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)共价键有饱与性。一个原子有几个未成对电子,便可与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。这就是因为,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:键与键

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就是一

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,就是先杂化后成键

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,它们的空间取向就是四面体结构,相互的键角θ=109º28′CH4,CCl4 C原子与H原子结合形成的分子为什么就是CH4,而不就是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′)？

它的要点就是:当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时,碳原子的2s轨道与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个轨道就是由1个s轨道与3个p轨道杂化形成的如下图所示:

H2O中O也就是采取sp3杂化O的电子构型:1s22s22p4NH3中N也就是采取sp3杂化N的电子构型:1s22s22p3

等性杂化与不等性sp3杂化

与中心原子键合的就是同一种原子,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键与孤对电子对,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就是在同一平面上,互成120º

BF3分子形成

石墨、苯中碳原子也就是以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。CO2 HC≡CH

BeCl2分子形成

杂化轨道类型

(1)瞧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,形成的就是sp杂化;如果有1个双键则其中有1个π键,形成的就是sp2杂化;如果全部就是单键,则形成的就是sp3杂化。

(2)没有填充电子的空轨道一般不参与杂化。

分子CO2H2O NH3CH2O 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

2 直线形 2 0 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、PbCl2、

SnCl2

4 四面体2 2 AB4正四面体CH4、NH4+

3 1 AB3三角锥形

NH3、PCl3、

SO32-

4 0 AB2

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

CO2 2 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

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