雜化軌道理論圖解

1、雜化軌道理論(圖解一、原子軌道角度分布圖二、共價(jià)鍵理論和分子結(jié)構(gòu)、共價(jià)鍵理論簡(jiǎn)介1、經(jīng)典的化學(xué)鍵電子理論：1916年德國化學(xué)家柯塞爾(Kossel)和1919年美國化學(xué)家路易斯(Lewis)等提出了化學(xué)鍵的電子理論。他們根據(jù)稀有氣體原子的電子層結(jié)構(gòu)特別穩(wěn)定這一事實(shí)，提出各元素原子總是力圖(通過得失電子或共用電子對(duì))使其最外層具有8電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。柯塞爾用電子的得失解釋正負(fù)離子的結(jié)合。路易斯提出，原子通過共用電子對(duì)而形成的化學(xué)鍵稱為共價(jià)鍵(covalentk?u'veilentbondb?nd)。用黑點(diǎn)代表價(jià)電子(即最外層s,p軌道上的電子)，可以表示原子形成分子時(shí)共用一對(duì)或若干對(duì)電子以

2、滿足稀有氣體原子的電子結(jié)構(gòu)。為了方便，常用短線代替黑點(diǎn)，用”表示共用1對(duì)電子形成的共價(jià)單鍵，用表示2對(duì)電子形成的共價(jià)雙鍵，“三”表示3對(duì)電子形成的共價(jià)叁鍵。原子單獨(dú)擁有的未成鍵的電子對(duì)叫做孤對(duì)電子(lonel?unpairps?electroni'lektr?n)cLewis結(jié)構(gòu)式的書寫規(guī)則又稱八隅規(guī)則(即8電子結(jié)構(gòu))。評(píng)價(jià)貢獻(xiàn)：Lewis共價(jià)概念初步解釋了一些簡(jiǎn)單非金屬原子間形成共價(jià)分子的過程及其與離子鍵的區(qū)別。局限性：、未能闡明共價(jià)鍵的本質(zhì)和特性；、八隅規(guī)則的例外很多。PCl5SF6BeCl2BF3NO,NO2中心原子周圍價(jià)電子數(shù)101246含奇數(shù)價(jià)電子的分子、不能解釋某些分子的性

3、質(zhì)。含有未成對(duì)電子的分子通常是順磁性的(即它們?cè)诖艌?chǎng)中表現(xiàn)出磁性)例如02。2、1927年德國的海特勒Heitler和美籍德國人的倫敦London兩位化學(xué)家建立了現(xiàn)代價(jià)鍵理論，簡(jiǎn)稱VB理論(電子配對(duì)法)。1931年，鮑林在電子配對(duì)的基礎(chǔ)上提出了雜化軌道理論的概念，獲1954年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。3、1928年1932年馬利肯由于建立和發(fā)展分子軌道理論榮獲得1966年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。M0法和VB法是兩種根本不同的物理方法；都是電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的近似描述；在一定條件下它們具有等價(jià)性。02：2O原子電子組態(tài)1s22s22p4-O2,8X2=16個(gè)電子，外層電子：12個(gè)電子，KK(0-2s)2(0-2s)2(0-

4、2pz)2(It2px)2(Tt2py)2(Tt2px)1(Tt2py)1MO理論認(rèn)為價(jià)電子為12,其中成鍵電子，(w)2(b2pz)2(Tt2px)2(n2py)2共8個(gè)電子反鍵電子，(b*2s)2(/2px)1(/2py)1共4個(gè)電子b單鍵，3電冗鍵，3電子冗鍵b+n3+n3,由于每個(gè)n3只相當(dāng)于半個(gè)鍵，故鍵級(jí)=2。盡管該鍵級(jí)與傳統(tǒng)價(jià)鍵理論的結(jié)論一致，但分子軌道理論圓滿解釋了順磁性(由于分子中存在未成對(duì)電子引起的)，價(jià)鍵理論則不能解釋。，一，一，.，20:02分子的路易斯結(jié)構(gòu)式：0r=0:,價(jià)鍵結(jié)構(gòu)式、價(jià)鍵法(VB法)價(jià)鍵理論一:1、要點(diǎn)：、共價(jià)鍵的形成條件：、先決條件：原子具有未成對(duì)電子

5、；、配對(duì)電子參與成鍵的原子軌道要滿足對(duì)稱匹配、能量相近以及最大重疊的原則；、兩原子具有成單的自旋相反的電子配對(duì)，服從保里不相容原理。、共價(jià)鍵的本質(zhì)：是由于原子相互接近時(shí)軌道重疊，原子間通過共用自旋相反的電子使能量降低而成鍵。、共價(jià)鍵的特征：、飽和性，一個(gè)原子有幾個(gè)未成對(duì)電子(包括激發(fā)后形成的未成對(duì)電子)，便和幾個(gè)自旋相反的電子配對(duì)成鍵；而未成對(duì)電子數(shù)是有限的，故形成化學(xué)鍵的數(shù)目是有限的。、根據(jù)原子軌道最大重疊原理，原子軌道沿其角度分布最大值方向重疊，即共價(jià)鍵具有一定的方向性。、共價(jià)鍵的類型：?jiǎn)捂I、雙鍵和叁鍵。、b鍵和71鍵。重疊方式重疊方向重疊部分重疊鍵能電子鍵的化學(xué)程度能量強(qiáng)度活潑性(T鍵“

6、頭碰頭”沿鍵軸方向重疊圓柱形對(duì)稱，集中在兩核之間沿鍵軸分布，可繞鍵軸旋轉(zhuǎn)大小較低較大不活潑,比71鍵穩(wěn)定冗鍵“肩并肩”原子軌道的對(duì)稱軸互相平行分布在通過鍵軸的一個(gè)平囿上卜方，鍵軸處為零，不口繞軸旋轉(zhuǎn)，“上下”形狀對(duì)稱（像“兩塊冬瓜”），垂直于鍵軸。小大較高較小活潑，易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)i、b鍵：沿鍵軸方向重疊，呈圓柱形對(duì)稱，稱為b軌道，生成的鍵稱為b鍵b是希臘字母，相當(dāng)于英文的s,是對(duì)稱Symmetry'simitri這個(gè)字的第一個(gè)字母）。（T鍵形成的方式：ii、花鍵：兩個(gè)p軌道彼此平行地重疊起來，軌道的對(duì)稱面是通過鍵軸的平面，這個(gè)對(duì)稱面就叫節(jié)面，這樣的軌道稱為冗軌道，生成的鍵稱為n鍵（花相

7、當(dāng)于英文的p,是平彳pparallel'p?r?lel的第一個(gè)字母）。Tt鍵的形成過程：n:N=N：；NN：HN-"路易斯價(jià)鍵加結(jié)構(gòu)式結(jié)枸式6鍵和二鍵只是共價(jià)鍵中最簡(jiǎn)單的模sT"）,此外還有十分多樣的共價(jià)鍵類型。如苯環(huán)的p-p大n鍵，硫酸根中的dpn鍵，硼烷中的多中心鍵5鍵：若原子軌道以面對(duì)面（如dxy與dxy）方式重疊，為S鍵（在金屬原子間成鍵或多核配合物結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)）。、配位鍵：成鍵兩原子必須共用一對(duì)電子。這一對(duì)電子也可以由一個(gè)原子提供出來，與另一原子（提供空軌道）共用，這樣形成的共價(jià)鍵叫做配位鍵。通常用A-B表示。形成配位鍵必須具備兩個(gè)條件：I、A是提供共用電子

8、對(duì)的原子，其價(jià)電子層有未共用的電子對(duì)，即必須有孤對(duì)電子。n、B是接受共用電子對(duì)的原子，其價(jià)電子層必須有可利用的空軌道。含有配位鍵的離子或化合物是相當(dāng)普遍的，如Cu（NH3）42+、Ag（NH3）2+、Fe（CN）64-、Fe（CO）5。電子對(duì)給予體稱為路易斯堿，電子對(duì)接受體稱為路易斯酸。2、價(jià)鍵理論二：雜化軌道理論鮑林（Pauling）1931年提出，為了解釋鍵角的變化。價(jià)鍵理論簡(jiǎn)明地闡明了共價(jià)鍵的形成過程和本質(zhì)，成功解釋了共價(jià)鍵的方向性和飽和性，但在解釋一些分子的空間結(jié)構(gòu)方面卻遇到了困難。例如CH4分子的形成，按照價(jià)鍵理論，C原子只有兩個(gè)未成對(duì)的電子，只能與兩個(gè)H原子形成兩個(gè)共價(jià)鍵，而且鍵角

9、應(yīng)該大約為90。但這與實(shí)驗(yàn)事實(shí)不符，因?yàn)镃與H可形成CH4分子，其空間構(gòu)型為正四面體，/HCH=109°28,。為了更好地解釋多原子分子的實(shí)際空間構(gòu)型和性質(zhì)，1931年鮑林和斯萊脫（Slater）在電子配對(duì)理論的基礎(chǔ)上，提出了雜化軌道理論（hybridorbitaltheory）,豐富和發(fā)展了現(xiàn)代價(jià)鍵理論。、雜化軌道理論的基本要點(diǎn)原子在形成分子時(shí)，為了增強(qiáng)成鍵能力，同一原子中能量相近的不同類型（s、p、d）的幾個(gè)原子軌道可以相互疊加進(jìn)行重新組合，形成能量、形狀和方向與原軌道不同的新的原子軌道。這種原子軌道重新組合的過程稱為原子軌道的雜化，所形成的新的原子軌道稱為雜化軌道。注意：、只有

10、在形成分子的過程中，中心原子能量相近的原子軌道才能進(jìn)行雜化，孤立的原子不可能發(fā)生雜化。、只有能量相近的軌道才能互相雜化。常見的有：nsnpnd,（n-1）dnsnp；、雜化前后，總能量不變。但雜化軌道在成鍵時(shí)更有利于軌道間的重疊，即雜化軌道的成鍵能力比未雜化的原子軌道的成鍵能力增強(qiáng)，形成的化學(xué)鍵的鍵能大。這是由于雜化后軌道的形狀發(fā)生了變化，電子云分布集中在某一方向上，成鍵時(shí)軌道重疊程度增大，成鍵能力增強(qiáng)。、雜化所形成的雜化軌道的數(shù)目等于參加雜化的原子軌道的數(shù)目，亦即雜化前后，原子軌道的總數(shù)不變。、雜化軌道的空間構(gòu)型取決于中心原子的雜化類型。不同類型的雜化，雜化軌道的空間取向不同，即一定數(shù)目和一

11、定類型的原子軌道間雜化所得到的雜化軌道具有確定的空間幾何構(gòu)型，由此形成的共價(jià)鍵和共價(jià)分子相應(yīng)地具有確定的幾何構(gòu)型。什么叫雜化？同一原子的能量相近的原有的原子軌道混雜”起來，重新組合形成新軌道的過程，叫做雜化。什么叫雜化軌道？新組合的原子軌道叫做雜化軌道。為什么要雜化？雜化軌道形成的化學(xué)鍵的強(qiáng)度更大，體系的能量更低。雜化的動(dòng)力：受周圍原子的影響。為什么雜化后成鍵，體系的能量降低？雜化軌道在一個(gè)方向上更集中，便于軌道最大重疊。雜化軌道的構(gòu)型決定了分子的幾何構(gòu)型：雜化軌道有利于形成b鍵，但不能形成n鍵。由于分子的空間幾何構(gòu)型是以b鍵為骨架，故雜化軌道的構(gòu)型就決定了其分子的幾何構(gòu)型。雜化的規(guī)律 雜化前

12、后軌道數(shù)目不變，空間取向改變； 雜化軌道能與周圍原子形成更強(qiáng)的b鍵，或安排孤對(duì)電子，而不會(huì)以空的雜化軌道存在。 雜化后軌道伸展方向、形狀發(fā)生改變，成鍵能力增強(qiáng)，成鍵能力大小順序（s成分越多成鍵能力越強(qiáng)）sp<sp2<sp3<dsp2<sp3d<sp3d2、雜化軌道的特點(diǎn)、所組成的幾個(gè)雜化軌道具有相同的能量；、形成的雜化軌道數(shù)目等于原有的原子軌道數(shù)目；、雜化軌道的空間伸展方向一定（亦即，雜化軌道的方向不是任意的，雜化軌道之間有一定的夾角）；、雜化軌道的成分：每個(gè)雜化軌道的成分之和為1;每個(gè)參加雜化的原子軌道，在所有雜化軌道中的成分之和為1（單位軌道的貢獻(xiàn)）。雜化軌道

13、基本類型sp2sp3sp參加雜化的原子軌道1個(gè)s和1個(gè)p1個(gè)s和2個(gè)p1個(gè)s和3個(gè)p雜化軌道數(shù)目2個(gè)sp雜化軌道3個(gè)sp2雜化軌道4個(gè)sp3雜化軌道每個(gè)雜化軌道的成分1s,1p22久，2p333,9p44雜化軌道間的夾角180°120°109°28'幾何構(gòu)型直線型平卸二角形止四面體形實(shí)例BeCl2,HgCl2BF3CH4,SiF4中心原子Be,HgBC,Si、最常見的雜化軌道類型簡(jiǎn)介雜化軌道類型spG-2sp3spdsp2d(x2-y2)與s、px、py空間幾何構(gòu)型直線型平卸二角形止四面體形平面止方形:雜化軌道數(shù)目2344雜化軌道類型Sds與dxy、dxz

14、、dyzspddzdspd(x-y)空間幾何構(gòu)型止四面體形三角雙錐形四方錐形雜化軌道數(shù)目455雜化軌道類型d2sp3,sp3d2dz2,d(x2-y2)3.3spd空間幾何構(gòu)型正八面體形五角雙錐形雜化軌道數(shù)目67雜化軌道類型dpsddp2,d2sd3s空間幾何構(gòu)型直線型彎曲型，平卸二角形正四面體形：雜化軌道數(shù)目2234雜化軌道類型d4s,d2sp2d3p3d4spd4sp3空間幾何構(gòu)型四方錐形反三角雙錐形三棱柱型十二面體形雜化軌道數(shù)目5668MX2spMX32spMX43spMX5.3dspMX6dsp3dsp2d2sp2spd2雜化軌道。BeCl2的成鍵過程，Be原子的雜化。兩個(gè)sp雜化軌道

15、的夾角為180o,空間構(gòu)型：直線型sp雜化軌道：是1個(gè)ns軌道與1個(gè)np軌道雜化形sp、SP、不等性雜化：由不同類型的原子軌道“混合”起來，重新組合成一組不完全等同的雜化軌道（形成的雜化軌道的能量不完全相等，所含的成分也不完全相同）的過程稱為不等性雜化，形成的軌道為不等性雜化軌道。參與雜化的原子軌道中存在孤對(duì)電子，則形成的雜化軌道的形狀和能量不完全相同。條件：i、當(dāng)成鍵原子中參與雜化的原子軌道上的電子數(shù)目等于雜化軌道數(shù)目，但是2雜化軌道：是一個(gè)原子的1個(gè)nS軌道和2個(gè)nP軌道之間進(jìn)行雜化，形成3個(gè)等價(jià)的SP2雜化軌道。個(gè)SP2雜化軌道互成120,sp2雜化形成平面正三角形分子。例如BC%的成鍵

16、過程，B原子的雜化。、SP3雜化軌道：是一個(gè)原子的1個(gè)S軌道和3個(gè)P軌道之間進(jìn)行雜化，形成4個(gè)等價(jià)的SP3雜化軌道。個(gè)SP3雜化軌道互成109.5,sp3雜化形成正四面體結(jié)構(gòu)分子。例如CH4的成鍵過程，C原子的雜化。相關(guān)鏈接：BeCl2是共價(jià)化合物，在氣態(tài)為雙聚分子（BeCl2”（在773873K下），溫度再高時(shí)，二聚體解離為單體BeCl2,在1273K完全離解。固態(tài)BeCl?具有無限長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)。在BeCl2（g）中Be為sp雜化，直線型。在雙聚體（BeCl2）2（g）中Be為SP2雜化。在固態(tài)BeCl?中Be為SP3雜化。直線型：CO2,BeCL,Ag（NH3）2+,HgCL,ZnCl?,HO

17、CH（C原子sp雜化）；平面三角形正四面體形平面正方形三角雙錐形BF3,SO3(g),NO3,CO2",H2C=CH2(C原子sp2雜化)；CH4,SO4",SiF4,NH4+,Zn(NH也；ClOj,MnO4,MnO4-(Mn原子d3s雜化)；Cu(NH42+,Zn(CN)42-,PdCl42-;PCl5,Fe(CO)5；四方錐形：Sb（C6H5）5；正八面體形:SF6,Fe（CN）63-,FeF6-,AlF6-;五角雙錐形：下7；、等性雜化與s-p型不等性雜化、等性雜化：由不同類型的原子軌道“混合”起來，重新組合成一組完全等同的雜化軌道的過程稱為等性雜化，形成的軌道為等

18、性雜化軌道。各個(gè)雜化軌道的形狀和能量完全相同。條件：當(dāng)成鍵原子中參與雜化的原子軌道上的電子數(shù)目等于雜化軌道數(shù)目，且與之成鍵的原子也完全相同，其雜化就是等性雜化。例如，CH4和CCl4與中心原子鍵合的是同一種原子，分子呈高度對(duì)稱的正四面體構(gòu)與之成鍵的原子不完全相同，其雜化就是不等性雜化。例如,型，其中的4個(gè)sp3雜化軌道自然沒有差別，這種雜化類型叫做等性雜化。2Px2Py2Pz4n3C原子SP雜化*SO-C-OsCO2直線型分子鑼耍激雜化Py2PzSP雜化兩個(gè)n:O2Px2Py2Pz、乙烯分子中的C原子，用1個(gè)2s軌道和2Px、2Py軌道進(jìn)行SP2雜化，SP2雜化軌道呈平面正三角形。成鍵的2個(gè)C原子各以1個(gè)SP2雜化軌道彼此重疊形成1個(gè)CCb鍵，并各以兩個(gè)SP2雜化軌道分別與2個(gè)H原子的1S軌道形成2個(gè)CHb鍵，這5個(gè)b鍵其對(duì)稱軸都在同一平面內(nèi)。每個(gè)C原子余下的2Pz軌道彼此平行地重疊，形成冗鍵。C原子SP2雜化軌道未參加雜化的Pz軌道XSP2雜化軌道平卸、乙烘分子中的C原子，用1個(gè)2s軌道和1個(gè)2Px軌道進(jìn)行SP雜化，SP雜化軌道呈直線形。成鍵的2個(gè)C原子各以1個(gè)SP雜化軌道彼此重疊形成一個(gè)CCb鍵，并各以另1個(gè)SP雜化軌道分別與