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雜化軌道理論
第二章 分子結構與性質
1、了解雜化軌道理論的要點和類型；
2、能運用雜化軌道理論解釋簡單共價分子和離子的空間結構。
畫出基態碳原子、氫原子的核外電子排布圖
C原子
1s2
2s2
2p2
H原子
1s1
思考：為什么碳原子與氫原子結合形成CH4，而不是CH2 ？
↑
↑
↑
↑
躍遷
思考：為何分子空間結構是正四面體形？
當碳原子與4個氫原子形成甲烷分子時：
sp3雜化軌道
↑ ↓
↑
↑
激發
↑
↑
↑
↑
激發態
雜化
↑
↑
↑
↑
碳原子1個2s軌道和3個2p軌道會發生混雜，混雜時保持軌道總數不變，卻得到4個新的能量相同、方向不同的軌道，各指向正四面體的4個頂角，夾角109°28'，稱為sp3雜化軌道，表示這4個軌道是由1個s軌道和3個p軌道雜化形成的。
當碳原子與4個氫原子形成甲烷分子時：
碳原子1個2s軌道和3個2p軌道會發生混雜，混雜時保持軌道總數不變，卻得到4個新的能量相同、方向不同的軌道，各指向正四面體的4個頂角，夾角109°28'，稱為sp3雜化軌道，表示這4個軌道是由1個s軌道和3個p軌道雜化形成的。
彼此遠離，
斥力最小
s px py pz
sp3
sp3
sp3
sp3
sp3
sp3
sp3
sp3
109°28′
當碳原子與4個氫原子形成甲烷分子時：
碳原子1個2s軌道和3個2p軌道會發生混雜，混雜時保持軌道總數不變，卻得到4個新的能量相同、方向不同的軌道，各指向正四面體的4個頂角，夾角109°28'，稱為sp3雜化軌道，表示這4個軌道是由1個s軌道和3個p軌道雜化形成的。
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
109°28′
碳原子以4個sp3雜化軌道分別與4個氫原子的1s軌道重疊，形成4個C-H σ鍵，因此呈正四面體形的空間結構。
sp3
sp3
1s
1s
1s
1s
當碳原子與4個氫原子形成甲烷分子時：
一、原子軌道的雜化
(1)在形成分子（化學鍵）時，由于原子的相互影響，若干不同類型能量相近的原子軌道混合起來，重新組合成一組能量相同、方向不同的新軌道的過程。
(2)原子軌道組合雜化后形成的一組新的原子軌道叫做雜化原子軌道，簡稱雜化軌道。
美國化學家鮑林
【思考】BF3是平面三角形構型， 分子中鍵角均為120o；試用雜化軌道理論加以說明。
2s
2p
↑↓
↑
基態
激發
2s
2p
↑
↑
激發態
↑
雜化
↑
↑
↑
未雜化軌道
同一個原子的一個 ns 軌道與兩個 np 軌道進行雜化組合為 sp2 雜化軌道。sp2 雜化軌道間的夾角是120°，分子的幾何構型為平面正三角形。
【思考】氣態BeCl2是直線型分子構型，分子中鍵角為180o 。試用雜化軌道理論加以說明。
2s
2p
↑↓
基態
激發
2s
2p
↑
↑
激發態
雜化
sp雜化軌道
↑
↑
未雜化軌道
同一原子中 ns-np 雜化成新軌道：一個 s 軌道和一個 p 軌道雜化組合成兩個新的 sp 雜化軌道。2個sp雜化軌道在一條直線上，軌道間夾角180°
(3)雜化軌道的特點
雜化前后軌道數目不變
雜化后軌道成分、能量、形狀、方向發生改變
雜化軌道之間要滿足最小排斥、最大夾角原理
雜化軌道只容納孤電子對和形成σ鍵
未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵
雜化軌道數目=孤電子對數+σ鍵數=價層電子對數
即：
能量相近
數目不變
形狀方向改變
成鍵能力增強
排斥力達最小
2s
2p
C的基態
2s
2p
激發態
sp2
sp2 雜化態
激發
雜化
pz
乙烯分子中碳原子的雜化方式及成鍵過程
120°
四個s-sp2 C-H σ鍵
1個sp2-sp2 C-C σ鍵
1個p-p C-C π鍵
乙炔分子中碳原子的雜化方式及成鍵過程
2s
2p
C的基態
2s
2p
激發態
sp
sp 雜化態
激發
雜化
pz
py
π鍵
π鍵
σ鍵
2個s-sp C-H σ鍵
1個sp-sp σ鍵
2個p-p π鍵
(4)雜化類型的判斷
①雜化軌道數＝中心原子的價層電子對數
sp3
sp2
sp
4
3
2
中心原子的價層電子對數
雜化方式
雜化軌道數
4
3
2
化學式 中心原子 孤電子對數 中心原子結合的原子數 ＶＳＥＰＲ模型 中心原子雜化類型
HCN
SO2
NH2－
BF3
H3O+
SiCl4
CHCl3
NH4+
SO42－
sp
0
1
2
0
1
0
0
0
2
2
2
3
3
4
4
4
0
4
直線形
平面三角形
平面三角形
四面體形
四面體形
四面體形
四面體形
四面體形
四面體形
sp2
sp2
sp3
sp3
sp3
sp3
sp3
sp3
(4)雜化類型的判斷
②根據分子空間構型
四面體形
sp3
sp2
sp
三角錐形
平面三角形
V形
直線形
sp3或
sp2
sp3
(4)雜化類型的判斷
③碳原子雜化方式的判斷
碳原子在化合物中一般形成4對共用電子對，無孤電子對
C
sp3
C
sp2
C
C
或
sp
1
2
3
4
5
6
7
8
9
其他的雜化方式
SF6
sp3d2雜化
正八面體形
價層電子對數：5
價層電子對數：6
PCl5
sp3d雜化
三角雙錐形
1.VSEPR模型呈四面體形的分子中心原子一般采取sp3雜化，如H2O和NH3，試用雜化軌道理論解釋H2O和NH3分子的空間結構。
H2O和NH3分子中心原子都采取sp3雜化，水分子的氧原子的sp3雜化軌道有2個被孤電子對占據，分子空間結構呈V形，氨分子的氮原子的sp3雜化軌道中有1個被孤電子對占據，分子空間結構呈三角錐形，孤電子對對成鍵電子的排斥力大于成鍵電子對之間的排斥力，所以鍵角小于109°28′。
1.下列分子中的中心原子雜化軌道的類型相同的是( )
A.CO2與SO2 B.CH4與NH3
C.BeCl2與BF3 D.C2H2與C2H4
B
2.下列分子的空間結構可用sp2雜化軌道來解釋的是( )
①BF3　②CH2==CH2?、? ④CH≡CH?、軳H3　⑥CH4
A.①②③ B.①⑤⑥
C.②③④ D.③⑤⑥
A
3.下列分子中的中心原子的雜化方式為sp雜化，分子的空間結構為直線形且分子中沒有形成π鍵的是( )
A.CH≡CH B.CO2
C.BeCl2 D.BF3
C
4.下列有關甲醛(HCHO)分子的說法正確的是( )
①C原子采取sp雜化　 ②甲醛分子為三角錐形結構
③C原子采取sp2雜化　 ④甲醛分子為平面三角形結構
A.①② B.②③
C.③④ D.①④
C

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