化学分子杂化轨道及构型

1、现代价键理论要点:

(１)自旋相反的成单电子相互接近时，核间电子密度较大,可形成稳定的共价键

(2)共价键有饱和性。一个原子有几个未成对电子，便可和几个自旋相反的电子配对成键。

例如：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要点

原子轨道在成键的过程中并不是一成

不变的。同一原子中能量相近的某些轨道，

在成键过程中重新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”。

杂化轨道的要点：

原子形成分子时,是先杂化后成键

同一原子中不同类型、能量相近的原子轨道参与杂化

杂化前后原子轨道数不变

杂化后形成的杂化轨道的能量相同

杂化后轨道的形状、伸展方向发生改变

杂化轨道参与形成σ键,未参与杂化的轨道形成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面体结构，相互的键角θ=10９º28′ＣH４,CCl４C原子与Ｈ原子结合形成的分子为什么是ＣH4，而不是ＣＨ２或CH３?CH4分子为什么具有正四面体的空间构型(键长、键能相同，键角相同为109°28′)?

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个能量相等、成分相同的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轨道杂化形成的如下图所示:

Ｈ2O中O也是采取sp3杂化O的电子构型:1ｓ22s2２p4ＮＨ3中N也是采取sp3杂化N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面体构型，其中的4个sp3杂化轨道自然没有差别，这种杂化类型叫做等性杂化。

中心原子的4个sp3杂化轨道用于构建不同的σ轨道,如Ｈ２O的中心原子的4个杂化轨道分别用于σ键和孤对电子对，这样的4个杂化轨道显然有差别,叫做不等性杂化。

sp2

一个s轨道与两个ｐ轨道杂化，得三个sp2杂化轨道，每个杂化轨道的ｓ成分为1/3,p 成分为２/３，三个杂化轨道在空间分布是在同一平面上,互成１２0º

BF3分子形成

石墨、苯中碳原子也是以sｐ２杂化的：

sp

一个s轨道与一个p轨道杂化后,得两个sp杂化轨道,每个杂化轨道的s成分为１/2，ｐ成分为1/2,杂化轨道之间的夹角为1８０度。CO2HC≡CH

BeCl２分子形成

杂化轨道类型

sp 杂化ｓp２杂化ｓp3 杂化杂化轨道夹角18０º120º109.5º

杂化轨道空间取向直线平面三角形正四面体

(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。

（2）没有填充电子的空轨道一般不参与杂化。

分子ＣO２H2ＯＮＨ3CH2O ＣH4电子式

结构式

中心有无孤

对电子

无有有无无

空间结构直线形角（V）形三角锥形平面三角形正四面体分子结构

价层电子对互斥理论

价层电子数价层电子

对排布

成键电

子对数

孤对电

子数

分析类

型

电子对的

排布方式

分子构型实例

2 直线形２0 AB2直线形CＯ2、ＨgＣｌ２、BeCｌ２

3 平面三角

形3 0 AB3

平面三角

形

ＢF３、Ａl3、

ＣH２O

２ 1 AB2

角形或V

型

NＯ2、PｂC

ｌ2、ＳnCｌ

2

４四面体２ 2 AB4正四面体CH4、NH4＋3 1 AB3三角锥形

NH３、ＰCl3、

SＯ32-

4 ０AＢ2

角形或V

型

Ｈ2Ｏ、H2Ｓ

化学式中心原子价层电子对

数

中心原子结合的原子

数

空间构型

CＯ2２ 2 直线形

SO2 3 ２角形

NH2-４ 2 角形

PCl３ 4 3 三角锥形

Ｈ3O+ 4 ３三角锥形

SiCl4 4 ４正四面体形ＮＯ3-３ 3 平面正三角形NH4+ 4 4 正四面体形SＯ42- 4 4 正四面体形

等电子体原理

具有相同的通式——AB m,而且价电子总数相等的分子或离子具有相同的结构特征,这个

原理称为“等电子体原理”。这里的“结构特征”的概念既包括分子的立体结构,又包括化学键的类型，但键角并不一定相等,除非键角为１80或９0等特定的角度。

(１)CO2、CNＳ–、NＯ2+、N3–具有相同的通式—AX2，价电子总数16,具有相同的结构—直线型分子，中心原子上没有孤对电子而取sp杂化轨道，形成直线形s-骨架，键角为180°。

(2）CO3２–、NＯ3–、SＯ3等离子或分子具有相同的通式—AX3，总价电子数2４，有相同的结构—平面三角形分子,中心原子上没有孤对电子而取sp2杂化轨道形成分子的s-骨架。

（3)SO2、O3、NＯ2–等离子或分子，ＡX２，1８ｅ，中心原子取sp2杂化形式，VSEＰR 理想模型为平面三角形,中心原子上有1对孤对电子(处于分子平面上),分子立体结构为Ｖ型(或角型、折线型）。

(4）ＳO4２–、ＰＯ４３–等离子具有AX4的通式，总价电子数32，中心原子有4个s-键,故取sp３杂化形式,呈正四面体立体结构;

（5）PO３3–、ＳO32–、CｌO3–等离子具有ＡX3的通式,总价电子数26,中心原子有４个s-轨道（3个s-键和１对占据s-轨道的孤对电子)，VSEPR理想模型为四面体,(不计孤对电子的）分子立体结构为三角锥体，中心原子取sp３杂化形式。

正电荷重心和负电荷重心不相重合的分子（极性分子）

正电荷重心和负电荷重心相重合的分子（非极性分子)

分子极性的判断:分子的极性由共价键的极性及分子的空间构型两个方面共同决定。

双原子分子:取决于成键原子之间的共价键是否有极性

多原子分子(AＢm型)：取决于分子的空间构型和共价键的极性

双原子分子的极性与非极性

①以极性键结合而形成的异核双原子分子都是极性分子,如HＣl

②以非极性键结合而形成的同核双原子分子是非极性分子,如Cl2。还有某些同核多原子分子也是非极性分子，如:P４,应该注意,Ｏ３（V型）是极性分子。

ABｍ分子极性的判断方法

将分子中的共价键看作作用力，不同的共价键看作不相等的作用力,运用物理上力的合成与分解,看中心原子受力是否平衡,如平衡则为非极性分子;否则为极性

分子。

CO2极性判断

C=O键是极性键，但从分子总体而言CO２是直线型分子,两个C=O

键是对称排列的，两键的极性互相抵消( F合=0)，∴整个分子没有极性,

电荷分布均匀,是非极性分子

O-H键是极性键，共用

电子对偏O原子，由于分

子是折线型构型,两个O-H

键的极性不能抵消(F合

≠0）,∴整个分子电荷分布

不均匀,是极性分子

NH３：

BF3:

CH4:

常见的分子构型及分子的极性

常见分子键的极性键角分子构型分子类型