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,CCl4 C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。CO2 HC≡CH

BeCl2分子形成

杂化轨道类型

2、判断中心原子的杂化类型一般方法

（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。

（2）没有填充电子的空轨道一般不参与杂化。

CO 2、H 2O 、NH 3、CH 2O 、CH 4等分子的电子式、结构式及分子的空间结构：

分子

CO 2

H 2O

NH 3

CH 2O

CH 4

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

sp 杂化 sp2 杂化 sp3 杂化 杂化轨道夹角 180º 120º 109.5º 杂化轨道空间取向

直线

平面三角形

正四面体

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 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。