杂化轨道理论公开课

2p 2s
C的基态
激发 2s
2p
激发态
杂化 正四面体形 sp3 杂化态
sp3 杂化
C原子由1个2s轨道和3个2p轨道混杂并重新组合成4个能量与 形状完全相同的轨道。由于每个轨道中都含有1/4的s轨道成分和 3/4的p轨道成分，因此我们把这种轨道称之为 sp3杂化轨道。
为了四个杂化轨道 在空间尽可能远离， 使轨道间的排斥最 小，4个杂化轨道的 伸展方向分别指向 正四面体的四个顶 点。
四个H原子分别以1s轨道与C原子上的四个sp3 杂化轨道相互重叠后，就形成了四个性质、能量 和键角都完全相同的s-sp3σ键，形成一个正四面 体构型的分子。
思考与交流
通过以上的学习，以CH4为例，谈谈你对“杂化” 及“杂化轨道”的理解。
1.C原子为什么要进行“杂化”？
2.什么是杂化？C原子是如何进行“杂化”的？
(1) 发生轨道杂化的原子一定是中心原子。
(2) 参加杂化的各原子轨道能量要相近（同一能级组或 相近能级组的轨道）。
(3) 杂化轨道的能量、形状完全相同。
(4) 杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨道数目 等于形成的杂化轨道数目；杂化后原子轨道方向 改变，杂化轨道在成键时更有利于轨道间的重叠
(5) 杂化轨道在空间构型上都具有一定的对称性（以 减小化学键之间的排斥力）。 (6)分子的构型主要取决于原子轨道的杂化类型。 (7)杂化轨道只能用于形成σ键，不能用于形成∏键。
每个sp3杂化轨道的形状
也为一头大，一头小，
含有 1/4 s 轨道和 3/4 p
轨道的成分 每两个轨道间的夹角为
109°28′，正四面体形
规律：第ⅣA族元素与第ⅠA族、ⅦA族元素所形成的MX4型共价化合
物，中心原子采取sp3杂化。如CCl4、SiF4、CHCl3。
3.三种sp杂化轨道类型的比较
杂化 类型
3.“杂化轨道”有哪些特点？
三、杂化轨道理论简介
1. 杂化轨道概念
在形成分子时，由于原子的相互影响，同 一原子中的若干不同类型、能量相近的原子 轨道混合起来，重新分配能量和调整空间方 向组成数目相同、能量相等的新的原子轨道
这种轨道重新组合的过程称为原子轨道的 “杂化”（混合平均化）
2.杂化轨道理论的要点
探究1：BeCl2分子的形成
实验测得: 两个共价键，直线形分子（键角180°） Cl—Be—Cl
Cl
Be
Cl
180°
Baidu Nhomakorabea
Be原子价电子排布式：2s2 没有未成对电子
一个2s 和一个2 p 轨道杂化,形成sp杂化轨道
sp杂化轨道的形成和空间取向示意图
为使轨道间的排斥能最小，轨道间的夹角为180° 。
各自没有杂化的l个2p轨道则垂直于杂化轨道所在的平面，彼 此肩并肩重叠形成π键。所以，在乙烯分子中双键由一个σ键和 一个π键构成。
C原子在形成乙炔分子时发生sp杂化。 两个碳原子以sp杂化轨道与氢原子的1s轨道结合形成σ键。 各自剩余的1个sp杂化轨道相互形成1个σ键， 两个碳原子的未杂化2p轨道分别在Y轴和Z轴方向重叠形成π 键。所以乙炔分子中碳原子间以叁键相结合。
sp 杂化 —— BeCl2分子的形成
1个s 轨道与1个p 轨道进行的杂化, 形成2个sp 杂化轨道。
每个sp杂化轨道的形状为 一头大，一头小； 含有1/2 s 轨道和1/2 p 轨道的成分； 两个轨道间的夹角为180°，呈直线型。
探究2：BF3 分子的形成
F
120° 实验测得，三个共价键，
B
（1）CH2＝CH2 （2）CH≡CH
提醒：杂化轨道只能用于形成σ键或 容纳孤对电子，剩余的未杂化p轨道 还可形成∏键。
C原子在形成乙烯分子时，碳原子的2s轨道与2个2p轨道发生 杂化，形成3个sp2杂化轨道，伸向平面正三角形的三个顶点。
每个C原子的2个sp2杂化轨道分别与2个H原子的1s轨道形成2个 相同的σ键，各自剩余的1个sp2杂化轨道相互形成一个σ键.
思考与交流
1.回忆： CH４分子中C原子形成几个共价键？分 子空间构型怎样？
2.写出基态C原子价电子的电子排布图,并推测： CH４分子的C原子怎样才能形成四个共价键？
3.如果C原子就以１个２s轨道和３个２p轨道上的 单电子，分别与四个Ｈ原子的１s轨道上的单电子 重叠成键，所形成的四个共价键能否完全相同？ 这与CH４分子的实际情况是否吻合？
sp
参与杂化的 原子轨道
1个 s + 1个p
杂 化 2个sp杂化 轨 道 数 轨道
杂化轨道 180° 间夹角
空间 构型
直线形
实
例 BeCl2
sp2
1个s + 2个p 3个sp2 杂化轨道 120°
平面三角形
BF3
sp3
1个s + 3个p 4个sp3 杂化轨道
109°28′
正四面体形
CH4
应用反馈
用杂化轨道理论分析下列物质的杂化类型、 成键情况和分子的空间构型。
第二节 分子的立体结构
（杂化轨道理论）
2013.2
复习回顾
一、形形色色的分子 二、价层电子对互斥模型(VSEPR模型)
中心原子
分子 类型
中心原子 结合的原子数
代表物
空间构型
AB2
2
CO2
直线形
无孤对电子 AB3
3
CH2O 平面三角形
AB4
4
CH4 正四面体
有孤对电子 AB2
2
AB3
3
H2O
V形
NH3 三角锥形
每个sp2杂化轨道的形状也为一头大，一头
小，含有 1/3 s 轨道和 2/3 p 轨道的成分,每
两个轨道间的夹角为120°，呈平面三角形
规律：第ⅢA族元素与第ⅦA族元素所 形成的MX3型共价化合物，中心原子 采取sp2杂化。如BBr3。
sp3杂化 —— CH4分子的形成
sp3杂化：1个s 轨道与3个p 轨道进行的杂化, 形成4个sp3 杂化轨道。
平面三角形分子（键角
120°）。
F
F
B原子价电子排布式：2s22p1，有一 个未成对电子
1个2s 轨道与2个2p 轨道进行的杂化,形成3个sp2 杂 化轨道。
sp2杂化轨道的形成和空间取向示意图
sp2 杂化 —— BF3分子的形成
sp2杂化：1个s 轨道与2个p 轨道进行的杂化, 形成3个sp2 杂化轨道。
2s
2px
2py
2pz
键长、键能相同，键角相同为109°28′
三、杂化轨道理论简介
为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理 论，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个相同 的sp3杂化轨道，夹角109 28 ′ ,正四面体形。