化学键与分子结构杂化轨道共54页
化学分子杂化轨道及构型
1、现代价键理论重点：(1)自旋相反的成单电子相互靠近时，核间电子密度较大，可形成稳固的共价键(2)共价键有饱和性。
一个原子有几个未成对电子，即可和几个自旋相反的电子配对成键。
比如： H-H N≡ N(3)共价键有方向性。
这是因为，共价键尽可能沿着原子轨道最大重叠的方向形成，叫做最大重叠原理。
2.按原子轨道的重叠方式分:键和键键 :原子轨道“头碰头”重叠键 :原子轨道“肩并肩”重叠杂化轨道理论的基本重点原子轨道在成键的过程中其实不是千篇一律的。
同一原子中能量邻近的某些轨道，在成键过程中从头组合成一系列能量相等的新轨道而改变了原有的状态。
这一过程称为“杂化”。
所形成的新轨道叫做“杂化轨道”。
杂化轨道的重点：原子形成分子时，是先杂化后成键同一原子中不一样种类、能量邻近的原子轨道参加杂化杂化前后原子轨道数不变杂化后形成的杂化轨道的能量同样杂化后轨道的形状、伸展方向发生改变杂化轨道参加形成σ键，未参加杂化的轨道形成π键sp3一个s 轨道与三个p 轨道杂化后，得四个sp3 杂化轨道，每个杂化轨道的s 成分为1/4，p 成分为 3/4，它们的空间取向是四周体构造，相互的键角θ=109o28′CH4,CCl4C 原子与 H 原子联合形成的分子为何是CH4，而不是 CH2 或 CH3CH4分子为何拥有正四周体的空间构型（键长、键能同样，键角同样为109° 28′）它的重点是：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轨道会发生混淆，混淆时保持轨道总数不变，获得 4 个能量相等、成分同样的sp3 杂化轨道，夹角 109° 28 ′，表示这 4 个轨道是由 1 个 s 轨道和 3 个 p 轨道杂化形成的以下列图所示：2sp3杂化3中 N 也是采纳 sp3杂化H O中 O也是采纳NHO 的电子构型 :1s22s22p4N 的电子构型 :1s22s22p3等性杂化和不等性sp3 杂化与中心原子键合的是同一种原子，分子呈高度对称的正四周体构型，此中的 4 个 sp3杂化轨道自然没有差异，这类杂化种类叫做等性杂化。
分子结构价键和杂化轨道理论
无法解释甲烷分子实测的立体构造是正四面体, 4个C-H键是等同的。因碳原子的3个2p轨道相互正交 (90 ), 而2s轨道是球形的。
为了解决许多分子构型的理论分析和实验不符 的矛盾, 更好的解释分子的实际空间构型和稳定性, 1931年由鲍林等人在价键理论的根底上提出了杂化 轨道理论。
晶格: 面心立方; 配位比: 6 : 6
0.732 > r+/r- > 0.414
体心立方晶型 配位比: 8 : 8
r+/r- = 0.732
三、离子键的强度 ——用晶格能〔Lattice Energy, U〕表示.
〔通常不用“键能〞表示〕。 晶格能定义 ——互相远离的气态正、负离子结合生成1 mol 离子晶体的过程所释放的能量的绝对值。
(三) 共价键的类型
按成键方式划分： 键, 键 1. 键: 原子轨道以“头碰头〞(head to head)
方式重叠成键
(三) 共价键的类型 (续) ２. 键：“肩并肩〞 (side by side) 成键。
键轨道较 键重叠程度小, 键能小 于后者, 所以 键的稳定性低于 键, 键电子活性较高, 是化学反响的积 极参加者。
(五) 杂化轨道理论 (hybrid orbital theory) —开展了的VB法
20世纪30年代, 由L.Pauling提出,
1.要点：
(1) 原子轨道杂化： 同一原子的能量相近的原子轨道可以互相叠加, 重新 组成能量相等的杂化原子轨道 (Hybrid Orbitals);
(2) 轨道数目守恒： 参与“杂化〞的原子轨道数目=组成的杂化轨道数目;
(9 - 17)e: Fe2+, Fe3+ , Mn2+[(n-1)s 2(n-1)p 6(n-1)d 1-9]
化学键与分子结构杂化轨道
Formation of the covalent bonds in CH4
12
13
14
在sp3及其他杂化轨道中，还存在着“不等性杂化”，即杂化后 的轨道中填充的有中心原子的孤电子对. 这样我们就可以解释象水 和氨这样的分子结构了.
NH3中N 原子采取 sp3 不等性杂化
sp3杂化
Configuration of N Hybrid orbital
n m
形成条件： ● 参与成键的原子应在一个平面上，而且每个原子 都能提供1个相互平行的 p 轨道 ● n<2m 作 用：“离域能”会增加分子的稳定性；影响物质的理化性质
26
O
O
4 3
O
O3 的分子结构
27
其他例子：
NO3-
6 4
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱCO3=
6 4
N2O4 N
sp2
8 5
28
29
30
价键理论
前面我们对共价键的讨论都是在路易斯学说的基础上进行 的，给了我们一些有价值的概念. 但有关共价键的许多疑问都无 法得到回答： ● 电子对的享用与提供电子的原子轨道间存在什么关系？ ● 怎样解释形成双键和叁键的原子间共享 2 对、3 对电子？ ● 能否用原子轨道在空间的取向解释分子的几何形状？
OCO
51
The End
52
34
35
36
37
C30Cl10
C40Cl10
C50Cl10
38
C50 Cl10可能的结构
D5h
D5h
C5v
39
化学键与分子结构
子键。
Na+ + [:C·l·:]－ NaCl
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6
❖ 键的离子性与元素电负性的关系
离子键形成的重要条件是相互作用的原子的电
负性差值较大。一般电负性差值越大，形成键的离子
性越强。以电负性差值为1.7作标准。
在CsF中离子性约占92%。
❖ 晶格能U 由气态离子生成一摩尔稳定的固态晶体所放出的
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15
现代价键理论
1927年， Heitler和London用量子力学处理H2分 子的形成过程，得到 E—R关系曲线。
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16
共价键的本质是由于原子相互接近时轨道重叠（即波 函数叠加），原子间通过共用自旋相反的电子对使能 量降低而成键。
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17
一、价键理论
杂化轨道数 2 3 4
4
成键轨道夹角 180 120 10928' 10928'
分子空间构型
s+(2)p 3
120
直线形 三角形 四面体 三角锥
实例
BeCl 2 BF3 CH4 NH 3
HgCl 2 BCl 3 SiCl 4 PH 3
中心原子 Be(ⅡA) B(ⅢA) C,Si N,P
1.理论要点 a.具有自旋相反的未成对电子的原子相互接近时，
自旋相反的单电子可以相互配对成键—共价键。
H－H H－Cl 共价单键
O=O 共价双键
N≡N 共价叁键
b. 成键双方的原子轨道对称性匹配，最大程度重叠。
高中杂化轨道理论(图解)
高中杂化轨道理论(图解）一、原子轨道角度分布图二、共价键理论和分子结构价键法（VB法）价键理论一：１、要点：⑴、共价键的形成条件：①、先决条件：原子具有未成对电子；②、配对电子参与成键的原子轨道要满足对称匹配、能量相近以及最大重叠的原则；③、两原子具有成单的自旋相反的电子配对，服从保里不相容原理。
⑵、共价键的本质：是由于原子相互接近时轨道重叠，原子间通过共用自旋相反的电子使能量降低而成键。
⑶、共价键的特征：①、饱和性，一个原子有几个未成对电子（包括激发后形成的未成对电子），便和几个自旋相反的电子配对成键；而未成对电子数是有限的，故形成化学键的数目是有限的。
②、根据原子轨道最大重叠原理，原子轨道沿其角度分布最大值方向重叠，即共价键具有一定的方向性。
⑷、共价键的类型：单键、双键和叁键。
①、σ键和π键。
ⅰ、σ键：沿键轴方向重叠，呈圆柱形对称，称为σ轨道，生成的键称为σ键σ是希腊字母，相当于英文的s，是对称Symmetry[`simitri]这个字的第一个字母）。
σ键形成的方式：ⅱ、π键：两个p 轨道彼此平行地重叠起来，轨道的对称面是通过键轴的平面，这个对称面就叫节面，这样的轨道称为π轨道，生成的键称为π键（π相当于英文的p ，是平行parallel[`p ?r ?lel]的第一个字母）。
π键的形成过程：，σ键和π键的比较 σ键（共价键中都存在σ键） π键 （只存在不饱和共价键中）重叠方式 （成建方向）沿两电子云（原子轨道）的键轴方向以“头碰头”的方式遵循原子轨道最大程度重叠原理进行重叠两互相平行的电子云（原子轨道）以“肩并肩”的方式遵循原子轨道最大程度重叠原理进行重叠 重叠程度重叠程度较大 重叠程度较小 电子云形状共价键电子云（重叠部分）呈轴对称 共价键电子云（重叠部分）呈镜像对称 牢固程度强度较大，键能大，较牢固，不易断裂 强度较小，键能较小，不很牢固，易断裂 化学活泼性不活泼，比π键稳定 活泼，易发生化学反应健 型项 目类型s-s、s-p、、p-p、s-SP杂化轨道、s-SP2杂化轨道、s-SP3杂化轨道、杂化轨道间p－pπ键，、p－p大π键是否能旋转可绕键轴旋转不可旋转，存在的规律共价单键是σ键，共价双键有一个σ键，有一个π键；共价叁键有一个σ键，有两个π键。
第二讲化学键和分子结构
第二讲 化学键和分子结构 共轭效应和离域Π键
价键理论和应用
第二讲 化学键和分子结构
σ 轨道 π 轨道 δ轨道 价键理论和应用
第二讲 化学键和分子结构 价键理论和应用
第二讲 化学键和分子结构 价键理论和应用
第二讲 化学键和分子结构 同核和双核分子电子组态: O2 HF
O2 价键理论和应用
第二讲 化学键和分子结构
HF 价键理论和应用
第二讲 化学键和分子结构
第二讲 化学键和分子结构
2-3 价键理论和应用
• 分子轨道理论和共价键类型
共价键的点电子表示
分子轨道理论 分子轨道概念：波函数 ψi 分子轨道的形成：能级相近 最大重叠 对称匹配 电子排布规则： 三个原则
分子轨道分布特点和分类
σ 轨道 π 轨道 δ轨道 σ 键 π 键 δ键
键级 键长 键角 键能
价键理论和应用
多原子分子的结构和表示 分子的构型和构象 分子结构和八偶律
价键理论和应用
第二讲 化学键和分子结构
特 例 价键理论和应用
第二讲 化学键和分子结构 •价层电子对互斥理论 VSEPR
价键理论和应用
第二讲 化学键和分子结构 •杂化பைடு நூலகம்道理论
价键理论和应用
第二讲 化学键和分子结构
原子的共价半径
共轭效应和离域Π键 价键理论和应用
化学键与分子结构
2s
2s
sp sp杂化
Be采用sp杂化 生成BeCl2
两个sp杂化轨道
sp2杂化 B： 2s22p1
2p
2s
BF3的空间构型 为平面三角形
F
B
F
F
2s
2p 激发 2s 2p
sp2 sp2杂化
BF3的形成
三个sp2杂化轨道
sp3杂化 C：2s22p2
2p
2s
CH4的空间构 型为正四面体
2s
n —— 未成对电子数 顺磁性：被磁场吸引 µ> 0 , n > 0
如：O2，NO，NO2等 反磁性：被磁场排斥 µ= 0 , n =0 (大多数物质) 铁磁性：被磁场强烈吸引。如：Fe,Co,Ni
根据 n(n 2) 可用未成对电子 数目n估算磁矩µ 。
n 01 2 3 4 5
µ/B.M. 0 1.73 2.83 3.87 4.90 5.92 实例： [Ti(H2O)6]3+ Ti3+： 3d1 µ=1.73 n=1 K3[Mn(CN)6] Mn3+： 3d4 µ=3.18 n=2
432
366
298
159
243
193
151
共价键
H－H C－C C－－C C－－－C N－N N－－－N C－H O－H
键长 l/pm
74 154 134 120 145 110 109 96
键
能
E/(kJ·mol-1)
436
346
602
835
159
946
414
464
由表数据可见，H－F， H－Cl， H－Br， H－I 键长依次递增，而键能 依次递减；单键、双键及叁键的键长 依次缩短，键能依次增大，但与单键 并非两倍、叁倍的关系。
2024版史上最易理解杂化轨道理论(图解)
史上最易理解杂化轨道理论(图解)•杂化轨道理论基本概念•s-p杂化轨道•p-p杂化轨道•d-p杂化轨道目•杂化轨道理论与分子构型关系•总结与展望录01杂化轨道理论基本概念原子轨道与杂化轨道原子轨道描述电子在原子核外空间出现概率的分布函数，即电子云形状。
常见的原子轨道有s、p、d、f等。
杂化轨道由同一原子中能量相近的不同类型原子轨道混合起来形成的一组新轨道。
杂化后的轨道具有与原轨道不同的形状、能量和对称性。
sp2杂化由1个ns 和2个np 轨道杂化形成3个sp2杂化轨道，呈平面三角形，如BF3、SO3等分子。
sp 杂化由1个ns 和1个np 轨道杂化形成2个sp 杂化轨道，呈直线型，如CO2、BeCl2等分子。
sp3杂化由1个ns 和3个np 轨道杂化形成4个sp3杂化轨道，呈正四面体型，如CH4、NH3等分子。
d2sp3杂化由1个nd2、1个ns 和3个np 轨道杂化形成6个d2sp3杂化轨道，呈正八面体型，如SF6等分子。
dsp2杂化由1个nd 、1个ns 和2个np 轨道杂化形成4个dsp2杂化轨道，呈平面正方形，如PtCl42-等分子。
杂化类型及特点参与杂化的原子轨道能量应相近，这样有利于电子在杂化后的新轨道中的重新分布和稳定。
能量相近原则最大重叠原则对称性匹配原则原子轨道在杂化过程中应尽可能重叠，以增强成键能力和降低体系能量。
原子轨道在杂化时，其对称性应与分子的对称性相匹配，以确保整个分子的稳定性。
030201杂化轨道形成原因02s-p杂化轨道原子在成键过程中，为了降低能量和增加稳定性，会将能量相近的s轨道和p轨道进行混合。
s-p杂化轨道是由s轨道和p轨道线性组合而成的新轨道，具有特定的形状、方向和能量。
在s-p杂化过程中，原子会重新分配电子云密度，使得杂化轨道更适应于成键。
s-p杂化原理及过程以甲烷(CH4)为例，碳原子的2s和2px, 2py, 2pz轨道进行sp3杂化，形成四个等价的sp3杂化轨道。
高三化学第2章 分子结构 现代价键理论 杂化轨道理论 分子轨道理论
第2章分子结构[教学要求]1．掌握离子键和共价键的基本特征和它们的区别。
2．掌握价键理论，杂化轨道理论。
3．掌握分子轨道理论的基本内容。
4．了解分子间作用力及氢键的性质和特点。
[教学重点] 1．VSEPR 2．VB法3．MO法[教学难点] MO法[教学时数] 6学时[主要内容]1．共价键：价键理论－电子配对法（本质，要点，饱和性，方向性，类型σ键、π键）。
2．VSEPR：价电子互斥理论的提出，价电子互斥理论的基本要点以及用价电子互斥理论分析各类分子和原子团的空间构型。
3．杂化轨道理论：杂化轨道理论的提出，杂化轨道理论的基本要点，杂化轨道的类型-sp、spd 等各种类型及举例。
4．分子轨道理论：分子轨道理论的基本要点，分子轨道的能级图，实例-同核：H2、He、O2、F2、N2；异核：NO、HF。
5．共价键的属性：键长，键角，键能，键级。
6．分子间的作用力和氢键。
[教学内容]上一章主要研究的是原子的结构与性质，本章进一步讨论原子同原子之间和分子之间靠什么力结合在一起？分子有什么性质？具体的讲2-1 路易斯结构式一、弗兰克兰结构式到19世纪时，化学家们已经知道了许多分子的成分，如氯化氢HCl、水H2O、二氧化碳CO2、氨NH3等，并用短棍线“—”的形式来描述分子中原子之间的相互结合“1价”，还总结出一些规律。
其中英国化学家弗兰克兰和瑞典化学家贝采尼乌斯贡献较大。
这些表达方式，在我们中学化学课本中还在沿用。
二、路易斯结构式1916年美国的著名化学家（加里福尼亚大学教授）路易斯利用原子结构知识对弗兰克兰结构式的短棍线“—”进行了解释，即“—”代表一对共用电子对，= 代表两对共用电子对，≡代表三对共用电子对，并进一步提出了键合电子和孤对电子的概念以及分子结构稳定性的“八隅律”—原子倾向于通过共用电子对使它们的最外层达到稀有气体的8电子稳定构型。
1923年路易斯进一步将化合物分子中两个原子在一起的共享电子对称为共价键，从而建立了路易斯共价键理论。
《无机化学》 化学键与分子结构
山农大化学院 刘修堂 2013-2014-1
第三章 化学键与分子结构
化学键（中心问题） 分子结构 分子的空间构型
分子间的作用力
结构决定性质
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《无机及分析化学》 第三章 化学键与分子结构
山农大化学院 刘修堂 2013-2014-1
相同原子成键：χA-χB= 0 键无极性（χ为电负性）
不同原子成键：χA-χB≠0 键有极性。q+
q-
键极性大小度量：偶极矩μ
d
Q d 电量与距离的乘积
△χ＞1.7时，一般为离子键，极性共价键是介于 离子键与非极性共价键之间的一种过渡状态。
⑴σ键: 原子轨道以“头碰头”方式重叠形成的键。 如 H2、 HC1。
⑵π键: 原子轨道以“肩并肩”方式重叠形成的键。 如：N2分子。
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《无机及分析化学》 第三章 化学键与分子结构
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σ键 与π键的比较
σ键
π键
参加成键的轨道 S、p 及各种杂化轨道 仅 p 轨道
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最外层为9~17个电子
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《无机及分析化学》 第三章 化学键与分子结构
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问题：
活泼金属与活泼非金属以离子 键结合成分子，那么同核双原子分 子（如Ｏ2、Cl2 ）或电负性相差不 大的原子形成分子(如CH4)原子间靠 什么结合？
山农大化学院 刘修堂 2013-2014-1
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杂化轨道理论(图解)
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。
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56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭