杂化轨道理论简介
杂化轨道理论要点
sp杂化轨道是s轨道和一个p轨道的线性组合， 形成两个等价的sp杂化轨道。
除了sp3、sp2和sp杂化轨道外，还存在其他 类型的杂化轨道，如dsp3、sp3d等。
杂化轨道的形成原理
1
轨道杂化形成过程
2
通过改变s和p轨道的比例和重叠程度，
可以形成具有不同方向性和能量的杂化
轨道。
3
电子排斥原理
电子在轨道中相互排斥，若s和p轨道重 叠，会使电子能量增加，因此形成了杂 化轨道。
能量最低原则
形成的杂化轨道应具有最低能量，以保 持系统的稳定性。
sp3杂化轨道
形状
应用
sp3杂化轨道呈四面体形状，分布在空间中四个等角。 sp3杂化轨道解释了甲烷分子中碳原子与四个氢原子 形成的四条等长和等角的化学键。
sp2 杂化轨道
形状
sp2杂化轨道呈平面三角形形 状，与未杂化的p轨道垂直。
应用
杂化轨道用于描述共价键中 电子的空间分布与方向性。
杂化轨道的类型
1 sp3杂化道
2 sp2杂化轨道
sp3杂化轨道是s轨道和三个p轨道的线性组合， 形成四个等价的sp3杂化轨道。
sp2杂化轨道是s轨道、两个p轨道和一个未杂 化的p轨道的线性组合，形成三个等价的sp2 杂化轨道。
3 sp杂化轨道
4 其他类型
sp2杂化轨道解释了烯烃分子 中碳原子之间形成的双键和 单键的几何构型。
π键
未杂化的p轨道形成了烯烃分 子中的π键。
sp杂化轨道
1
形状
sp杂化轨道呈直线形状，与未杂化的p轨道平行。
2
应用
sp杂化轨道解释了炔烃分子中碳原子之间形成的三键和单键的几何构型。
3
π键
杂化轨道理论
杂化轨道理论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。
C原子的电子排布式是1s22s22p2,从轨道表示式看出只有两个未成对电子，只能形成两个共价键,但甲烷CH4分子中形成四个共价键，形成的每个共价键相同且键角是109.50，怎么解释?为解决这一矛盾,鲍林提出了杂化轨道理论.一.杂化轨道理论简介原子在形成分子时,为了增强成键能力,使分子的稳定性增加,趋向于将不同类型的原子轨道重新组合成能量、形状和方向与原来不同的新原子轨道；这种重新组合称为杂化；杂化后的原子轨道称为杂化轨道.【注意】(1)只有能量相近的轨道才能相互杂化。
(2)形成的杂化轨道数目等于参加杂化的原子轨道数目。
(轨道数不变)(3)杂化轨道成键能力大于原来的原子轨道（成键能力提高），因为杂化轨道的形状变成一头大一头小了,用大的一头与其他原子的轨道重叠,重叠部分显然会增大。
二.杂化轨道类型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′，如图所示：2. sp2 杂化同一个原子的一个ns 轨道与两个np 轨道进行杂化组合为sp 2杂化轨道。
sp 2杂化:三个夹角为120°的平面三角形杂化轨道BF 3分子形成3. sp 杂化同一原子中ns-np 杂化成新轨道：一个s 轨道和一个p 轨道杂化组合成两个新的sp 杂化轨道。
夹角为180°的直线形杂化轨道BeCl 2分子形成。
轨道杂化理论
轨道杂化理论
轨道杂化理论，又称占据轨道杂化理论，是化学领域中著名的理论，它有助于研究原
子核中子核与电子之间的相互作用。
轨道杂化理论揭示了原子在不同状态下的构造，它可
以帮助人们了解化学性质，特别是分子的稳定性。
轨道杂化理论的基本思想是将原子轨道分为占据轨道和空置轨道。
原子的放射性是由
吸收能量而完成的，这涉及到电子从高能带跃迁到低能带的过程。
在这个过程中，邻近的
模式之间发生杂化，即高能轨道中的电子会跑进低能轨道中，同时低能轨道中的电子也会
跑进高能轨道中。
这种杂化现象导致了原子核中电子的混和，从而形成了电子的构型。
通过轨道杂化理论，可以绘制出原子的轨道排列，从而说明其稳定性。
由于原子在低
能轨道中的电子较多，称为芝加莱轨道，芝加莱轨道的分子极其稳定，因此叫做芝加莱分子。
此外，轨道杂化理论还可以解释原子电荷数及其配位数之间的关系。
在化学反应中，
遵循六电价定律，即原子与原子之间的电子转移都需要满足一定的条件，这些条件都可以
由轨道杂化理论来描述。
轨道杂化理论普遍应用于现代物理化学研究，它是一种能够准确模拟原子核中子核与
电子相互作用的理论模型。
这种理论对于研究化学反应有很大的帮助，能够帮助人们较好
的了解化学性质，特别是分子的稳定性，更有助于理解化学反应的遵循六电价定律的原因。
杂化轨道解释
杂化轨道解释
杂化轨道是指原子中的各个电子轨道（s、p、d等）在化学键
形成过程中重新排列和重新组合形成的一系列新的轨道。
原子中的电子在形成化学键时，会发生轨道重叠，电子会重新排列在空间中形成新的轨道，这些轨道被称为杂化轨道。
杂化轨道的形成可以通过薛定谔方程进行计算。
在计算过程中，原子的电子云会被重新组合成一些新的轨道，这些新的轨道与原来的轨道具有不同的性质和形状。
最常见的杂化轨道包括sp、sp²和sp³轨道。
例如，在形成氨分子（NH₃）的化学键时，氮原子的一个2s
轨道和三个2p轨道会发生杂化，形成四个新的sp³杂化轨道，这四个轨道平面形成一个四面体。
杂化轨道的形成可以解释很多分子的几何结构和化学性质。
通过杂化轨道的探讨，可以帮助我们理解分子中原子之间的键合和空间排列。
杂化轨道理论在化学中得到广泛应用，是解释分子结构和反应机理的重要工具。
轨道杂化理论
轨道杂化理论
轨道杂化理论是一种用来解释物质由粒子状态转变为分子状态的理论。
它是由德国物理学家马克斯·冯·霍夫曼提出的，于1924年发表在英国物理学会上。
轨道杂化理论被认为是后来分子物理学发展的基础，它提出了电子能级交换的概念，即电子能级混合时产生的能量可以被用来维持分子结构。
轨道杂化理论主要是描述电子态之间的相互作用。
它认为，原子核和外电子是分子的两个重要组成部分，电子能级的混合可以使分子稳定，并使每个分子的总能量达到最小值。
因此，当原子核和外电子相互作用时，电子能级就会发生混合，从而产生了分子状态。
轨道杂化理论在分子物理学中发挥了重要作用，它提出了电子能级混合的概念，而这种混合是分子稳定的关键。
轨道杂化理论还为研究分子物理学和化学提供了基础，从而可以在不同的分子结构中找到最佳的组合，这对于研究各种化学反应都有重要意义。
轨道杂化理论是一种重要的理论，它用来解释物质从粒子状态转变为分子状态的过程，而这也是形成分子的基础。
它为化学反应和物理学研究提供了一种新的方法，也为人类提供了更多的知识和发现。
轨道杂化理论
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23
轨道杂化理论在化学领域应用
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解释分子形状和键角
01
轨道杂化理论可以解释许多分子的形状和键角，如甲烷的正四
面体结构、乙烯的平面结构等。
预测分子性质和反应活性
02
通过轨道杂化理论，可以预测分子的极性、键能、反应活性等
性质，有助于理解化学反应的机理和过程。
指导新材料设计
sp3d2杂化可以解释某些分子的八面体几何构型，例如SF6等分子。
在sp3d2杂化中，s、p和d轨道混合形成六个等价的sp3d2杂化轨道，这些杂化轨道指向八 面体的六个顶点，可以容纳六个配体或基团。同时，由于八面体结构的对称性较高，因此 sp3d2杂化分子通常具有较高的稳定性和反应性。
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14
04
轨道杂化对物质性质影响
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15
空间构型与键角变化
杂化轨道的空间构型
杂化后的轨道空间构型发生变化，如sp3杂化形成四面体构型，sp2杂化形成平 面三角形构型。
键角变化
由于杂化轨道的空间构型改变，导致分子中的键角也发生变化。例如，甲烷分子 中C-H键的键角为109.5°，而乙烯分子中C=C键的键角为120°。
sd杂化可以解释某些分子的几何构型和化学键性质，例如 过渡金属配合物的形成和稳定性。
在sd杂化中，s轨道和d轨道混合形成新的杂化轨道，这些 杂化轨道具有不同的能量和形状，可以容纳更多的电子， 从而增加了分子的稳定性和反应性。
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12
sp3d杂化
sp3d杂化是指s、p和d轨道之间的杂 化，通常发生在中心原子具有一个空 的d轨道和三个或四个s和p电子的情 况下。
能带理论--杂化轨道理论
能带理论--杂化轨道理论是1931年由Pauling L等人在价键理论的基础上提出，它实质上仍属于现代价键理论，但它在成键能力、分子的空间构型等方面丰富和发展了现代价键理论。
1.在成键过程中，由于原子间的相互影响，同一原子中几个能量相近的不同类型的原子轨道（即波函数），可以进行线性组合，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，这种轨道重新组合的过程称为，杂化后形成的新轨道称为（hybrid orbital）。
2.杂化轨道的角度波函数在某个方向的值比杂化前的大得多，更有利于原子轨道间最大程度地重叠，因而杂化轨道比原来轨道的成键能力强。
3.杂化轨道之间力图在空间取最大夹角分布，使相互间的排斥能最小，故形成的键较稳定。
不同类型的杂化轨道之间的夹角不同，成键后所形成的分子就具有不同的空间构型。
按参加杂化的原子轨道种类，轨道的杂化有sp和spd两种主要类型。
按杂化后形成的几个杂化轨道的能量是否相同，轨道的杂化可分为等性杂化和不等性杂化。
sp型和spd型杂化能量相近的ns轨道和np轨道之间的杂化称为。
按参加杂化的s轨道、p轨道数目的不同，sp型杂化又可分为sp、23sp 、sp 三种杂化。
1sp由1个s轨道和1个p轨道组合成2个sp杂化轨道的过程称为，所形成的轨道称为sp杂化轨道。
每个sp杂化轨道均含0有的s轨道成分和的p轨道成分。
为使相互间的排斥能最小，轨道间的夹角为180 。
当2个sp杂化轨道与其他原子轨道重叠成键后就形成直线型分子。
图9-3 sp杂化过程及sp杂化轨道的形状22spsp2杂化轨道的空间取向示意图2(图9-4 BF的平面三角形构型和sp杂化轨道的空间取向) 322 由1个s轨道与2个p轨道组合成3个sp 杂化轨道的过程称为。
每个sp 杂化轨道含有的s轨道成分和的p202轨道成分，为使轨道间的排斥能最小，3个sp杂化轨道呈正三角形分布，夹角为120[图9-4]。
当3个sp杂化轨道分别与其他3个相同原子的轨道重叠成键后，就形成正三角形构型的分子。
杂化轨道理论
杂化轨道理论在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量相近的原子轨道重新组合，形成一组新的轨道，这个过程叫做轨道的杂化，产生的新轨道叫做杂化轨道。
1基本介绍杂化轨道理论（hybrid orbital theory)是1931年由鲍林(Pauling L)等人在价键理论的基础上提出，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。
核外电子在一般状态下总是处于一种较为稳定的状态，即基态。
而在某些外加作用下，电子也是可以吸收能量变为一个较活跃的状态，即激发态。
在形成分子的过程中，由于原子间的相互影响，单个原子中，具有能量相近的两个能级中，具有能量较低的能级的一个或多个电子会激发而变为激发态，进入能量较高的能级中去，即所谓的跃迁现象，从而新形成了一个或多个能量较高的能级。
此时，这一个或多个原来处于较低能量的能级的电子所具有的能量增加到与原来能量较高的能级中的电子相同。
这样，这些电子的轨道便混杂在一起，这便是杂化，而这些电子的状态也就是所谓的杂化态。
用化学语言讲，杂化轨道理论从电子具有波动性、波可以叠加的观点出发，认为一个原子和其他原子形成分子时，中心电子所用的电子轨道不是原来纯粹的s轨道或p轨道，而是若干不同类型、能量相近的电子轨道经叠加混杂、重新分配轨道的能量和调整空间伸展方向，组成了同等数目的能量完全相同的新的电子轨道——杂化轨道，以满足化学结合的需要。
这一过程称为电子轨道的杂化。
2基本要点只有最外电子层中不同能级中的电子可以进行轨道杂化，且在第一层的两个电子不参与反应。
不同能级中的电子在进行轨道杂化时，电子会从能量低的层跃迁到能量高的层，并且杂化以后的各电子轨道能量相等又高于原来的能量较低的能级的能量而低于原来能量较高的能级的能量。
当然的，有几个原子轨道参加杂化，杂化后就生成几个杂化轨道。
杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理。
杂化后的电子轨道与原来相比在角度分布上更加集中，从而使它在与其他原子的原子轨道成键时重叠的程度更大，形成的共价键更加牢固。
杂化轨道
（二）杂化过程:
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。
鲍林认为：
分析：
甲烷分子的形成过程：碳原子2s轨道中1个电子吸收能量跃迁到2p空轨道上， 这个过程称为激发，但此时各个轨道的能量并不完全相同，于是1个2s轨道 和3个2p轨道“混杂”起来，形成能量相等，成分相同的4个sp3杂化轨道， 然后4个sp3杂化轨道上的电子间相互排斥，使四个杂化轨道指向空间距离最 远的正四面体的四个顶点，碳原子的4个sp3杂化轨道分别与4个H原子的1s 轨道形成4个相同的δ键，从而形成甲烷分子为正四面体的空间构型。
鲍林提出杂化轨道理论认为: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轨道会发生混杂，混杂时保 持轨道总数不变，却得到4个能量相同的轨道，夹角为 109°28′，成为sp3杂化轨道，形成4个键长和键角都相等的 C-Hδ键，因此，呈正四面体的立体结构。
三.杂化轨道理论简介
(一).杂化:在形成多原子分子的过程中，中心原子的若 干能量相近的原子轨道重新组合，形成一组新的轨道， 这个过程叫做轨道的杂化，产生的新轨道叫杂化轨道。 注意：（1）类型不同能量相近的原子轨道
未杂化p轨道垂直于sp2杂化轨道所在平面。
乙烯分子在形成时，C的sp2杂化轨道形成了一 个（C-C ）键。剩下的sp2杂化轨道则分别与Ｈ 形成C-H 键。
两个碳原子上各剩有一个垂直于sp2杂化轨道所 在平面的未杂化的p轨道，这两个p轨道从侧面 “肩并肩”的进行重叠，形成 键。
CC
CC
sp2杂化形成σ键
3
BF3
第二章 第二节 第2课时 杂化轨道理论(教师版)
第2课时 杂化轨道理论一、杂化轨道理论简介1．杂化轨道及其特点2．用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成在形成CH 4分子时，碳原子的一个2s 轨道和三个2p 轨道发生混杂，形成四个能量相等的sp 3杂化轨道。
四个sp 3杂化轨道分别与四个H 原子的1s 轨道重叠成键形成CH 4分子，所以四个C—H 键是等同的。
碳原子的sp 3杂化可表示如下：3．杂化轨道类型杂化类型 sp sp 2 sp 3 参与杂化的原 子轨道及数目 1个s 轨道 1个p 轨道1个s 轨道 2个p 轨道1个s 轨道 3个p 轨道杂化轨道的数目234判断正误(1)所有的原子轨道都参与杂化( ) (2)杂化轨道能量集中，有利于牢固成键( ) (3)杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同，但能量不同( )(4)第ⅠA 族元素成键时不可能有杂化轨道( ) (5)杂化轨道既可能形成σ键，也可能形成π键( ) (6)孤电子对不可能参加杂化( ) (7)s轨道和p 轨道杂化可能有sp 4出现( ) 答案 (1)× (2)√ (3)√ (4)√ (5)× (6)× (7)×应用体验下列有关sp 2杂化轨道的说法正确的是______(填序号)。
①由同一能层上的s 轨道与p 轨道杂化而成 ②共有3个能量相同的杂化轨道 ③每个sp 2杂化轨道中s 能级成分占三分之二 ④sp 2杂化轨道最多可形成2个σ键答案 ①② 解析 同一能层上s 轨道与p 轨道的能量差异不是很大，相互杂化的轨道的能量差异也不能过大，①正确；同种类型的杂化轨道能量相同，②正确；sp 2杂化轨道是由一个s 轨道与2个p 轨道杂化而成的，③不正确；sp 2杂化轨道最多可形成3个σ键，④不正确。
归纳总结杂化轨道理论的要点(1)原子形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。
发生轨道杂化的原子一定是中心原子。
(2)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子是不可能发生杂化的。
分子的立体结构(杂化轨道理论)
01
02
03
04
sp杂化
一个s轨道和一个p轨道杂化 ，形成两个sp杂化轨道，形
状为直线型。
sp2杂化
一个s轨道和两个p轨道杂化 ，形成三个sp2杂化轨道，形
状为平面三角形。
sp3杂化
一个s轨道和三个p轨道杂化 ，形成四个sp3杂化轨道，形
状为正四面体型。
其他杂化类型
如dsp2、d2sp3等，涉及d轨 道的参与，形成更复杂的分子
指导新材料的设计和合成
通过研究杂化轨道理论，可以深入了解 分子中原子间的相互作用和电子排布规 律，从而揭示分子立体结构的本质。
通过调控分子的立体结构，可以设计 和合成具有特定功能的新材料，如催 化剂、药物、光电材料等。
预测和解释分子的性质
基于杂化轨道理论，可以预测和解释 分子的几何构型、键长、键角以及分 子的物理和化学性质。
预测反应活性
通过了解分子的电子云分布和键能，可以预测分子在化学反应中的 活性和选择性。
指导新材料设计
杂化轨道理论为设计具有特定功能和性质的新材料提供了理论指导。
研究成果与不足
成果
杂化轨道理论在解释和预测分子 的立体结构方面取得了显著成果 ，成功应用于多种有机和无机化 合物的结构和性质研究。
不足
对于某些复杂体系，如过渡金属 化合物和生物大分子，杂化轨道 理论的解释力有限，需要进一步 完善和发展。
分子的立体结构杂化轨道理论
contents
目录
• 引言 • 杂化轨道理论基础 • 分子的立体构型与杂化轨道 • 杂化轨道理论与化学键性质 • 杂化轨道理论与化学反应性 • 总结与展望
01 引言
分子的立体结构概述
分子立体结构的定义
1-2-3杂化轨道理论
四面体构型 轨道夹角109°28′
杂化后的轨道变了
能量相等，成分相同
轨道成分变了 （1/4s轨道和3/4p轨道） 单个轨道的能量变了（介于s和p轨道之间） 轨道的形状变了（兼具s和p轨道特征） 轨道的伸展方向变了（呈正四面体构型） 电子云分布变了（更集中，成键能力增强）
三角锥，V形 NH3，H2O
3、sp杂化
碳原子的2S轨道与一个2P轨道杂化，形成两个能量相等、形状相同 的sp轨道，各有一个电子，未杂化的两个2P轨道中也各有一个电子。
激发
杂化
2p
2p
p
2s
2s
++-+
2s
2p
sp
+- -+
第一章 绪 论
3种杂化轨道对比
含S成分越多，越短， 越胖
sp3 sp2
sp
4、等性杂化和不等性杂化
2s
2p
基态
跃迁
2s
2p
激发态
sp2杂化 sp2杂化轨道 2p(未杂化)
杂化态
sp2杂化轨道的形成过程
120°
z
z
z
z
y
y
y
x
x
x
x
H
H
CC =
H
H
键
H HC
CH H
键
H
C H
O
=
H H
C
O
sp2杂化轨道具有以下特点：
① 能量相等，成分相同（1/3s轨道和2/3p轨道）； ② 杂化轨道的电子云分布更集中，成键能力增强；但比sp3杂化轨道弱； ③ 三个杂化轨道呈平面三角形，夹角120°。未杂化2p轨道垂直于该平面。
杂化轨道理论简介
原子 轨道的形状方向，在成键时更有利于轨道间的 重叠；
（3）杂化前后原子轨道为使相互间排斥力最小，故 在空间取最大夹角分布，不同的杂化轨道伸展方向不 同.
整理ppt
6
例1：sp杂化——BeCl2的形成
Cl
C原子的轨道排布图
2p2
2s2
1s2 H原子轨道排布图
1s1
为什么碳原子与氢原子结合形成CH4而不是CH2?
整理ppt
3
依据价键理论，甲烷是 4 个 C — H σ单 键，而碳的 4 个价层原子轨道是3个相互垂 直的2p和1个球形的 2s，那么用它们和氢原 子的1s形成共价键的角应该是90度而不是109 度28分的四面体构型？
整理ppt
8
例2：sp2杂化——BF3分子的形成
F
。 B ：1s22s22p1没有3个成键单电子
120 B
F
F
2p
2p
2s
2s
激发
sp2 Sp2杂化
整理ppt
9
Sp2杂化轨道的形成过程
z
z
z
z
y
y
y
y
x
x
x
sp2杂化： 1个s 轨道与 2个p 轨道进行的 杂化 ,形成3个sp2 杂化轨道。
每个sp2杂化轨道含有 1/3 s 和 2/3 p 轨道 的成分 每两个轨道间的夹角为120°，呈平
13
三、杂化理论简介
5. 杂化类型判断： 杂化类型的判断方法：先确定分子或 离子的VSEPR模型，然后就可以比较方 便地确定中心原子的杂化轨道类型。
整理ppt
轨道杂化理论
轨道杂化理论
杂化轨道理论是一种科学理论。
在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量相近的原子轨道重新组合，形成一组新的轨道，这个过程叫做轨道的杂化，产生的新轨道叫做杂化轨道。
1、某原子在成键时，在键合原子的作用下,同一原子中不同类型能量相近的原子轨道可能改变原有的状态,混杂起来并重新组合成一组有利于成键的新轨道（即杂化轨道）。
这一过程称为原子轨道的杂化，简称杂化。
2 、同一原子中能量相近的n 个原子轨道，组合后只能得到n 个杂化轨道。
例如，同一原子的一个ns 轨道和一个npx轨道，只能杂化成两个sp杂化轨道。
这两个sp杂化轨道的形状一样，但其角度分布最大值在x轴上的取向相反。
3 、杂化轨道比原来未杂化的轨道成键能力强，形成的化学键键能大，使生成的分子更稳定。
由于成键原子轨道杂化后，轨道角度分布图的形状发生了变化，形成的杂化轨道一头大一头小。
大的一头与别的原子成键时电子云可以得到更大程度的重叠，所以形成的化学键比较牢固。
杂化轨道理论简介ppt课件
无机化学
在无机化学中，杂化轨道理论用于解释复 杂化合物的成键方式和性质，如配合物、 金属氧化物等。
B
C
材料科学
在材料科学中，杂化轨道理论用于研究材料 的电子结构和性质，为新材料的开发和性能 优化提供理论支持。
生物学
在生物学中，杂化轨道理论用于解释生物大 分子的结构和功能，如蛋白质、核酸等。
D
02 杂化轨道的形成
案例二：乙烯分子的化学反应活性分析
总结词
乙烯分子的双键碳原子采用sp2杂化，这与其化学反应活性有关。
详细描述
乙烯分子中的碳原子通过sp2杂化形成三个等同的杂化轨道，其中两个杂化轨道与两个氢原子形成C-H共价键， 而第三个杂化轨道则与另一个碳原子的杂化轨道形成π键。这种杂化方式使得乙烯分子中的碳原子具有未共用的 电子对，易于发生亲电加成反应，表现出较高的化学反应活性。
04 杂化轨道理论的应用
在分子结构中的应用
1 2
确定分子空间构型
杂化轨道理论可以用来解释分子的空间构型，例 如甲烷分子中的碳原子通过sp3杂化形成四面体 结构。
预测键角和键长
通过杂化轨道理论，可以预测分子中键角和键长， 这对于理解分子性质和行为至关重要。
3
解释键的极性和非极性
杂化轨道理论有助于解释分子中键的极性和非极 性，这对于理解分子间的相互作用和化学反应机 制具有重要意义。
附性能、催化性能和光学性能等。
谢谢聆听
杂化轨道理论是通过将不同类型的原子轨道进行线性组 合，形成新的原子轨道，以更好地满足成键的需求。
03
概念
杂化轨道理论的核心概念是轨道的杂化和电子云的分布 ，它有助于理解分子的几何构型和化学键的性质。
杂化轨道理论的发展历程
杂化轨道理论
ψ2 ψ3
y ψ1
x
z
= c1ψpx + c2ψpy + c3 ψpz 由正交归一性 得 ∫ψp2dτ = ∫ (c1ψpx + c2ψpy + c3ψpz)2 dτ = 1
c12 + c22 + c32 = 3c12 = 1, c1 = c2 = c3 = ±(1/3)1/2 即 ψp = c1(ψpx + ψpy + ψpz) ψ1 = 1/2ψs + c1(ψpx + ψpy + ψpz) = 1/2ψs + (31/2/2)(1/31/2)(ψpx + ψpy + ψpz) =(ψs + ψpx + ψpy + ψpz)/2 另外三条杂化轨道,系数与ψ1相同,只是方向不同, z 根据右图判断方向得到另外三条杂化轨道
b. 从sp2杂化轨道的图形出发计算可以简化计算 sp2等性杂化轨道是平面正三角形，其中一条 我们把它放在x轴上，另外两条与第一条成120 度夹角。利用杂化轨道夹角公式计算。 cos120 = −α/(1−α) =−1/2 得 α = 1/3， β = 2/3 所以 ψ1 = (1/3)1/2 ψs + (2/3)1/2ψpx 对ψ2和 ψ3有: 原子轨道px和py 的贡献为: ψ2 = (2/3)1/2(-cos60 ψpx + sin60 ψpy) + (1/3)1/2 ψs = (2/3)1/2(-1/2 ψpx + 31/2/2 ψpy) + (1/3)1/2 ψs = (1/3)1/2 ψs – (1/6)1/2 ψpx + (1/2)1/2 ψpy ψ3 = (2/3)1/2(-cos60 ψpx - sin60 ψpy) + (1/3)1/2 ψs = (2/3)1/2(-1/2 ψpx - 31/2/2 ψpy) + (1/3)1/2 ψs = (1/3)1/2 ψs – (1/6)1/2 ψpx - (1/2)1/2 ψpy (3) sp3等性杂化 一条s原子轨道和3条p轨 道杂化而成. 一般形式为 ψsp^3 = (1/4)1/2ψs + (3/4)1/2ψp 从图可见,四个杂化轨道方向是指向四个定点 x 而且对坐标轴具有相同对称性,组合系数是相同
分子的空间构型杂化轨道理论
难以给出精确的预测。
杂化轨道理论的发展方向
扩展到非共价分子
发展能够适用于非共价分 子的杂化轨道理论，以更 好地解释金属、离子等分 子的性质。
引入量子力学
将量子力学原理与杂化轨 道理论相结合，以更精确 地描述电子行为和分子性 质。
复杂分子结构研究
深入研究复杂分子结构， 发展更精确的模型和方法， 以解释和预测复杂分子的 性质和行为。
杂化后的轨道称为杂化轨道，它们具有与原始原子轨道不同的形状和取向，可以与其他原子 轨道相互作用形成更稳定的化学键。
杂化轨道理论可以用来预测分子的空间构型和化学键的性质，是现代化学键理论的重要组成 部分。
杂化轨道理论的发展历程
01
1930年代
德国化学家鲍林和美国化学家斯莱特提出了杂化轨道理论的基本概念，
杂化轨道理论在化学反应机理、物质结构和性质预测等方 面具有广泛的应用。通过了解分子的杂化方式，可以预测 分子的性质和反应活性，从而指导化学反应的设计和合成 。
在药物设计和材料科学中，了解分子的杂化方式对于预测 分子的生物活性、稳定性、导电性等性质至关重要。通过 合理设计分子的杂化方式，可以开发出具有特定功能的新 型药物或材料。
3
分子所处的环境
温度、压力、溶剂等环境因素对分子构型有一定 影响。
分子构型与化学反应的关系
01
02
03
反应活性
某些特定的分子构型有利 于化学反应的进行，如碳 正离子的平面构型更易发 生亲电取代反应。
选择性
在某些化学反应中，特定 的分子构型可能导致产物 具有更高的选择性。
反应机理
分子构型影响化学反应的 机理，如环己烯的椅式构 型有利于顺式加成反应的 进行。
分子的空间构型杂化轨道理论
杂化轨道理论简介
• 11
例、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
12
试用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子 的成键情况
13
C原子在形成乙烯分子时，碳原子的2s轨道与2个2p轨 道发生杂化，形成3个sp2杂化轨道，伸向平面正三角形 的三个顶点。每个C原子的2个sp2杂化轨道分别与2个H原 子的1s轨道形成2个相同的σ键，各自剩余的1个sp2杂化 轨道相互形成一个σ键，各自没有杂化的l个2p轨道则垂 直于杂化轨道所在的平面，彼此肩并肩重叠形成π键。 所以，在乙烯分子中双键由一个σ键和一个π键构成。
4 sp3 正四面体
A的杂化轨道空间构型
ABm型分子或离子空间构 型
直线形 直线形
平面三角形
平面三角 形或V形
10
正四面体
正四面体三角 锥形或V形
例：计算下列分子或离子中的价电子对数，并根据已学填写下表
物质
价电 子对
数
中心原 子杂化 轨道类型
杂化轨道/ 电子对空
间构型
轨道 夹角
分子空 间构型
键角
2 气态BeCl2
2s
2p
激发
2s
2p
sp3杂化
sp3
由1个s轨道和3个p轨道混杂并重新组合成4个 能量与形状完全相同的轨道。我们把这种轨道称之 为 sp3杂化轨道。
•3
1.概念：在形成分子时，在外界条件影响下若干不同 类型能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成一组 新轨道的过程叫做原子轨道的杂化，所形成的新轨道 就称为杂化轨道。
Cl
Be
高中化学选修三杂化轨道理论简介
杂化轨道理论简介思考：写出碳原子的核外电子排布图，思考为什么碳原子与氢原子结合形成CH4，而不是CH2 ？一.杂化轨道理论1.概念：在形成分子时，在外界条件影响下若干不同类型能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成一组新轨道的过程叫做原子轨道的杂化，所形成的新轨道就称为杂化轨道。
2.杂化条件：（1）参与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）；（2）只有在形成分子的过程中才能会发生杂化。
3、杂化轨道特点（1）杂化轨道前后轨道总数不变，形状发生改变，一头大，一头小，杂化后各轨道能量相同。
（2）杂化轨道成键时同样遵循互斥理论，满足化学键间排斥力最小，故杂化轨道之间在空间内尽可能远离，呈立体对称结构。
（3）杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。
未参与杂化的P轨道可用于形成π键。
（4）一个轨道不管有没有电子，只要符合杂化的条件就可能参与杂化。
4、杂化轨道形成过程（1）sp3杂化sp3杂化：1个s 轨道与3个p 轨道进行的杂化,形成4个sp3 杂化轨道。
每个sp3杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有1/4 s 轨道和3/4 p 轨道的成分每两个轨道间的夹角为109 °28，。
空间构型为正四面体型。
价层电子对数为4的中心原子采用sp3杂化方式（2）sp2杂化sp2杂化：1个s 轨道与2个p 轨道进行的杂化,形成3个sp2 杂化轨道。
每个sp2杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有1/3 s 轨道和2/3 p 轨道的成分，每两个轨道间的夹角为120°，呈平面三角形。
例：用杂化轨道理论分析乙烯的杂化类型及分子空间构型？杂化轨道只能形成σ键或容纳未参与成键的孤电子对，不能形成π键；未参与杂化的p轨道可用于形成π键。
例：苯环的结构1.苯环中的碳均是以sp2杂化成夹角为1200三个sp2杂化轨道.2.苯环中六个碳之间形成6个σ键,每个碳与氢形成1个σ键.3.苯环中六个碳中未杂化的P轨道彼此形成一个大π键.4.形成大π键比一般的π键更稳定,因此苯环体现特殊的稳定性（3）sp杂化sp杂化：1个s 轨道与1个p 轨道进行的杂化,形成2个sp杂化轨道。
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例1：sp杂化——BeCl2的形成
Cl
Be
Cl
180
。
px
Cl 2p 2s
sp
px
Cl
2p 激发 2s
sp Sp杂化
SP杂化轨道的形成过程
z z z z
y x x
y x
y x
y
sp杂化： 1个s 轨道与 1个p 轨道进行的杂化 , 形成2个sp杂化轨道。
每个sp杂化轨道含有1/2 s 和1/2 p 轨道成分 两个轨道间的夹角为180°，呈直线型
7 、 下列判断正确的是 （ D ） A、BF3 是三角锥形分子 B、铵根离子呈平面形结构 C、甲烷分子中的4个C-H键都是氢原子的1s轨道与碳子的 p轨道形成的s-pσ键 D、甲烷分子中的4个C-H键都是氢原子的1s轨道与碳原子 的4 个 sp3杂化轨道重 叠形成的σ键 9 、根据价层电子对互斥理论及原子的杂化理论判断NF3分子 的空间构型和中心 原子的杂化方式为（ ） D A.直线形 sp杂化B.三角形 sp2杂化 C.三角锥形 sp2杂化 D.三角锥形 SP3杂化
第二节 分子的立体构型
第三课时——杂化轨道理论简介
复习：
1 、从原子轨道角度共价键可分哪两种 基本类型 ？ σ键和π键
2、价层电子对互斥理论模型有哪些？ 3、基态c原子的电子排布式是 1s22s22p2
最外层有 2 个未成对电子、只能形成 2 个共价 键。
活动：请根据价层电子对互斥理论 分析CH4的立体构型
例3：sp3杂化——CH4分子的形成
C： 2s2 2p2
2p 2s 激发 2s
2p
sp3 Sp3杂化
Sp3杂化轨道的形成过程
z y y x x x x y z z 。 109.5 z
sp3杂化： 1个s 轨道与 3个p 轨道进行的杂化 ,形成 4个sp3 杂化轨道。每个sp3杂化轨道含有 1/4s 和 3/4 p轨道成分每两个轨道间的夹角为109.5°， 空间构型 为正四面体型。
三、杂化理论简介
1.杂化理论提出背景及概述：在形成分子 时，在外界条件影响下若干不同类型能量 相近的原子轨道混合起来，重新组合成一 组新轨道的过程叫做原子轨道的杂化，所 形 成 的 新 轨 道 就 称 为 杂 化 轨 道 。
三、杂化理论简介
2、要点：
（1）参与杂化的各原子轨道 能量要相近 在同一能 级组如ns 和 np 或相近能级组 如(n-1)d 、ns 、 np 的轨道； （2）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；但杂化轨道改变了 原子 轨道的形状方向，在成键时更有利于轨道间的 重叠； （3）杂化前后原子轨道为使相互间排斥力最小，故 在空间取最大夹角分布，不同的杂化轨道伸展方向不 同.
三、杂化理论简介
4 .杂化轨道小结：
杂化轨道 Sp
每个轨道的成分
1/2 s
轨道间夹角( 键角) 180 °
1/2 p
sp2
sp3
1/3 s
2/3 p
3/4p
120 °
109.5°
1/4 s
杂化轨道只能用于形成σ键和容纳孤电子对，所以 杂化轨道数==== 中心原子孤电子对数+中心原子结合的原子数
三、杂化理论简介
C原子的轨道排布图 2s2 1s2 H原子轨道排布图 1s1
为什么碳原子与氢原子结合形成CH4而不是CH2?
2p2
依据价键理论，甲烷是 4 个 C — H σ单 键，而碳的 4 个价层原子轨道是3个相互垂 直的2p和1个球形的 2s，那么用它们和氢原 子的1s形成共价键的角应该是90度而不是109 度28分的四面体构型？ 为了解决这些矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论
例2：sp2杂化——BF3分子的形成
F
。
120 B
B ：1s22s22p1没有3个成键单电子
F
F 2p 2s 2s 激发 2p
Sp2杂化
sp2
Sp2杂化轨道的形成过程
z y x x x y z y z y
z
sp2杂化： 1个s 轨道与 2个p 轨道进行的 杂化 ,形成3个sp2 杂化轨道。 每个sp2杂化轨道含有 1/3 s 和 2/3 p 轨道 的成分 每两个轨道间的夹角为120°，呈平 面三角形
5. 杂化类型判断： 杂化类型的判断方法：先确定分子或 离子的VSEPR模型，然后就可以比较方 便地确定中心原子的杂化轨道类型。
三、杂化理论简介
5 .杂化类型判断（参考课本第41页）
对于ABm 型分子或离子，其中心原子 A 的杂化轨道数恰好与A的价 电子对数相等。
A的价电子对数
A的杂化轨道数 杂化类型
2
2 sp
3
3 sp2
4
4 sp3
A的杂化轨道空间构型
ABm 型分子或离子空间 构型
直线型
直线型
平面三角形
正四面体
平面三角形或 正四面体三角锥型或v型 v型
巩固练习
4 、对SO2 和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 是V形结构，CO2 是直线形结构
思考பைடு நூலகம்交流
试确定H3O+的中心原子的杂化轨道类型