杂化轨道理论+分子极性

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 ′, 如下图所示：
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.
注意点
(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。 (3)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。
共价分子的几何外形取决于分子价层电子对 数目和类型。分子的价电子对（包括成键电子对 和孤电子对）由于相互排斥作用,而趋向尽可能 远离以减小斥力而采取对称的空间构型。
各种电子对的斥力大小:孤对-孤对电子>孤 对-成键电子>成键-成键电子>成键-单电子
如何确定价层电子对数？
推断分子或离子的空间构型的具体步骤： 以AXm为例 (A—中心原子,X—配位原子) ： 1.先确定中心原子的价层电子对数n，
F
2p
正三角形
B的基态
激发态
sp2 杂化态
用杂化轨道理论分析乙烯分子的成键情况
sp2杂化的C sp2杂化的C 相互靠拢
分子中2个平行
形成s-骨架 的p轨道形成p 键
碳的sp2杂化轨道
3. sp 杂化 夹角为180°的直线形杂化轨道
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。
1.苯分子中,既不存在碳碳单键,也不存在碳碳双键。而是 六条碳碳键完全相同,介于碳碳单键和碳碳双键之间。
2.苯分子在发生化学反应时，不破坏大 p 键的取 代反应相对容易；而需要破坏大 p 键的加成反
应和氧化反应则困难的多。
基态N的最外层电子构型为 2s22p3，在H影响 下，N 的一个2s轨道和三个2p 轨道进行sp3 不等性 杂化，形成四个sp3 杂化轨道。其中三个sp3杂化轨 道中各有一个未成对电子，另一个sp3 杂化轨道被 孤对电子所占据。 N 用三个各含一个未成对电子 的sp3 杂化轨道分别与三个H 的1s 轨道重叠，形成
子，另外两个杂化轨道分别被两对孤对电子所占 据。O 用两个各含有一个未成对电子的sp3杂化轨
道分别与两个H 的 1s 轨道重叠，形成两个O-H 键。由于O的两对孤对电子对两个O-H 键的成键 电子有更大的排斥作用，使O-H 键之间的键角被
压缩到 104 45'，因此 H2O 的空间构型为角型。
几种常见的杂化轨道类型
三个 N-H 键。由于孤对电子的电子云密集在N 的 周围，对三个 N-H 键的电子云有比较大的排斥作 用，使 N-H键之间的键角被压缩到 107 18'，因此
NH3 的空间构型为三角锥形。
基态O 的最外层电子构型为2s22p4，在 H 的 影响下，O 采用sp3 不等性杂化，形成四个sp3 杂
化轨道，其中两个杂化轨道中各有一个未成对电
2.确定电子对的空间构型： n=2 直线形 n=3 平面三角形 n=4 四面体
价层电子对数
2
3
4
5
6
电子对排布方 直线形 平面三角形 正四面 三角双 八面体
式
体
锥
3.确定中心原子的孤对电子对数，推断分 子的空间构型。
(1) 孤对电子=0:
分子的空间构型=电子对的空间构型
例如：
1
BeH 2 n= 2 (2+2)=2
z
z
180°
z
z
y
y
y
y
x
x
x
x
BeCl2分子形成
2p 2s
2p 2s 激发
Be基态
180
Cl Be
激发态
Cl
直线形 杂化
键合
sp杂化态 直线形
化合态
请用杂化轨道理论分析乙炔的成键情况
乙炔
碳的sp杂化轨道
请用杂化轨道理论分析苯分子的成键情况
苯
杂化轨道理论很好的解释了苯的结构与性质的特殊性
p 大 键使得苯分子的结构非常稳定,能量很低。
杂化类型 sp sp2
sp3
杂化轨道排 直线 三角
布
形形
四面体
杂化轨道中 孤对电子数
分子空间构 型
0
直线 形
0
三角 形
0
1
2
正四面 三角锥 角 形
体
形
实例 键角
BeCl2 BF3 CCl4 NH3 H2O 180° 120° 109 28' 107 18' 104 45'
二、确定分子空间构型的简易方法： 1、价层电子对互斥理论
1、共价键的形成条件? 2、共价键的成键特征是什么？ 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 C 2s 2px 2py 2pz 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,且键角是109.50,怎么解释?
2s
2p
激发 2s
2p
正四面体形
C的基态
激发态
sp3 杂化态
H
C 109°28’
H
H
H
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sp2杂化轨道.
sp2杂化:三个夹角为120°的平面三角形杂化轨道。
120°
z
z
z
z
y
y
y
y
x
x
x
x
BF3分子形成
F
2s
2p
激发 2s
F
120° B
直线形
1
BF3 n= 2 (3+3)=3
平面三角形
CH 4
n=
1
2 (4+4)=4
四面体
(2)孤对电子≠0 ：分子的空间构型不同于电 子对的空间构型。
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孤对 电子对的 分子的
n 中心原子的价电子数 每个配位原子提供的价电子数 m 2
原则：①A的价电子数 =主族序数；
例：B:3，C:4，N:5，O:6，X:7，稀有气体:8
②配体X：H和卤素每个原子各提供一个价电子, 规定氧与硫不提供价电子；
③正离子应减去电荷数,负离子应加上电荷数。
例如：SO42- : n=(6+0+2)/2=4