P轨道正四面体CH4\CCL4\NH4+三角锥形NH3V形H2S\H2O判断杂化轨道类型的一般方法:(1)看中心原子有没有形成双键或叁键.如果全为单键,则是SP3杂化,如果有一个双键,是SP2杂化,如果有2个双键或一个叁键,是SP杂化.(2)没有填充电子的空轨道,一般不参与杂化,1对孤电子对占据1个杂化轨道.价层电子对互斥理论几种分子或离子的立体构型:分子或离子中心原子的孤电子对数分子或离子的价层电子对数杂化轨道类型键角分子或离子的立体构型名称CO20 2 SP 180 直线形SO21 3 SP2120 V形BF3 0 3 SP2120 平面三角形CO3 2-0 3 SP2120 平面三角形CH 4 0 4 SP3109.28 正四面体形NH 4+ 0 4 SP3109.28 正四面体NH 3 1 4 SP3107 三角锥形H2O2 4 SP3105 V形另:CH3+.中心原子的价层电子对数与分子立体构型有密切的关系.对ABm型化合物,中心原子A的价层电子对数n的计算方法:n=[A的价电子数+m(8-B的价电子数)]/2;主族元素来说,价电子数等于原子的最外层电子数,计算当B为H时将式中的8改成2.高考题中考查方式:1.CO2与SO2分子的立体结构分别是和。
2.在碳酸二甲酯分子中，碳原子采用的杂化方式有，O-C-O的键角约。
3.P的氢化物的分子构型为 .其中原子采取杂化.4. 用价层电子互斥理论推断SnBr2分子中Sn-Br键的键角120°(填大于或小于或等于),石墨晶体中,每个碳原子通过杂化与周围碳原子成键.5.丙烯腈(H2C=CH-CH三N)分子中碳原子轨道杂化类型是.6.SiF4和SO32-的中心原子杂化类型是,ClO3-的空间构型为 .7.甲醛分子的空间构型是C原子的轨道杂化类型是1mol甲醛分子中§键的数目为 .Welcome To Download !!!欢迎您的下载，资料仅供参考！。
杂化轨道的类型与分子空间构型
杂化轨道的类型与分子空间构型一、杂化类型有1）sp杂化同一原子内由一个ns轨道和一个np轨道发生的杂化，称为sp杂化。
杂化后组成的轨道称为sp杂化轨道。
sp杂化可以而且只能得到两个sp杂化轨道。
实验测知，气态BeCl2中的铍原子就是发生sp杂化，它是一个直线型的共价分子。
Be 原子位于两个Cl原子的中间，键角180°，两个Be－Cl键的键长和键能都相等2）sp2杂化同一原子内由一个ns轨道和二个np轨道发生的杂化，称为sp2杂化。
杂化后组成的轨道称为sp2杂化轨道。
气态氟化硼（BF3）中的硼原子就是sp2杂化，具有平面三角形的结构。
B原子位于三角形的中心，三个B－F键是等同的，键角为120°3）sp3杂化可以而且只能得到四个sp3杂化轨道。
CH4分子中的碳原子就是发生sp3杂化，它的结构经实验测知为正四面体结构，四个C－H键均等同，键角为109°28′。
这样的实验结果，是电子配对法所难以解释的，但杂化轨道理论认为，激发态C原子（2s12p3）的2s轨道与三个2p轨道可以发生sp3杂化，从而形成四个能量等同的sp3杂化轨道sp型的三种杂化二、σ键和π键σ键属于定域键，它可以是一般共价键，也可以是配位共价键。
一般的单键都是σ键。
原子轨道发生杂化后形成的共价键也是σ键。
由于σ键是沿轨道对称轴方向形成的，轨道间重叠程度大，所以，通常σ键的键能比较大，不易断裂，而且，由于有效重叠只有一次，所以两个原子间至多只能形成一条σ键。
π键（pi bond）成键原子的未杂化p轨道，通过平行、侧面重叠而形成的共价键，叫做π键，可简记为“肩并肩”。
π键与σ键不同，它的成键轨道必须是未成对的p轨道。
π键可以是两中心，两电子的定域键，也可以是多中心，多电子的大Π键；同时，π键既可以是一般共价键，也可以是配位共价键。
两个原子间可以形成最多2条π键，例如，碳碳双键中，存在一条σ键，一条π键，而碳碳三键中，存在一条σ键，两条π键。
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阜阳师范学院学报（ 自然科学版）
第 28 卷
道，所以其 σ 键的个数是对等的； 但依据图 2 所示， sp 杂化对应构型中有 4 个成键的 π 离域电子，而 sp2 对应构型中仅有 2 个成键的 π 离域电子，其他 非键的孤电子对和非键离域电子对体系的稳定性 影响可以忽略。尽管 sp2 杂化轨道的分裂能略大， 但相比于 sp 杂化多出 2 个成键的 π 离域电子的情 况，可以认为，sp2 分裂能大的优势无法弥补其成键 离域电子少的劣势。所以，可以得出结论，sp 杂化 方式对应构型比 sp2 杂化方式对应构 型 稳 定，因 此，该分子为直线型分子。 1． 1． 3 OCN － 的分子轨道图
依据改进后的杂化轨道理论使用步骤［8］，可假 设有如下两种情况，即分子中 N 和 O 原子均采用 sp2 杂化方式构成分子骨架，或者分子中 N 和 O 原 子均采用 sp3 杂化方式构成分子骨架，如图 4 所示 （ 由于已经知道 N 同时和三个 O 原子相连，所以 N 和 O 原子均采用 sp 杂化构成分子骨架的情况可以 不予考虑，因为这种情况下 N 最多可以和两个 O 原子相连） 。 1． 2． 2 HNO3 两种构型的稳定性
ployed to illustrate the application process of the hybrid orbital theory． The results show that the geometry and the delocalized bond can be obtained at the same time． The application scope of the hybrid orbital theory is extended，and the results of this article will be beneficial to the teaching and learning process of the structural chemistry．
廖荣宝，朱 云，黄 静，丁 磊，崔玉民
（ 阜阳师范学院 化学化工学院，安徽 阜阳 236000）
摘 要： 针对大学化学教材中杂化轨道理论拓展。举例说明了采用杂化轨道理论比较分子各种可能存在的电子结构的稳定性，从而得出分子的几何结构和
笔者吸取了教材中的方法并结合自己对杂化 轨道理论的认识，对杂化轨道理论的应用做了一定
收稿日期： 2011-10-29 基金项目： 阜阳师范学院科研项目（ 2010FSKJ04） 资助。 作者简介： 廖荣宝（ 1980 － ） 男，博士，副教授。研究方向： 结构化学。
第4 期
廖荣宝，等： 高校化学教材中杂化轨道理论的拓展应用
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程度的拓展，总结了一种应用杂化轨道理论比较分 子各种可能存在的几何结构稳定性并同时得到离 域多中心键类型的方法。本方法已成功应用在教 学实践过程中，很受学生欢迎。现基于笔者对杂化 轨道理论的认识和教学经验总结，结合几个典型的 实例，对杂化轨道理论的拓展使用做一个简单的介 绍。
1 应用杂化轨道理论判断分子的电子结构
离域多中心键类型的方法和步骤。
关键词： 杂化轨道； 电子结构； 分子骨架； 离域键
中图分类号： O641
文献标识码： A
文章编号： 1004-1069（ 2011） 04-0096-04
An illustration on expanding application of the hybrid orbital method in university textbook on chemisitry
第 28 卷第 4 期 2011 年 12 月
阜阳师范学院学报（ 自然科学版） Journal of Fuyang Teachers College （ Natural Science）
Vol． 28，No． 4 Dec． 2011
高校化学教材中杂化轨道理论的拓展应用举例
———判断分子结构和离域键类型
HNO3 分子中共有 24 个价电子，类似于 OCN －
(a) sp2
O
O
N
O H
(b) sp3
O
O
N
O H
图 4 HNO3 两种可能的构型
分子的电子结构分析过程，若 HNO3 中 N 和 O 采用 sp2 杂化方式构成分子骨架，则构成分子骨架需要 18 个价电子，还剩下 6 个价电子用来形成四中心 六电子的离域键； 若 HNO3 中 N 和 O 采用 sp3 杂化 方式构成分子骨架，则 H 原子可能独立于一个 N 和三个 O 形成的平面之外，分子为非平面型，但由 于构成 sp3 杂化对应的分子骨架需要 26 个价电子， 所以 HNO3 不可能采用 sp3 杂化方式构成分子骨 架。由此得出，HNO3 分子的最稳定结构为平面型 结构，且分子中有一个四中心六电子的离域键，这 一结 果 不 同 于 文 献 中 使 用 经 典 方 法 得 出 的 结 果［10］。 1． 2． 3 HNO3 的分子轨道图
LIAO Rong-bao，ZHU Yun，HUANG Jing，DING Lei，CUI Yu-min
（ School of Chemistry and Chemical Engineering，Fuyang Teachers College，Fuyang Anhui 236000，China）
Abstract： In order to expand the application of the hybrid orbital theory in university text book，several examples are em-
! 3x
! 3y
!3
(a)
(b)
图 2 OCN － 分子的轨道能级图
由于 sp2 杂化情况下三个用来形成离域分子 轨道的 p 轨道空间分布略微紧凑一些，所以其轨道 重叠程度会大一些，形成的离域分子轨道的分裂能 也会略大一些，如图 2（ b） 所示。现在需要比较 sp 杂化和 sp2 杂化对应构型的稳定性，以便确定哪种 构型才是 OCN － 分子的真实结构。首先，如图 1 所 示，在这两种情况的构型中，都有两个成键的 σ 轨
采用 G03 程序包的 B3LYP /6-31G 的计算结果 显示，OCN － 离子中的三个原子处在同一直线上，且 分子中有两组相同的三中心四电子的离域分子轨 道。图 3 给出了其中一组（ 共三个） 离域分子轨道， 图 3 中前两个离域轨道（ 图 3（ a） 和图 3（ b） ） 为已 填电子的轨道，第三个离域轨道（ 图 3 （ c） ） 为空轨 道，三中心 四 电 子 的 离 域 键 由 前 两 个 分 子 轨 道 构 成。
在之前的论文中，笔者对杂化轨道理论的使用 方法做了改进，并对其改进后的使用步骤进行了较 为详细的介绍［8］。现按照改进后的杂化轨道使用 步骤，以 OCN － 离子、HNO3 分子和 C6 H5 OH 分子几 何构型的判断和离域多中心键的确定为例，说明杂 化轨道理论的拓展应用。 1． 1 OCN － 离子的电子结构解析 1． 1． 1 OCN － 的各种杂化构型
杂化轨道理论和价层电子对互斥（ VSEPR） 理 论一起构成了 价 键 理 论 的 两 大 分 支［3-6］，这 两 种 理 论在无机化学教材和结构化学教材中均占有较大 的篇幅，是理论化学的重要组成部分，一直受到广
大化学工作者的关注。目前杂化轨道理论一般用 于解释分子的几何结构，但实际上，杂化轨道理论 还可以拓展应用于比较几种可能存在的构型的稳 定性，并同 时 得 出 分 子 中 多 中 心 离 域 键 的 电 子 结 构［7，8］。但由于一般无机化学教材和结构化学教材 中对杂化轨道理论的介绍还不够深入和全面，所以 导致了杂化轨道理论的应用仅仅局限在分子几何 构型的解释方面［9］。此外，在杂化轨道的类型、构 造方法和应用方面，很多教材的介绍还不够详细。
OCN － 离子中共有 16 个价电子（ 包括一个负电 荷在内） ，以上 sp 杂化轨道构成的分子骨架用去 8 个价层电子，所以还剩下 8 个价层电子可以填入到 离域分子轨道中，每组离域分子轨道填入 4 个价电 子。同理，sp2 杂化的分子骨架共用去 14 个价电 子，剩下的 2 个价电子填入到离域的分子轨道中。 在 sp3 杂化的情况下，构成分子骨架需要 20 个电 子，所以 OCN － 分子不可能采用 sp3 杂化方式构成 分子骨架。
采用 G03 程序包的 B3LYP /6-31G 方法的计算 结果显示，HNO3 分子中的四个原子处在同一平面 上，且分子中有一个四中心六电子离域键，如图 5 所示，图中的前三个分子轨道（ 图 5（ a） 至图 5（ c） ） 为已填电子的轨道，第四个轨道（ 图 5 （ d） ） 为空轨 道，四中心 六 电 子 的 离 域 键 由 前 三 个 分 子 轨 道 构 成。
(a) sp
OCN
子骨架。同理，sp2 杂化和 sp3 杂化对应假设构型 中也有两个成键电子对，且分别有五个和八个孤电 子对，所以这两种情况分别需要 14 个和 20 个价电 子构成分子骨架。
在以上 sp 杂化方式构成分子骨架的情况下， OCN － 分子中各原子还剩下 2 个相互垂直的 p 轨 道，三个原子共剩下 6 个 p 轨道，这 6 个 p 轨道分 成相互垂直的两组，每组内的三个 p 轨道相互平 行。依据分子轨道理论，每组内的三个相互平行的 p 轨道可以重组生成三个离域分子轨道，两组 p 轨 道共生成六个离域分子轨道，如图 2 （ a） 所示。同 理，sp2 杂化构成分子骨架的情况下各原子还剩下 一个 p 轨道，形成的离域分子轨道如图 2（ b） 所示。 此外，sp3 杂化方式构成分子骨架的情况下，没有剩 余的可用来形成离域分子轨道的 p 轨道。 1． 1． 2 OCN － 各种构型的稳定性