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雜化軌道理論
第二章 分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
我們已經(jīng)知道，甲烷分子的空間結(jié)構(gòu)呈_________，它的4個(gè)C-H的鍵長(zhǎng)_____，鍵角皆為_(kāi)____。
按照價(jià)鍵理論，甲烷的4個(gè)C－H單鍵都應(yīng)該是____。
σ鍵
正四面體形
相同
109°28′
成鍵電子中，C、H原子提供的是哪個(gè)軌道上的電子？
C
價(jià)層電子軌道表示式
2s
2p
H
價(jià)層電子軌道表示式
1s
按照價(jià)鍵理論應(yīng)該形成CH2，為什么最終形成的是CH4呢？
1、了解雜化軌道理論的要點(diǎn)和類型；
2、能運(yùn)用雜化軌道理論解釋簡(jiǎn)單共價(jià)分子和離子的空間結(jié)構(gòu)。
外界條件下，能量相近的原子軌道混雜起來(lái)，重新組合新軌道的過(guò)程叫做原子軌道的雜化，雜化后的新軌道就稱為雜化軌道。
為解決這一矛盾， 1931年鮑林在價(jià)鍵理論的基礎(chǔ)上提出了雜化軌道理論，它實(shí)際上仍屬于現(xiàn)代價(jià)鍵理論。
雜化軌道理論簡(jiǎn)介
萊納斯·卡爾·鮑林
（1901年2月28日－1994年8月19日） 美國(guó)著名化學(xué)家，兩獲諾貝爾獎(jiǎng)
一、雜化軌道形成及其特點(diǎn)
價(jià)層電子
空軌道
激發(fā)
雜化軌道
軌道重新組合
成對(duì)電子
中的一個(gè)
與激發(fā)電子臨近
能量相近的原子軌道
吸收能量
軌道總數(shù)目不變，角度和形狀發(fā)生變化，成鍵時(shí)釋放能量較多，軌道重疊程度更大，生成的分子更穩(wěn)定
只有在形成化學(xué)鍵時(shí)才會(huì)雜化！
單獨(dú)的原子不會(huì)發(fā)生雜化。
常是同一能層或相近能級(jí)的原子軌道
甲烷的形成
2s 2p
↑↓
↑
↑
2s 2p
↑
↑
↑
↑
sp3
↑
↑
↑
↑
躍遷
雜化
基態(tài)
激發(fā)態(tài)
雜化軌道
為了四個(gè)雜化軌道在空間盡可能遠(yuǎn)離，使軌道間的排斥最小，4個(gè)雜化軌道的伸展方向成什么立體構(gòu)型
正四面體
H
1s
H
1s
H
1s
H
1s
C
sp3
sp3
109°28′
雜化的條件
(1)只有在形成化學(xué)鍵時(shí)才能雜化
(2)只有能量相近的軌道間才能雜化
雜化的特點(diǎn)
雜化前后原子軌道在空間取最大夾角分布，能使相互間排斥力最小
雜化的特點(diǎn)
未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵。
(1)雜化前后軌道數(shù)不變
(2)雜化過(guò)程中軌道的形狀發(fā)生變化
(4)雜化后的新軌道能量、形狀都相同
(6)雜化軌道只用于形成σ鍵和容納孤電子對(duì)
(3)雜化后形成的化學(xué)鍵更穩(wěn)定
(5)雜化后的軌道之間盡可能遠(yuǎn)離
雜化軌道的類型
（1） sp3雜化軌道
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
109°28′
sp3雜化軌道是由1個(gè)ns軌道和3個(gè)np軌道雜化而得。sp3雜化軌道的夾角為109°28′，呈空間正四面體形(如CH4、CF4、CCl4)。
sp3雜化軌道特征：
①1個(gè)ns 軌道與3個(gè)np 軌道進(jìn)行的雜化,形成4個(gè)sp3 雜化軌道。
②每個(gè)sp3雜化軌道的形狀為一頭大，一頭小，含有 1/4 s 軌道和 3/4 p 軌道的成分。
③每?jī)蓚€(gè)軌道間的夾角為109 28′，空間構(gòu)型為正四面體形。
H原子
↑
s
1s1
3個(gè)N-H相互垂直
鍵角為90°
↑
s
3個(gè)N-H，鍵角為107°
N原子
↑↓
s
p
p
p
↑
↑
↑
2s22p3
基態(tài)
sp3
↑↓
↑
↑
↑
雜化軌道
【思考】怎么用雜化軌道理論解釋NH3的空間結(jié)構(gòu)呢？
孤電子對(duì)
sp3雜化
形成σ鍵
【思考】怎么用雜化軌道理論解釋H2O的空間結(jié)構(gòu)呢？
H原子
↑
s
1s1
2個(gè)O-H相互垂直
鍵角為90°
sp3雜化
↑
s
2個(gè)O-H，鍵角為105°
O原子
↑↓
s
p
p
p
↑↓
↑
↑
2s22p4
基態(tài)
sp3
↑↓
↑↓
↑
↑
雜化軌道
孤電子對(duì)
形成σ鍵
（2） sp2雜化軌道
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
x
y
z
120°
sp2雜化軌道是由1個(gè)ns軌道和2個(gè)np軌道雜化而得。sp2雜化軌道間的夾角為120°，呈平面三角形(如BF3)。
未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵。
②每個(gè)sp2雜化軌道的形狀也為一頭大，一頭小，含有 1/3 s 軌道和 2/3 p 軌道的成分。
sp2雜化軌道特征：
①1個(gè)s 軌道與2個(gè)p 軌道進(jìn)行的雜化,形成3個(gè)sp2 雜化軌道。
③每?jī)蓚€(gè)軌道間的夾角為120°，呈平面三角形。
④ 3個(gè)sp2雜化軌道用于形成σ鍵，未參與雜化的p軌道用于形成π鍵。
p
sp2
sp2
sp2
分析BF3的中心原子雜化方式。
1個(gè)B-F
3個(gè)B-F，鍵角為120°
B原子
↑↓
s
p
p
p
↑
2s22p1
基態(tài)
形成σ鍵
sp2雜化
sp2
↑
↑
↑
雜化軌道
p
F原子
2s22p5
↑↓
s
p
p
p
↑↓
↑↓
↑
↑↓
s
p
p
p
↑↓
↑↓
↑
未雜化軌道
思考與討論
C原子的2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)s-sp2σ鍵，另一個(gè)sp2雜化軌道與另一個(gè)C原子的sp2雜化軌道頭碰頭形成1個(gè)σ鍵。兩個(gè)C剩余未參與雜化的2p軌道肩并肩形成π鍵
如何用雜化軌道理論解釋CH2=CH2的空間結(jié)構(gòu)呢？
注意：有機(jī)物中形成雙鍵的碳原子均為sp2雜化
2s
2p
↑↓
↑
↑
激發(fā)
2s
2p
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
雜化
2p
sp2
頭碰頭
σ鍵
肩并肩
肩并肩
σ鍵
π鍵
H
H
H
H
乙烯中sp2雜化C原子成鍵過(guò)程
CH2=CH2
（3） sp雜化軌道
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
sp雜化軌道是由1個(gè)ns軌道和1個(gè)np軌道雜化而得。sp雜化軌道間的夾角為180°，呈直線形(如BeCl2)。分子的空間結(jié)構(gòu)主要取決于原子軌道的雜化類型。
180°
②每個(gè)sp雜化軌道的形狀為一頭大，一頭小，含有1/2 s 軌道和1/2 p 軌道的成分。
①1個(gè)s 軌道與1個(gè)p 軌道進(jìn)行的雜化,形成2個(gè)sp雜化軌道。
sp雜化軌道特征：
③兩個(gè)軌道間的夾角為180°，呈直線型。
④ 2個(gè)sp雜化軌道用于形成σ鍵，未參與雜化的2個(gè)p軌道用于形成2個(gè)π鍵。
p
p
sp
sp
分析BeCl2的中心原子雜化方式。
不能形成Be-Cl
2個(gè)Be-Cl，鍵角為180°
Be原子
↑↓
s
p
p
p
2s2
基態(tài)
sp
↑
↑
雜化軌道
形成σ鍵
sp雜化
Cl原子
3s23p5
↑↓
s
p
p
p
↑↓
↑↓
↑
↑↓
s
p
p
p
↑↓
↑↓
↑
p
p
未雜化軌道
思考與討論
如何用雜化軌道理論解釋CH≡CH的空間結(jié)構(gòu)呢？
↑
↑
2s
2p
↑↓
↑
↑
激發(fā)
2s
2p
↑
↑
↑
↑
↑
↑
雜化
2p
sp
兩個(gè)碳原子的1個(gè)sp雜化軌道相互重疊形成sp-sp σ鍵，另外1個(gè)雜化軌道與氫原子1s軌道重疊形成兩個(gè)s-sp σ鍵，未參與雜化的2個(gè)2P軌道相互重疊形成2個(gè)π鍵。
注意：有機(jī)物中形成三鍵的碳原子均為sp雜化
頭碰頭
σ鍵
肩并肩
肩并肩
σ鍵
H
H
乙炔中sp雜化C原子成鍵過(guò)程
π鍵
π鍵
CH CH
雜化類型的判斷
①因?yàn)殡s化軌道只能用于形成σ鍵或者用來(lái)容納孤電子對(duì)，而兩個(gè)原子之間只能形成一個(gè)σ鍵，故有下列關(guān)系:中心原子的雜化軌道數(shù)=價(jià)層電子對(duì)數(shù)=σ鍵電子對(duì)數(shù)（中心原子結(jié)合的電子數(shù)）+孤電子對(duì)數(shù)，再由雜化軌道數(shù)判斷雜化類型。
中心原子的
價(jià)層電子對(duì)數(shù)
規(guī)律：
代表物 雜化軌道數(shù) 雜化軌道類型
CO2
CH2O
SO2
H2O
0+2=2
sp
0+3=3
sp2
1+2=3
2+2=4
sp2
sp3
2
3
4
sp
sp2
sp3
②通過(guò)看中心原子有沒(méi)有形成雙鍵或三鍵來(lái)判斷
若有1個(gè)三鍵或2個(gè)雙鍵，則其中有2個(gè)π鍵，用去2個(gè)p軌道，形成的是sp雜化；
若有1個(gè)雙鍵則其中必有1個(gè)π鍵，用去1個(gè)p軌道，形成的是sp2雜化；
若全部是單鍵，則形成sp3雜化。
③根據(jù)雜化軌道之間的夾角判斷
④根據(jù)雜化軌道的立體構(gòu)型判斷
雜化軌道
之間的夾角
180°
120°
109°28′
sp
sp2
sp3
雜化軌道
的立體構(gòu)型
直線形
平面三角形
正四面體形或三角錐形
sp
sp2
sp3
→雜化理論和VSEPR模型預(yù)測(cè)粒子空間結(jié)構(gòu)結(jié)果基本一致
價(jià)層電子對(duì)
互斥模型
雜化軌
道理論
計(jì)算價(jià)層
電子對(duì)數(shù)
價(jià)層電子對(duì)數(shù)=σ 鍵電子對(duì)數(shù)+中心原子孤電子對(duì)數(shù)
2
3
4
直線形
平面三角形
四面體形
sp雜化，直線形
sp2雜化，平面三角形
sp3雜化，四面體形
預(yù)測(cè)分子結(jié)構(gòu)
略去孤電子對(duì)
解釋分子空間結(jié)構(gòu)
利用VSEPR模型和雜化軌道理論推測(cè)粒子結(jié)構(gòu)
孤電子對(duì)數(shù)
化學(xué)式
價(jià)層電子對(duì)數(shù)
σ鍵電子對(duì)數(shù)
VSEPR模型
中心原子
雜化類型
粒子的真實(shí)空間結(jié)構(gòu)
SO2
H2S
SO3
NCl3
HCN
HClO
2
2
4
四面體形
sp3雜化
V形
1
2
3
平面三角形
sp2雜化
V形
0
3
3
平面正三角形
sp2雜化
平面正三角形
1
3
4
四面體形
sp3雜化
三角錐形
0
2
2
直線形
sp雜化
直線形
2
2
4
四面體形
sp3雜化
V形
利用VSEPR模型和雜化軌道理論推測(cè)粒子結(jié)構(gòu)
孤電子對(duì)數(shù)
化學(xué)式
價(jià)層電子對(duì)數(shù)
σ鍵電子對(duì)數(shù)
VSEPR模型
中心原子
雜化類型
粒子的真實(shí)空間結(jié)構(gòu)
SO42-
NO3-
PO43-
ClO3-
H3O+
0
4
4
四面體形
sp3雜化
正四面體形
0
3
3
平面正三角形
sp2雜化
平面正三角形
1
3
4
四面體形
sp3雜化
三角錐形
0
3
3
CO32-
平面正三角形
sp2雜化
平面正三角形
1
3
4
四面體形
sp3雜化
三角錐形
0
4
4
四面體形
sp3雜化
正四面體形
①價(jià)電子對(duì)之間的夾角越小,排斥力越小。 (　　)
②NH3分子的VSEPR模型與分子空間結(jié)構(gòu)不一致。(　　)
③五原子分子的空間結(jié)構(gòu)都是正四面體形。(　　)
④雜化軌道與參與雜化的原子軌道的數(shù)目相同,但能量不同。(　　)
⑤凡是中心原子采取sp3雜化軌道成鍵的分子,其空間結(jié)構(gòu)都是正四面體形。(　　)
⑥凡AB3型的共價(jià)化合物,其中心原子A均采用sp3雜化軌道成鍵。(　　)
1．判斷正誤
C
2.在BrCH=CHBr分子中,C—Br鍵采用的成鍵軌道是(　　 )
A.sp-p B.sp2-s
C.sp2-p D.sp3-p
3、在乙烯(CH2＝CH2)分子中有5個(gè)σ鍵、一個(gè)π鍵，它們分別是（ ）
A．sp2雜化軌道形成σ鍵、未雜化的2p軌道形成π鍵
B．sp2雜化軌道形成π鍵、未雜化的2p軌道形成σ鍵
C．C—H之間是sp2形成的σ鍵，C—C之間是未參加雜化的2p軌道形成的π鍵
D．C—C之間是sp2形成的σ鍵，C—H之間是未參加雜化的2p軌道形成的π鍵
A

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