杂化轨道理论课件(上课用)

0+2=2 sp 直线形

0+3=3
0+4=4 1+2=3 1+3=4 2+2=4
sp2
sp3 sp2 sp3 sp3
平面三角形
正四面体形 V形 三角锥形 V形
例1：下列分子中的中心原子杂化轨道的类 型相同的是 ( B ) A．CO2与SO2 B．CH4与NH3 C．BeCl2与BF3 D．C2H2与C2H4
第二节 分子的立体结构
（第三课时）
宁夏育才中学勤行学区 李丽
1、共价键的形成条件? 2、共价键的成键特征是什么？
按照共价键的成键过程中,一个原子 有几个未成对电子,通常只能和几个自 旋相反的电子形成共价键,所以在共价 分子中,每个原子形成共价键的数目是 一定,这就是共价键的“饱和性”.如 HF而不是H2F。
H C C H H H = H H C H CH H C O = H
键
H C O H
基态N的最外层电子构型为 2s22p3，在H影响 下，N 的一个2s轨道和三个2p 轨道进行sp3 不等性 杂化，形成四个sp3 杂化轨道。其中三个sp3杂化轨 道中各有一个未成对电子，另一个sp3 杂化轨道被 孤对电子所占据。 N 用三个各含一个未成对电子 的sp3 杂化轨道分别与三个H 的1s 轨道重叠，形成 三个 NH 键。由于孤对电子的电子云密集在N 的
+
理论分析：B原子的三个SP2杂化轨道分别与3个F 原子含有单电子的2p轨道重叠，形成3个sp2-p的σ 键。故BF3 分子的空间构型是平面三角形。
实验测定：BF3分子中有3个完全等同的B-F键， 键角为1200 ，分子的空间构型为平面三角形。
BF3分子的形成：
F 3F + B F B F 120°（平面三角形）
2s 2p 激发 2s 2p 正四面体形
C的基态
激发态
sp3 杂化态
H C H H
109°28’
H
实例分析1： 试解释CCl4分子的空间构型。
CCl 4 分子的中心原子是C，其价层电子组态为 2s22px12py1。在形成CCl4分子的过程中，C原子的 2s轨道上的1个电子被激发到2p空轨道，价层电子 组态为2s12px12py12pz1，1个2s轨道和3个2p轨道进 行sp3杂化，形成夹角均为109028′的4个完全等同 的sp3杂化轨道。其形成过程可表示为
0.120nm
3.sp2杂化：一个s轨道与两个p轨道杂化，得 三个sp2杂化轨道，每个杂化轨道的s成分为 1/3，p成分为2/3，三个杂化轨道在空间分布 是在同一平面上，互成120º
实例分析3： 分析BF3分子的空间构型。
BF 3 分子的中心原子是B，其价层电子排布为 2s22px1 。在形成BF3分子的过程中，B原子的2s轨 道上的1个电子被激发到2p空轨道，价层电子排布 为2s12px12py1 ，1个2s轨道和2个2p轨道进行sp2杂 化，形成夹角均为1200的3个完全等同的SP2杂化 轨道。其形成过程可表示为：
如何解决上列一对矛盾？
值得注意的是价层电子对互斥模 型只能解释化合物分子的空间构形， 却无法解释许多深层次的问题。 为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂 化轨道理论
三、杂化轨道理论简介----鲍林
1、杂化：杂化是指在形成分子时，由于原子的 相互影响，若干不同类型能量相近的原子轨道 混杂起来，重新组合成一组新的原子轨道。这 种重新组合的过程叫做杂化，所形成的新的轨 道称为杂化轨道。 2、杂化的过程：杂化轨道理论认为在形成分子 时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。
理论分析：Be原子上的两个SP杂化轨道分别与2个 Cl原子中含有单电子的3p轨道重叠，形成2个spp 的σ键，所以BeCl2分子的空间构型为直线。
实验测定：BeCl2分子中有2个完全等同的BeCl键， 键角为1800 ，分子的空间构型为直线。 其他例子： CO2、HC≡CH
乙炔中的碳原子为sp杂化，分子呈直线构型。 1）sp杂化
Ｃ的sp2杂化
2p 2s
2p 2s
p
sp
杂 化
2
激 发
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°。
键
1200
1090 28’
平面三角形 正四面体 BF3 , C2H4 CH4 , CCl4
4、杂化类型的判断：
（1）杂化轨道只用于形成σ键和用来容纳孤对电子
（2）杂化轨道数=价层电子对数
=中心原子孤对电子对数＋中心原 子结合的原子数 （3）杂化轨道不用于形成兀键
结合上述信息完成下表： 代表物 CO2 杂化轨道数杂化轨道类型 分子结构
例2：对SO2与CO2说法正确的是( D ) A．都是直线形结构 B．中心原子都采取sp杂化轨道 C． S原子和C原子上都没有孤对电子 D． SO2为V形结构， CO2为直线形结构
例3：写出下列分子的路易斯结构式并指 出中心原子可能采用的杂化轨道类型， 并预测分子的几何构型。 (1) PCl3 (2)BCl3 (3)CS2 (4) C12O
激发
CH4分子（sp3杂化）
2p
2s 2s
sp3杂化
2p
sp3
3.杂化轨道理论的要点
(1) 发生轨道杂化的原子一定是中心原子。 (2) 参加杂化的各原子轨道能量要相近（同一能 级组或相近能级组的轨道）。 (3) 杂化轨道的能量、形状完全相同。 (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；杂化后原 子轨道方向改变，杂化轨道在成键时更有利 于轨道间的重叠 (5) 杂化轨道在空间构型上都具有一定的对称性 （以减小化学键之间的排斥力）。 (6)分子的构型主要取决于原子轨道的杂化类型。
思考与交流
1、甲烷分子呈正四面体结构，它的四个 C-H键的键长相同，键角都是109°28 ′，四 个C-H键的性质完全相同 2、根据价键理论，甲烷形成四个C-H键都 应该是σ 键，然而C原子最外层的四个电子分别 2个在球形2S轨道、2个在相互垂直2P轨道上， 用它们跟4个氢原子的1S原子轨道重叠，不可能 形成四面体构型的甲烷分子
实例分析2： BeCl2分子的形成和空间构型。
Be原子的价层电子排布为2s2 。在形成BeCl2 分子的过程中，Be原子的1个2s电子被激发到2p空 轨道，价层电子排布变为为2s1 2px1 。这2个含有 单电子的2s轨道和2px轨道进行sp杂化，组成夹角 为180 0 的2个能量相同的sp杂化轨道，其形成过 程可表示为：
BCl3、CO32–、NO3–、H2C=O、SO3、烯烃>C=C<结构
中的中心原子都是以sp2杂化的。
以sp2杂化轨道构建结构骨架的中心原子必有一
个垂直于sp2-骨架的未参与杂化的p轨道，如果这个
轨道跟邻近原子上的平行p轨道重叠，并填入电子，
就会形成π键。如，乙烯H2C=CH2、甲醛H2C=O。
石墨、苯中碳原子也是以sp2杂化的：
理论分析：C原子的4个sp3杂化轨道分别与4个Cl 原子含有单电子的2p轨道重叠，形成4个sp3-p的σ 键。故CCl4 分子的空间构型是正四面体.
实验测定：CCl4分子中有四个完全等同的C-Cl键， 其分子的空间构型为正四面体。
2. sp杂化：同一原子中1个s轨道与1个p轨道 杂化形成2个sp杂化轨道。每个杂化轨道的s 成分为1/2，p成分为1/2，杂化轨道之间的夹 角为180度。
3、s-p型的三种杂化比较
杂 化 类 型 sp Sp2 sp3
参与杂化的 1个 s + 1个p 1个s + 2个p 1个s + 3个p 原子轨道
杂 化 轨 道 数
杂化轨道 间夹角 空 间 构 型 实 例
2个sp杂化轨道
3个sp2杂化轨 4个sp3杂化轨 道 道
1800
直 线 BeCl2 , C2H2
周围，对三个 NH 键的电子云有比较大的排斥作 用，使 NH 键之间的键角被压缩到 10718'，因此 NH3 的空间构型为三角锥形。
基态O 的最外层电子构型为2s22p4，在 H 的 影响下，O 采用sp3 不等性杂化，形成四个sp3 杂 化轨道，其中两个杂化轨道中各有一个未成对电 子，另外两个杂化轨道分别被两对孤对电子所占 据。O 用两个各含有一个未成对电子的sp3杂化轨 道分别与两个H 的 1s 轨道重叠，形成两个 OH 键。由于O的两对孤对电子对两个 OH 键的成键 电子有更大的排斥作用，使OH 键之间的键角被 压缩到 10445' ，因此 H2O 的空间构型为V型。
激发
2P
2S
杂化
2P
SP
2）空间结构是直线型： H C C H 三个σ键在一条直线上。 180° 0.106nm 两个碳原子的sp杂化轨道沿各自对称轴形成C—C 键，另两个sp杂化轨道分别与两个氢原子的1s轨道重 叠形成两个C—H 键，两个py轨道和两个pz轨道分别 从侧面相互重叠，形成两个相互垂直的C—C键，形 成乙炔分子。
三、杂化轨道理论简介
1. sp3 杂化
原子形成分子时,同一原子中能量相近的一个ns轨道与三个 np轨道进行混合组成四个新的原子轨道称为sp3 杂化轨道.
当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时,碳原子的2s轨 道和3个2p轨道这4个轨道会发生混杂,混杂时保持轨 道总数不变,得到4个能量相等、成分相同的sp3 杂化 轨道,夹角109 28 ′, 如下图所示：