杂化轨道理论
选修3杂化轨道理论
NH3
试写出实验中发生的两个反应的离 子方程式？
Cu 2+ +2NH3 .H2O
Cu（OH）2 +2 NH4 +
C蓝u色（沉OH淀）2 + 4NH3 . H2O
[Cu(NH3) 4]2+ +2OH—+4H2O 深蓝色溶 液
实验2-3
Fe 3+ +SCN— 硫氰酸根
[Fe (SCN) ]2+ 由于该离子的颜
2s
2p
激发 2s
2p
杂化 正四面体形
C的基态
H
C
H
H
H
激发态
109°28’
sp3 杂化态
1 sp3 杂化
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 取向是四面体结构，相互的键角θ=109º28′
CH4,CCl4
NH3中N也是采取sp3杂化
血红 色
色极似血液，常
被用于电影特技
和魔术表演。
练习书写： 向硝酸银溶液中逐渐滴加氨水的离子方程式
SP
直线形
SP2
平面三角形
SP3
正四面体形
SP2
V形
SP3
三角锥形
SP3
V形
四 配合物理论简介： 实验2-1
CuSO4 CuCl2.2H2O CuBr2 NaCl
固体颜色 白色 绿色
深褐色 白色
K2SO4 白色
KBr 白色
溶液颜色 天蓝色 天蓝色 天蓝色 无色 无色 无色
思考：前三种溶液呈天蓝色大概与什么物质有关？依据是什么？
BF3分子形成
2.2杂化轨道理论
1 AB4 2 AB3
变形四面 体Leabharlann SF4T形ClF3
2
3 AB2
直线形
I
3
价层 价层电 成键 孤对 分子 电子对的排 分子构型 实 例
电子 子对排 电子 电子 类型 布方式
对数 布
对数 对数
6
0 AB6
正八面体 SF6
6 八面体 5
1 AB5
四方锥形 IF5
4
2 AB4
平面正方 形
ICl4
碳的sp杂化轨道
CH ≡ CH的结构
4.不等性 杂化
4.不等性 杂化
4.判断 杂化中心原子杂化类型的方法
sp3
饱和碳
sp2
双键碳
sp
叁键碳
一般方法
①看中心原子有没有形成双键或叁键，如果有1个叁键，则 其中有2个π键，用去了2个p轨道，形成的是sp杂化；如果 有1个双键则其中有1个π键，形成的是sp2杂化；如果全部 是单键，则形成的是sp3杂化。
SO2 X2Y 型
H2O
结构
键极性 极性键
分子极性 形状
非极性分 子
直线型
极性键 极性分子 角型
极性键 极性分子 角型
H2S
极性键 极性分子 角型
常见分子的构型及其分子的极性（四）
类型 实例
BF3 XY3 型
NH3
结构
键极性 分子极性 形状
极性键
非极性分 直平面
子
三角型
极性键
极性分子
三角锥 型
常见分子的构型及其分子的极性（五）
几种常见的杂化轨道类型
杂化类型
sp
sp2
sp3
杂化轨道排布 直线形 三角形
杂化轨道理论
杂化轨道理论杂化轨道理论基本介绍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电子亚层中，具有能量较低的电子亚层的一个或多个电子会激发而变为激发态，进入能量较高的电子亚层中去，即所谓的跃迁现象，从而新形成了一个或多个能量较高的电子亚层。
此时，这一个与多个原来处于较低能量的电子亚层的电子所具有的能量增加到与原来能量较高的电子亚层中的电子相同。
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。
概述1931年,Linus Carl Pauling提出轨道杂化理论。
实验事实基础是许多分子的键角不等于原子轨道间夹角。
如氧原子与氢原子组成的水分子H－O－H的键角是104.5o，不等于氧的2py与2pz轨道间的夹角90o。
类似的，NH3分子中H－N－H的键角也不等于90o，实际测得107.3o。
实验测得甲烷分子CH4是四面体结构，H－C－H键角为109.5o。
要点⑴ 在形成分子（主要是化合物）时，同一原子中几个能量相近的不同类型的原子轨道 (一般为同一能级组的原子轨道)可以进行线性组合(杂化)，重新分配能量和确定空间方向，组成数目相等的新的一组原子轨道。
⑵杂化轨道成键能力大于原来的原子轨道。
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。
⑶ 形成的杂化轨道之间应尽可能地满足最小排斥原理（化学键间排斥力越小，体系越稳定），为满足最小排斥原理，杂化轨道之间的夹角应达到最大。
⑷ 分子的空间构型主要取决于分子中σ键形成的骨架，杂化轨道形成的键均为σ键，所以，杂化轨道的类型与分子的空间构型相关。
相关概念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线性组合成新的原子轨道，这个过程叫做原子轨道的杂化，产生的新轨道叫做杂化轨道。
第一节 杂化轨道理论
1931年，Pauli和Slater提出了杂化轨道的概念。
杂化轨道概念开始仅属于VB理论的范畴，后经MO法的运用，使杂化 轨道理论逐步发展成现代化学键理论的重要内容。 我国著名理论化学家唐敖 庆院士和刘若庄院士等对杂化
轨道理论进行了深入研究，提
出了计算一般键函数的矩阵变 换法，并将杂化轨道中的群论
【理由2】 由 LCAO-MO的基本原则告诉我们：对称性相匹配、能量相近的原子
轨道可从最大重叠方向进行线性组合。
【理由3】 原子轨道通过“杂化”（线性组合）后，有利于增强原子轨道的成
键能力。
由前面对原子轨道的讨论得知，原子轨道可以写成径向部分和角度
部分的乘积。即：
Φk = Ri(r)·Yi(θ,φ)
决于杂化轨道之间的夹角。
由于杂化轨道种类很多，例如： sp1杂化 sp2杂化 sp3杂化 θkl = 180º ——直线形 θkl = 120º ——平面正三角形 θkl = 109°28’——正四面体
sp2d1杂化 ——平面正方形 sp3d1杂化 ——三角双锥 sp3d2杂化 ——正八面体 „„ 在此，我们仅以s-p杂化轨道为例进行讨论。
φsp2
因为：Biblioteka 1 = φs+ 3
2 φ = p 3
1 （φs + 3
2 φ p）
λ2
1 2 = / = 2 3 3
y
即，在 sp2 等性杂化轨道中，s 轨道与 p 轨道的贡献为（1:2）。 于是： 1 + 2cosθkl = 0 θkl = arc cos(- 0.5) = 120° θkl
+
s px
后形成的新轨道称为杂化轨道(hybrid orbital)。
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。
轨道杂化理论
2024/1/29
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轨道杂化理论在化学领域应用
2024/1/29
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。
杂化轨道理论
基态
激发态
✓ 杂化轨道理论认为：在形成甲烷分子时，C原子 上的一个2s电子可被激发到2p空轨道上，形成 四个单键，这时虽然解决了4个共价键的问题， 但是如果这4个轨道，即1个s轨道和3个p轨道， 分别与4个氢原子结合，形成4个键能量是不同的， 这与事实不符。
杂化
激发态
杂化态
✓ 杂化轨道还认为：在成键过程中，这4个不同的轨 道重新组合成4个能量相等的新轨道，由于是由1个 s与3个p轨道组合而成，因而新轨道称作sp3杂化轨 道。每一个sp3杂化轨道含1/4s成分和3/4p成分.
杂化态
✓ 这4个sp3杂化轨道分别与4个氢1s轨道重叠成键， 形成CH4分子。所以四个C-H键是等同的。
H
H C
H
H
✓ 问题：
在CH4分子形成过程中，C原子的轨 道为什么要激发，杂化？激发过程所 需的能量从哪里来？
尽管电子从基态跃迁到激发态需要一定的能量 但其激发后能形成4个共价键比电子不激发只形 成两个C-H键放出的能量要大得多，这些能量足 以补偿电子激发所 需的能量而有余，因此，C与 H形成化合物时生成CH4而不是CH2
(4) 各种杂化轨道的“形状”均为葫芦形，由分 布在原子核两侧的大小叶瓣组成，轨道的伸 展方向是指大叶瓣的伸展方向，为简明起见 往往不给出小叶瓣。
(5) 杂化轨道的数目等于参与杂化的轨道的总数
(6) 杂化轨道可分为等性杂化轨道与不等性杂化 轨道两种。
(7) 杂化轨道成键时，要满足化学键间最小排斥原 理，键角越大，排斥力越小。杂化轨道类型不 同，成键时键角不同，分子的空间结构也不同。
轨道的杂化更有利于轨道之间的重叠成键。因 为杂化后电子云分布更为集中，可使成键的原子 轨道间的重叠部分增大，成键能力增强，因此C 与H原子能结合成稳定的CH4
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
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
6-3-2 杂化轨道理论1. 杂化轨道理论的简要内容⑴在形成分子（主要是化合物）时，同一原子中若干能量相近的原子轨道(一般为同一能级组的原子轨道) 相互叠加（杂化）形成一组同样数目的新的原子轨道。
有关概念：杂化── 轨道的相互叠加过程叫原子轨道的杂化。
杂化轨道──原子轨道叠加后产生的新的原子轨道叫杂化轨道。
⑵杂化轨道比原来的轨道成键能力强，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（形状是一头大，一头小），杂化轨道在某些方向上的角度分布，比未杂化的p轨道和s轨道的角度分布大得多，它的大头在成键时与原来的轨道相比能够形成更大的重叠，因此杂化轨道比原有的原子轨道成键能力更强。
⑶形成的杂化轨道之间应尽可能地满足最小排斥原理（化学键间排斥力越小，体系越稳定），为满足最小排斥原理, 杂化轨道之间的夹角应达到最大。
sp, sp2, sp3杂化轨道的形状如图所示。
⑷ 分子的空间构型主要取决于分子中σ键形成的骨架，杂化轨道形成的键为σ键，所以，杂化轨道的类型与分子的空间构型相关。
2．杂化类型与分子几何类型（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：Cl－Be－Cl基态Be原子的价层电子构型为2s2，表面看来似乎是不能形成共价键的。
但杂化理论认为，成键时Be原子中的一个2s电子可以被激发到2p空轨道上去，使基态Be原子转变为激发态Be原子（2s12p1）：与此同时，Be原子的2s轨道和一个刚跃进的电子的2p轨道发生sp杂化，形成两个能量等同的sp杂化轨道：其中每一个sp杂化轨道都含有轨道和轨道的成分。
如图6-11所示，每个sp轨道的形状都是一头大，一头小。
杂化轨道理论
04
常见杂化类型及其性质
sp杂化及其性质
01 杂化方式
原子轨道以一个s轨道和一 个p轨道组合形成两个sp 杂化轨道。
03 轨道形状
sp杂化轨道呈直线形，两
端各有一个未成对电子。
02 化学键
形成直线型共价键，如乙
炔分子中的碳碳三键。
04 分子空间构型
sp^3杂化及其性质
杂化方式
原子轨道以一个s轨道和 三个p轨道组合形成四个 sp^3杂化轨道。
轨道形状
sp^3杂化轨道呈四面体形 ，中心原子无未成对电子 。
化学键
形成四面体型共价键，如 甲烷分子中的碳氢键。
分子空间构型
正四面体型分子，键角为 109.5°。
其他杂化类型介绍
dsp杂化
涉及一个d轨道、一个s轨道和一个p轨道的杂化，形成三 角双锥型分子构型。
X射线衍射法
X射线衍射原理
01
利用X射线与物质相互作用产生衍射现象，通过分析衍射图谱获
得物质结构信息。
晶体结构测定
02
通过X射线衍射法可以测定晶体的晶格常数、原子间距等参数，
进而推断出杂化轨道的存在。
非晶态物质研究
03
利用X射线衍射法研究非晶态物质的短程有序结构，了解杂化轨
道对物质性质的影响。
红外光谱法
dsp^2杂化
涉及一个d轨道、一个s轨道和两个p轨道的杂化，形成八 面体型分子构型。
sp^3d杂化
涉及一个s轨道、三个p轨道和一个d轨道的杂化，形成三 角双锥或四方锥型分子构型。
sp^3d^2杂化
涉及一个s轨道、三个p轨道和两个d轨道的杂化，形成八 面体或四方反棱柱型分子构型。这些杂化类型在配合物化 学和金属有机化学中较为常见。
杂化轨道理论
分子结构(Sp杂化类型,化学键,共价键理论,价键理论,概念)【知识引入】杂化轨道理论（hybrid orbital theory）杂化轨道理论（hybrid orbitaltheory)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。
按参加杂化的原子轨道种类，轨道杂化有sp和spd两种主要类型，分为sp,sp2,sp3,dsp2,sp3d,sp3d2,d2sp3,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和不等性杂化。
【正文】（一）杂化轨道理论的基本要点1．在成键过程中，由于原子间的相互影响，同一原子中参加成键的几个能量相近的原子轨道可以进行混合，重新分配能量和空间方向,组成数目相等的新原子轨道。
这种轨道重新组合的过程称为轨道杂化，简称杂化。
所组成的新原子轨道叫做杂化轨道。
2．杂化轨道之间互相排斥，力图在空间取得最大的键角，使体系能量降低。
原子轨道杂化以后所形成的杂化轨道更有利于成键。
因为杂化后原子轨道的开头发生了变化，如s轨道和p轨道杂化形成的杂化轨道，使本来平分在对称两个方向上的p轨道比较集中在一个方向上，变成一头大一头小，成键时在较大一头重叠，有利于最大重叠。
因此杂化轨道的成键能力比单纯轨道的成键能力强。
（二）杂化轨道类型根据原子轨道的种类和数目不同，可以组成不同类型的杂化轨道。
这里我们只介绍s轨道和p轨道之间的杂化。
1．Sp杂化一个s轨道和一个p轨道杂化可组成两个sp杂化轨道。
每个sp杂化轨道各含有1/2s和1/2p成分。
两个杂化轨道夹角为180°。
两个sp杂化轨道的对称轴在同一条直线上，只是方向相反（图4-12）。
因此sp杂化轨道又叫直线形杂化轨道。
图4-12 sp杂化轨道的形成图4-13BeCL2分子型2．sp2杂化一个s轨道和两个p轨道杂化可组成三个sp2杂化轨道。
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
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。
杂化轨道理论
• •
三、杂化轨道理论 从结果看，杂化=混合+均分
杂化后的轨道，简称杂化轨道，依然用形状、能量、数量、空间分布四参数描述。 一般来讲，杂化轨道的数量等于参与杂化的轨道数量之和。其他三参数都要改变。 四、sp3 sp2 sp三种杂化轨道的形状、能量和空间分布。 五、背景知识：量子数n、l严格定义）：电子运动所经过的点的集合。“轨道能量"与”电子能量 “这两个概念不做严格区分。 s和p，描述轨道的四参数： 形状（大概），能量（相对高低），数量， 空间分布（同种轨道间的相互位置关系，主要体现为大体形状和相互夹角） s：球形、低能量。每层一个。 p：“哑铃”形、较高能量。从第2层起，每层三个。两两垂直。 d和f轨道能量更高，每层的数量更多，空间分布更复杂。 二、核外电子排布三原则（仅供参考） 1、不相容原理：一个轨道最多排2个电子 2、能量最低原则：先排满低能量轨道，再排高能量轨道。（一般外层电子能量（轨 道能量）高于内层，但不绝对，例如，3d轨道能量高于4s轨道） 3、洪特规则：电子应占据尽可能多的轨道。全空、全满、半满状态较稳定，优先。
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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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。
C原子在形成乙炔分子时发生sp杂化。 两个碳原子以sp杂化轨道与氢原子的1s轨道结合形成σ键。 各自剩余的1个sp杂化轨道相互形成1个σ键， 两个碳原子的未杂化2p轨道分别在Y轴和Z轴方向重叠形成π 键。所以乙炔分子中碳原子间以叁键相结合。
sp3杂化 —— CH4分子的形成
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′，正四面体形
规律：第ⅣA族元素与第ⅠA族、ⅦA族元素所形成的MX4型共价化合
探究1：BeCl2分子的形成
实验测得: 两个共价键，直线形分子（键角180°） Cl—Be—Cl
Cl
Be
Cl
180°
Be原子价电子排布式：2s2 没有未成对电子
一个2s 和一个2 p 轨道杂化,形成sp杂化轨道
sp杂化轨道的形成和空间取向示意图
为使轨道间的排斥能最小，轨道间的夹角为180° 。
NH3 三角锥形
思考与交流
1.回忆： CH４分子中C原子形成几个共价键？分 子空间构型怎样？
2.写出基态C原子价电子的电子排布图,并推测： CH４分子的C原子怎样才能形成四个共价键？
3.如果C原子就以１个２s轨道和３个２p轨道上的 单电子，分别与四个Ｈ原子的１s轨道上的单电子 重叠成键，所形成的四个共价键能否完全相同？ 这与CH４分子的实际情况是否吻合？
3.“杂化轨道”有哪些特点？
三、杂化轨道理论简介
1. 杂化轨道概念
在形成分子时，由于原子的相互影响，同 一原子中的若干不同类型、能量相近的原子 轨道混合起来，重新分配能量和调整空间方 向组成数目相同、能量相等的新的原子轨道
这种轨道重新组合的过程称为原子轨道的 “杂化”（混合平均化）
2.杂化轨道理论的要点
平面三角形
BF3
sp3
1个s + 3个p 4个sp3 杂化轨道
109°28′
正四面体形
CH4
应用反馈
用杂化轨道理论分析下列物质的杂化类型、 成键情况和分子的空间构型。
（1）CH2＝CH2 （2）CH≡CH
提醒：杂化轨道只能用于形成σ键或 容纳孤对电子，剩余的未杂化p轨道 还可形成∏键。
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。
sp2杂化轨道的形成和空间取向示意图
sp2 杂化 —— BF3分子的形成
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
规律：第ⅢA族元素与第ⅦA族元素所 形成的MX3型共价化合物，中心原子 采取sp2杂化。如BBr3。
2s
2px
2py
2pzБайду номын сангаас
键长、键能相同，键角相同为109°28′
三、杂化轨道理论简介
为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理 论，它的要点是：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 混杂，混杂时保持轨道总数不变，得到4个相同 的sp3杂化轨道，夹角109 28 ′ ,正四面体形。
四个H原子分别以1s轨道与C原子上的四个sp3 杂化轨道相互重叠后，就形成了四个性质、能量 和键角都完全相同的s-sp3σ键，形成一个正四面 体构型的分子。
思考与交流
通过以上的学习，以CH4为例，谈谈你对“杂化” 及“杂化轨道”的理解。
1.C原子为什么要进行“杂化”？
2.什么是杂化？C原子是如何进行“杂化”的？
注意：杂化轨道一般形成σ键，没有杂化的p轨 道形成π键。
问题探究
根据以下事实总结：如何判断一个化合物的中 心原子的杂化类型？
sp3
C－C
sp2
C＝C
sp
C≡C
★注意：杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳孤对电子
4.中心原子杂化类型判断的一般方法
杂化轨道数 = 中心原子价层电子对数= 中心原子 孤对电子对数＋中心原子结合的原子数
A．CO2与SO2 B．CH4与NH3 C．BeCl2与BF3 D．C2H2与C2H4
( B)
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
3：指出中心原子可能采用的杂化轨道类型，并预
素所形成的MX2型共价化合物，中心原子采取 sp杂化。如BeBr2、HgCl2。
探究2：BF3 分子的形成
F
120° 实验测得，三个共价键，
B
平面三角形分子（键角
120°）。
F
F
B原子价电子排布式：2s22p1，有一 个未成对电子
1个2s 轨道与2个2p 轨道进行的杂化,形成3个sp2 杂 化轨道。
第二节 分子的立体结构
（第三课时）
2010.12.29
复习回顾
一、形形色色的分子 二、价层电子对互斥模型(VSEPR模型)
中心原子
分子 类型
中心原子 结合的原子数
代表物
空间构型
AB2
2
CO2
直线形
无孤对电子 AB3
3
CH2O 平面三角形
AB4
4
CH4 正四面体
有孤对电子 AB2
2
AB3
3
H2O
V形
2p 2s
C的基态
激发 2s
2p
激发态
杂化 正四面体形 sp3 杂化态
sp3 杂化
C原子由1个2s轨道和3个2p轨道混杂并重新组合成4个能量与 形状完全相同的轨道。由于每个轨道中都含有1/4的s轨道成分和 3/4的p轨道成分，因此我们把这种轨道称之为 sp3杂化轨道。
为了四个杂化轨道 在空间尽可能远离， 使轨道间的排斥最 小，4个杂化轨道的 伸展方向分别指向 正四面体的四个顶 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。
sp杂化轨道—直线形，夹角180° 2个 sp2杂化轨道—平面三角形，夹角120°3个 sp3杂化轨道—正四面体形，夹角109°28′4个
4.中心原子杂化类型判断的一般方法
杂化轨道数 = 中心原子价层电子对数= 中心原子孤对电子对 数＋中心原子结合的原子数
1：下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是
sp 杂化 —— BeCl2分子的形成
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杂化轨道的形状为 一头大，一头小； 含有1/2 s 轨道和1/2 p 轨道的成分； 两个轨道间的夹角为180°，呈直线型。
BeCl2分子结构
sp
px
px
Cl
Cl
Cl
Be
Cl
规律：第ⅡA族、ⅡB族元素与第ⅦA族元
测分子的几何构型。
(1)PCl3 (2)BCl3 (3)CS2 (4) C12O
4、下列微粒中心元素以sp3杂化的是（ B）
A．ICl4-
B．ClO4-
C．BrF4+ D．SF4
5．有关乙炔分子中的化学键描述不正确的是（ B）
A．两个碳原子采用sp杂化方式 B．两个碳原子采用sp2杂化方式 C．每个碳原子都有两个未杂化的2p轨道形成π键 D．两个碳原子形成两个π键
代表物
CO2 CH2O CH4 SO2 NH3 H2O
杂化轨道数 杂化轨道类型 分子结构
0+2=2
sp
直线形
0+3=3 0+4=4 1+2=3 1+3=4 2+2=4
sp2
平面三角形
sp3
正四面体形
sp2
V形
sp3
三角锥形
sp3
V形
知识小结
三、杂化轨道理论简介
1. 杂化轨道概念 2.杂化轨道理论的要点 3.三种sp杂化轨道类型的比较
物，中心原子采取sp3杂化。如CCl4、SiF4、CHCl3。
3.三种sp杂化轨道类型的比较
杂化 类型
sp
参与杂化的 原子轨道
1个 s + 1个p
杂 化 2个sp杂化 轨 道 数 轨道
杂化轨道 180° 间夹角
空间 构型
直线形
实
例 BeCl2
sp2
1个s + 2个p 3个sp2 杂化轨道 120°