杂化轨道的类型

例： CH4
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
C
NH3
N:
(2s22p3)
::
H2O
O (2s22p4)
分子的顺磁性和反磁性 分子磁性的测量
反磁性物质
顺磁性物质
顺磁性物质分子中具有未成对电子
2.5 分子轨道理论 （Mulliken – Hund , 1932 ) Molecular Orbital Theory
1、基本要点：
2. 分子的极性
若分子中正电荷中心和负电荷中心重合， 则称为非极性分子，若二者不重合，则称为 极性分子。
由非极性键连接而成的分子，一定是 非极性分子，由极性键连接的双原子分子， 一定是极性分子。由极性键连接的多原子 分子，则可能是极性分子，也可能是非极 性分子。
3. 分子的偶极矩( Dipole moment of molecule) 极性分子可以看成是由两个点电荷构成
(1)在分子中，电子不再从属于某个特定的原子， 而是在整个分子范围内运动，因此分子中电 子的运动应用分子轨道波函数（简称分子轨 道）来描述。
(2) 分子轨道是由分子中原子轨道线性组合而成。 分子轨道的数目和组合前的原子轨道数目 相等。
(3) 原子轨道组合成有效的分子轨道必须遵守的 条件
① 对称性匹配原则
§2.3 轨道杂化理论 ( Pauling, 1931) Hybridization Theory
1、轨道的杂化
在同一个原子中能量相近的不同类型的几 个原子轨道在成键时可以相互叠加而组成同等 数量的能量完全相同的杂化原子轨道
原子形成杂化轨道的一般过程
激发 杂化
轨道重叠
CH4分子的形成 2p
2s
激发 2p
的一个电偶极子
qd
q : 一个偶极子的电量 d : 偶极长度（即分子正、负电荷中心的距离）
q
-q
d
复习：12.4 ～12.6, 2.1 ～2.3 阅读：
[Chemistry] 10.1, 10.2, 10.6
[Chemical Principle] 3.1 — 3.3 作业：12.13 , 12.14, 12.19 预习：2.1 ～2.5
（4）分子轨道组合方式
① 分子轨道由两个符号相同的波函数叠加(即 两个原子轨道相加) 而成。
a b
ψa、ψb ：分别为原子a和b的原子轨道 Ψ： 分子轨道
以此种方式形成的分子轨道，其能量低 于原子轨道，在两核间电子云的密度增加， 称为成键分子轨道（σ，π）
② 分子轨道由两个符号相反的原子轨道波函 数相加（即两个原子 轨道相减）而成
2s
杂化
成键
+ 4H Sp3 杂化轨道
CH4分子
杂化 成键
2、杂化轨道的类型 (1) sp 杂化轨道和dsp杂化轨道
直线 平面三角形
四面体 三角双追 八面体
(2) 等型杂化和不等型杂化 等性杂化：参与杂化的原子轨道均为具有不
成对电子的轨道 不等性杂化：参与杂化的原子轨道不仅包含不
成对电子的轨道，也包含成对电子 的轨道。如NH3分子中的杂化轨道 孤对电子占有的杂化轨道不参与成 键作用
N ( 1s22s22px12py12pz1 )
4个sp3 轨道 H2O
杂化轨道的形成与分子的组成有关
C2H4(sp2杂化）
C2H2 (sp杂化）
2.4 价层电子对互斥理论 (Sidgwick – Powell, 1957) (Valence – shell electron – pair repulsion , VSEPR)
只有对称性相同的原子轨道，才能组成分子 轨道
b、d、e符合 a、c不符合
同号重叠 -- 匹配 异号重叠 -- 不匹配
② 能量近似原则 只有能量相近的原子轨道才能组合成有效 的分子轨道
③ 最大重叠原则 在对称性匹配的条件下，原子轨道的重叠 程度越大，组合成的分子轨道能量降低得 越多，形成的化学键越稳定。
AX3型 (BF3) 平面三角形
AX4型 (CH4) 正四面体 AX5型 ( PCl5 )
双三角锥形
AX6型 ( SF6) 正八面体型
(2) 中心原子有孤对电子 当中心原子有孤对电子时，分子中价电子 的分布仍保持上述基本类型的空间结构。 但由于孤对电子只受一个原子的吸引，电 子云偏向中心原子，对其它价电子有更强 的排斥作用，而使键角和分子构型有所改 变。
a b
以此方式形成的分子轨道的能量比原子 轨道的能量高，两核间的概率密度减小，称 为反键分子轨道（σ*，π*）
(5) 电子在分子轨道上的排布也遵从原子轨道 电子排布的同样规则
2、分子轨道的几种类型 ±
± ±
3、同核双原子分子轨道的能级图
2s和2p能量相差较小(N)
2s和2p能量相差较大(O、F)
同核双原子分子轨道的两种能级顺序
5、分子轨道理论的应用
Be2 分子的形成 2Be(1s22s2)
Be2[KK(σ2s)2(σ2s*)2]
形成分子后总的能量没有降低，因此不 能形成稳定分子
2O E
O2
σ2px*
π 2py*π2pz* π 2py π 2pz
… :O … O:
2p
σ2px
σ2s*
2s
σ2s
键级
键级 成键电子总数-反键电子总数 2
Be : 键级 = ( 2 – 2 ) / 2 = 0 不能形成稳定分子 O : 键级 = （8 – 4 ）/ 2 = 2
2.6 分子的极性
1. 共价键的极性
在共价键中，若成键的两个原子的电负性 差值为零，则正负电荷中心重合，称为非极 性键。
若两原子电负型差值不等于零，则正负 电荷中心不相重合，称为极性键。
(1) 基本要点： 分子中心原子周围的价电子对（包括成键 电子和未成键的孤对电子，包括单键、双键 和三键），倾向于尽可能地远离，以达到 彼此之间相互排斥作用为最小的目的。
(2) 分子空间结构的预测
① 中心原子没有孤对电子--- Axm型
A ：中心原子
X ：其它原子
m : 成键电子对数目
AX2 型 （BeCl2 ) 直线型