杂化轨道理论
杂化轨道理论
杂化轨道理论价键理论简明地阐明了共价键的形成过程和本质，成功解释了共价键的方向性和饱和性，但在解释一些分子的空间结构方面却遇到了困难。
例如CH 4分子的形成，按照价键理论，C 原子只有两个未成对的电子，只能与两个H 原子形成两个共价键，而且键角应该大约为90°。
但这与实验事实不符，因为C 与H 可形成CH 4分子，其空间构型为正四面体，∠HCH = 109.5°。
为了更好地解释多原子分子的实际空间构型和性质，1931年鲍林提出了杂化轨道理论（hybrid orbital theory ），丰富和发展了现代价键理论。
1953年，我国化学家唐敖庆等统一处理了s-p-d-f 轨道杂化，提出了杂化轨道的一般方法，进一步丰富了杂化理论的内容。
1．杂化轨道理论的基本要点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，中心原子所用的原子轨道（即波函数）不是原来纯粹的s 轨道或p 轨道，而是若干不同类型、能量相近的原子轨道经叠加混杂、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原子轨道——杂化轨道(hybrid orbital)，以满足化学结合的需要。
这一过程称为原子轨道的杂化（hybridization ）。
下面以CH 4分子的形成为例加以说明。
基态C 原子的外层电子构型为2s 22p x 12p y 1。
在与H 原子结合时，2s 上的一个电子被激发到2p z 轨道上，C 原子以激发态2s 12p x 12p y 12p z 1参与化学结合。
当然，电子从2s 激发到2p 上需要能量，但由于可多生成二个共价键，放出更多的能量而得到补偿。
在成键之前，激发态C 原子的四个单电子分占的轨道2s 、2p x 、2p y 、2p z 会互相“混杂”，线性组合成四个新的完全等价的杂化轨道。
此杂化轨道由一个s轨道和三个p 轨道杂化而成，故称为sp 3杂化轨道。
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
Ψ孤= 0.8s + 0.2 p
对于NH3 ，形成σ键的每个杂化轨道中，s轨道成分 占0.23， p轨道占0.77。而孤对电子占据的杂化轨道s占 0.77， p轨道占0.23。
3. 孤对电子对对几何构型的影响
孤对电子对占据的杂化轨道含有较多的s成分，而 成键电子对占据的轨道含有较高的p成分
孤对电子对和成键电子对分布示意图
n
∑ cki ckj = c1i c1 j + c2i c2 j + ⋅ ⋅ ⋅ + cni cnj = 0
i≠j
k =1
n
∑ cki ckj = δ ij
k =1
i,j=1,2,···,n
四、常见的杂化轨道和分子的几何构型
1、 s-p等性杂化
以sp2等性杂化为例进行讨论
（1）设参加杂化轨道为s、 px、 py，取杂化轨道ψ1 的
⋅⋅⋅ ⋅⋅⋅
c1n c2n
φ1 φ2
⋅
⋅
⋅
=
⋅
⋅⋅
⋅⋅⋅
⋅⋅⋅ ⋅⋅⋅ ⋅⋅⋅
⋅
⋅⋅
⋅⋅
⋅
ψ k
ψ⋅ ⋅n⋅
ck1 ⋅⋅⋅ cn1
ck 2 ⋅⋅⋅
cn2
⋅⋅⋅ ⋅⋅⋅
⋅⋅⋅
cki ⋅⋅⋅
cni
⋅⋅⋅ ⋅⋅⋅
⋅⋅⋅
ckn ⋅⋅⋅
cnn
φi
⋅⋅⋅
φn
原子轨道的杂化过程实质上是由一组正交归一的原子 轨道集合到另一组正交归一的原子轨函集合的变换。
cosθ kl = −
α kα l (1 − α k )(1 − α l )
在s-p杂化轨道ψk和ψl中，如果αk=αl， 即等性杂化
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。
杂化轨道理论
乙烯的sp二杂化图解
苯环的结构
平面正六边形,离域大π键.
一.苯环中的碳均是以sp二杂化成夹角为1200三 个sp2杂化轨道.
2.苯环中六个碳之间形成六个σ键,每个碳与 氢形成1个σ键.
三.苯环中六个碳中未杂化的P轨道彼此形成一 个大π键.
四.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
三、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．CH四与NH3 C．BeCl2与BF3 D．C2H2与
C2H4
（三）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 （键四。）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.
四、杂化轨道形成过程
（一）sp三杂化
2p 激发
2p 杂化
2s
2s
sp3
C原子sp3杂化轨道形成过程
sp三杂化轨道的形成过程
z
z
z
个顶点 ; 未杂化p形成π键. C—H键是s—sp二 σ键,
C—C键是sp2—sp2 σ键, 一个π键
分子中共有五个σ键,一个π键
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杂化轨道理论
当堂巩固
二、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
杂化 类型
参与杂化的原子轨道
种类
数目
杂化 杂化轨 杂化轨道 轨道数 道夹角 空间构型
ns sp
np
1 1
二 一八 0°
直线型
ns sp2
np
一
三 一二 平面三角形
杂化轨道理论
2） 键能
键能(E)：在标准状态下将气态分子AB(g)解离为 气态原子A(g)、B(g)所需要的能量(kJmol1)。
AB(g) A (g) + B (g) m E(A—B) A与B之间的化学键可以是单键、双键或三键。 双 原 子 分 子 ， 键 能 E(A—B) 等 于 键 的 解 离 能 D(A—B) ，
指向平面三角形的三个顶点。
BF3 为 典 型 例 子 ： 硼 原 子 的 电 子 层 结 构 为 1s22s22p1，为了形成3个键，硼的1个2s电 子要先激发到2p的空轨道上去，然后经sp2杂 化形成三个sp2杂化轨道。
（3）sp3杂化
sp3杂化是由一个ns原子轨道和三个np原子轨
道参与杂化的过程。CH4中碳原子的杂化就 属此种杂化。 碳 原 子 ： 2s22p2 ， 碳 原 子 也 经 历 激 发 、 杂 化 过程，形成了4个sp3杂化轨道：每一个sp3 杂化轨道都含有1/4的s成分和3/4的p成分， 轨道之间的夹角为109.5°。
2) SP2杂化的用了2个P轨道， 形成σ键，另一个以 原来的P轨道与另一个C原子的相同P轨道交叠， 形成一个π键。
3) SP杂化的用了1个P轨道，另两个以原来的P轨道 与另一个C原子的相同P轨道交叠形成两个相对较 弱的π键。
2、立体结构不同：
1. SP3杂化的呈正四面体结构。 2. SP2杂化的呈平面正三角型结构。 3. SP杂化的呈直线型结构。
电子占有时所具有的能量。
分子轨道的数目与参与组合的原子轨道数目 相等。H2中的两个 H 有两个 1s，可组合成 两个分子轨道。
两个s轨道只能“头对头”组合成σ分子轨道， MO和
*MO，能量总和与原来 AO（2个）总和相等，σ的能量比 AO低，称为成键轨道，σ*比 AO高，称为反键轨道。成键轨 道在核间无节面，反键轨道有节面。
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)。
分子的立体构型之杂化轨道理论
杂化轨道理论为了更好地解释多原子分子的实际空间构型和性质，1931年鲍林和斯莱脱(Slater)在电子配对理论的基础上，提出了杂化轨道理论(hybrid orbital theory)，丰富和发展了现代价键理论。
1、杂化轨道理论的基本要点原子在形成分子时，为了增强成键能力，同一原子中能量相近的不同类型（s、p、d…）的几个原子轨道可以相互叠加进行重新组合，形成能量、形状和方向与原轨道不同的新的原子轨道。
这种原子轨道重新组合的过程称为原子轨道的杂化，所形成的新的原子轨道称为杂化轨道。
注意：①、只有在形成分子的过程中，中心原子能量相近的原子轨道才能进行杂化，孤立的原子不可能发生杂化。
②、只有能量相近的轨道才能互相杂化。
常见的有：ns、np 、nd；(n-1)d 、ns、np；③、杂化前后，总能量不变。
但杂化轨道在成键时更有利于轨道间的重叠，即杂化轨道的成键能力比未杂化的原子轨道的成键能力增强，形成的化学键的键能大。
这是由于杂化后轨道的形状发生了变化，电子云分布集中在某一方向上，成键时轨道重叠程度增大，成键能力增强。
④、杂化所形成的杂化轨道的数目等于参加杂化的原子轨道的数目，亦即杂化前后，原子轨道的总数不变。
⑤、杂化轨道的空间构型取决于中心原子的杂化类型。
不同类型的杂化，杂化轨道的空间取向不同，即一定数目和一定类型的原子轨道间杂化所得到的杂化轨道具有确定的空间几何构型，由此形成的共价键和共价分子相应地具有确定的几何构型。
☆什么叫杂化？同一原子的能量相近的原有的原子轨道“混杂”起来，重新组合形成新轨道的过程，叫做杂化。
☆什么叫杂化轨道？新组合的原子轨道叫做杂化轨道。
☆为什么要杂化？杂化轨道形成的化学键的强度更大，体系的能量更低。
☆杂化的动力：受周围原子的影响。
☆为什么杂化后成键，体系的能量降低？杂化轨道在一个方向上更集中，便于轨道最大重叠。
☆杂化轨道的构型决定了分子的几何构型：杂化轨道有利于形成σ键，但不能形成π键。
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。
杂化轨道理论
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(3)用杂化轨道理论解释 NH3、H2O 的立体构型？ 【提示】 NH3 分子中 N 原子的价电子排布式为 2s22p3。1 个 2s 轨道和 3 个 2p 经杂化后形成 4 个 sp3 杂化轨道，其中 3 个杂化轨道中各有 1 个未成对电 子，分别与 H 原子的 1s 轨道形成共价键，另 1 个杂化轨道中是成对电子，不与 H 原子形成共价键，sp3 杂化轨道为正四面体形，但由于孤电子对的排斥作用， 使 3 个 N—H 键的键角变小，成为三角锥形的立体构型。 H2O 分子中 O 原子的价电子排布式为 2s22p4。1 个 2s 轨道和 3 个 2p 轨道经 杂化后形成 4 个 sp3 杂化轨道，其中 2 个杂化轨道中各有 1 个未成对电子，分别 与 H 原子的 1s 轨道形成共价键，另 2 个杂化轨道是成对电子，不与 H 原子形成 共价键，sp3 杂化轨道为正四面体形，但由于 2 对孤电子对的排斥作用，使 2 个 O—H 键的键角变得更小，成为 V 形的立体构型。
，这样N原子就不再存在孤电子对，键角恢复至
109°28′，故NH
＋
4
为正四面体形，4个N—H键完全一致，配位键与普通共价键
形成过程不同，但性质相同。
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(2)配合物[Cu(NH3)4]SO4中含有的化学键类型有哪些？ 【提示】 [Cu(NH3)4]SO4中含有的化学键有离子键、共价键和配位键。 (3)NH3和BF3可以通过配位键形成NH3·BF3，试分析提供孤电子对、空轨道 的分别是哪种原子？你能写出NH3·BF3的结构式吗？ 【提示】 N原子提供孤电子对，B原子提供空轨道，NH3·BF3的结构式可
【答案】 C
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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
杂化轨道理论
（4+4）÷2=4 （6+0）÷2=3
SO2
NH3 （5+3）÷2=4 H 2O
（6+2）÷2=4
SP3
SP3
V形
★杂化轨道数
中心原子孤对电子对数＋中心原子结合的原子数
代表物 CO2 CH2O
杂化轨道数
0+2=2
0+3=3 0+4=4 1+2=3 1+3=4 2+2=4
杂化轨道 类型
SP
SP2 SP3 SP2 SP3 SP3
.. .. S. =C =S. . . .. .. .. (4) C12O： Cl O CI .. .. .. (3)CS2 ：
..
..
.. ..
SP2
平面三角形
SP
SP3
直线形
V形
实例分析： 试分析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1800 的2个能量相同的sp杂化轨道，其形成过 程可表示为：
2个sp 杂化轨道 180ْ
1s + 2p
3个sp2 杂化轨道 120ْ
1s + 3p
4个sp3 杂化轨道 109ْ 28’
直 线
正三角形
正四面体
CH4 , CCl4
例 BeCl2 , C2H2 BF3 , C2H4
3、中心原子杂化方式的判断
★杂化轨道数=中心原子总价电子数÷2 （不包括π键）
a )中心原子价层电子总数等于中心A的价电子数加上 配体 B 在成键过程中提供的电子数 。 如 CCl 4 4 + 1 4 = 8 b)氧族元素的原子做中心时，价电子数为 6 。如 H2O 或 H2S 。做配体时，提供电子数为 0 。如 CO2
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
杂化轨道理论
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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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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。