原子杂化轨道理论

Cl
Be
BeCl2分子结构示意图
Cl
4.sp3d2杂化
sp3d2杂化轨道是由一个s轨道、三个p轨道 和两个d轨道组合而成，其特点是6个sp3d 杂化轨道指向正八面体的六个顶点，相 邻的夹角为90º 。
激发
杂化ຫໍສະໝຸດ Baidu
重叠
sp3d2杂化轨道示意图
F
F S F F
F
SF6分子的空间结构
F
5. 等性杂化与不等性杂化
杂化
激发态 杂化态
杂化轨道还认为：在成键过程中，这4个不同的轨 道重新组合成4个能量相等的新轨道，由于是由1个 3 s与3个p轨道组合而成，因而新轨道称作sp 杂化轨 3 道。每一个sp 杂化轨道含1/4s成分和3/4p成分.
杂化态

这4个sp3杂化轨道分别与4个氢1s轨道重叠成键， 形成CH4分子。所以四个C-H键是等同的。
杂化轨道理论
主讲人：蒋毅民 教授
知识回顾：价键理论的基本要点。
问题：在H2S分子中两个S-H键的夹角为什么 是90º 而不是180º ？
H
S
H
H
O
1 0 9 .5
º
H C
H
H
H
1 0 4 .5 º
H
CH4的分子结构
H2O的分子结构
C 原子的基态为
1s22s22px12py12pz0
O 原子的基态为
sp2杂化轨道示意图
F F
B
F
BF3分子的结构示意图
3.sp杂化
激发 sp杂化
重叠
形成2个(sp-s) σ 键
BeCl2分子形成过程
进行sp杂化时，每个杂化轨道由 ½ S 轨道和 ½ P 轨道组合 而成，两个杂化轨道之间的夹角为180°。因此由sp杂化轨 道构成的分子具有直线形的构型。
sp杂化轨道示意图
轨道的杂化更有利于轨道之间的重叠成键。因 为杂化后电子云分布更为集中，可使成键的原子 轨道间的重叠部分增大，成键能力增强，因此C 与H原子能结合成稳定的CH4
S轨道
p轨道
Sp杂化轨道
CH4分子的空间结构
以上是用杂化轨道理论来解释CH4的结构， 得到了满意的结论。从这里我们也可以看出：
杂化：在形成分子时，由于原子的相互影响，若干 不同类型能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成 一组新的轨道，这种轨道重新组合的过程叫做杂化。
杂化轨道的类型与空间结构的关系
杂化类型 用于杂化的 原子轨道数 杂化轨道数 空间构型 实例 sp 2 2 直线型 BeCl2 CO2 sp2 3 3 平面三角形 BF3 BCl3 sp3 4 4 四面体 CH4 CCl4 sp3d2 6 6 八面体 SF6 SiF62-
本节课结束！
谢谢！
以H2O为例： 价键理论：两个2p轨道分别与两个氢原子形成两
个 P-S σ 键 键角为 90º 杂化理论：O原子的2s和2p采取sp3杂化，O原子最外层 有6个电子，四个杂化轨道中有两个被两对孤电子对占据， 其余两个轨道被两个单电子占据，与两个H形成两个sp3s共价键。
杂化
O氧子基态
sp3杂化态
H2O分子
1s22s22px12py12pz2
二、杂化轨道理论 1、SP3杂化（以甲烷的分子结构为例）
基态
激发态
杂化轨道理论认为：在形成甲烷分子时，C原子 上的一个2s电子可被激发到2p空轨道上，形成 四个单键，这时虽然解决了4个共价键的问题， 但是如果这4个轨道，即1个s轨道和3个p轨道， 分别与4个氢原子结合，形成4个键能量是不同的， 这与事实不符。
杂化轨道：通过杂化所形成的新轨道就称为杂化轨道。
注意两点： (1)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生； (2)能量相近通常是指：ns与np、ns,np与nd或（n-1)d。
2.sp2杂化
激发 Sp2杂化
重叠
形成3个(sp2-p) σ 键
BF3分子形成过程
一个s轨道和二个p轨道杂化,产生三个等同 的sp2杂化轨道, sp2杂化轨道间夹角120º ， 呈平面三角形。
课堂思考题：推断、解释NH3的结构？
杂化
N氧子基态
sp3杂化态
NH3分子
H
1 0 9 .5
H C H H H
N H H H H O
CH4
NH3
H 2O
孤电子对数： 0 夹 角：109.5º
1 107.3º
2 104.5º
空间结构： 正四面体
三角锥
V形
结论：在CH4、NH3和H2O分子中，中心原子都 取sp3杂化，其夹角随孤电子对数的增加而减少。
6. 杂化轨道要点
(1 ) 轨道杂化是指同一个原子中相关轨道的混合,由 此产生的杂化轨道也是原子轨道。 (2)参与杂化的轨道中电子所处的能级略有不同， 而杂化轨道中的电子则处于相同能级。杂化后 能 级 相 当 于 杂 化 前 有 关 电 子 能 级 的 中 间 值。 (3) 杂化只能发生在能级接近的轨道之间，如主量 子数相同的s、p、d轨道之间，或(n-1)d与ns、np 之间，能量也是相近的。亚层符号按能级升高的 顺序排列，例如d2sp3和sp3d2代表不同杂化轨道。
(4) 各种杂化轨道的“形状”均为葫芦形，由分 布在原子核两侧的大小叶瓣组成，轨道的伸 展方向是指大叶瓣的伸展方向，为简明起见 往往不给出小叶瓣。 (5) 杂化轨道的数目等于参与杂化的轨道的总数 (6) 杂化轨道可分为等性杂化轨道与不等性杂化 轨道两种。 (7) 杂化轨道成键时，要满足化学键间最小排斥原 理，键角越大，排斥力越小。杂化轨道类型不 同，成键时键角不同，分子的空间结构也不同。
H
H C
H
H
问题： 在CH4分子形成过程中，C原子的轨 道为什么要激发，杂化？激发过程所 需的能量从哪里来？
尽管电子从基态跃迁到激发态需要一定的能量 但其激发后能形成4个共价键比电子不激发只形 成两个C-H键放出的能量要大得多，这些能量足 以补偿电子激发所 需的能量而有余，因此，C与 H形成化合物时生成CH4而不是CH2