原子軌道雜化的初步知識(shí)總結(jié)原子軌道雜化的初步知識(shí)總結(jié)原子軌道雜化的初步知識(shí)總結(jié)xxx公司原子軌道雜化的初步知識(shí)總結(jié)文件編號(hào)：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計(jì)，管理制度本科學(xué)年論文原子軌道雜化的初步知識(shí)總結(jié)

摘要：雜化就是指在形成分子時(shí)，由于原子的相互影響，若干不同類型能量相近的原子軌道重新組合成一組新軌道。這種重新組合的過程叫做雜化，所形成的新軌道叫做雜化軌道。關(guān)鍵詞：原子軌道原子軌道能級(jí)雜化軌道雜化類型

TOC\o"1-2"\h\z\u1原子軌道 42量子數(shù) 5主量子數(shù)（n） 5副量子數(shù)（l） 5磁量子數(shù)（m） 6自旋量子數(shù)（ms） 63原子軌道能級(jí) 64雜化軌道的概念 7激發(fā) 8雜化 8軌道重疊 95雜化軌道類型 9s-p型雜化 10s-p-d型雜化 10等性雜化和不等性雜化 11

1原子軌道1926年薛定諤根據(jù)波粒二象性的概念提出了一個(gè)描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)的基本方程——薛定諤波動(dòng)方程。這個(gè)方程是一個(gè)二階偏微分方程，它的形式如下：式中波函數(shù)￠是x、y、z的函數(shù)E是體系的能量，求解Schordinger方程，最終就是要描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)的波函數(shù)￠和微觀粒子在該狀態(tài)下的能量E，式中?是勢(shì)能，它和被研究的粒子的具體環(huán)境有關(guān)，m是粒子的質(zhì)量，這是求解方程的已知條件，п是圓周率，h是Planck常數(shù)。偏微分方程的解是一組函數(shù)，對(duì)于Schordinger方程，它的解將是一系列多變函￠數(shù)的具體表達(dá)式。波函數(shù)￠是一個(gè)三變數(shù)r、?、?和三個(gè)參數(shù)n、l、m的函數(shù)，對(duì)應(yīng)一組合理n、l、m的取值則有一個(gè)確定的波函數(shù)￠（r，?，?）n，l，m波函數(shù)￠是量子力學(xué)中用以描述核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的函數(shù)，波函數(shù)￠叫做原子軌道。這里需要特別提醒注意：此處提到的原子軌道與波爾原子模型所指的原子軌道截然不同。前者指電子在原子核外運(yùn)動(dòng)的某個(gè)空間范圍，后者是指原子核外電子運(yùn)動(dòng)的某個(gè)確定的圓形軌道。有時(shí)為了避免與經(jīng)典力學(xué)中的波爾軌道相混淆，又稱為原子軌函（原子軌道函數(shù)之意），亦即波函數(shù)的空間函數(shù)圖像就是原子軌道。原子軌道的數(shù)學(xué)表達(dá)式就是波函數(shù)。為此，波函數(shù)與原子軌道常做同義語(yǔ)混用。2量子數(shù)描述原子中各電子的狀態(tài)，需要四個(gè)參數(shù)，主量子數(shù)、副量子數(shù)、磁量子數(shù)和自旋量子數(shù)。主量子數(shù)（n）主量子數(shù)可以是零以外的正整數(shù)。例如n=1、2、3、4….，其中每一個(gè)n值代表一個(gè)電子層：主量子數(shù)（n）12345電子層第一層第二層第三層第四層第五層電子層符號(hào)KLMNO副量子數(shù)（l）n值確定后，副量子數(shù)可為零到(n-1)的正整數(shù)。其中每一個(gè)l值代表一個(gè)電子亞層：副量子數(shù)（l）012345電子亞層符號(hào)spdfgh磁量子數(shù)（m）磁量子數(shù)的取值決定于l值，可?。?l+1）個(gè)從-l到+l（包括零在內(nèi)）的整數(shù)。每一個(gè)m值代表一個(gè)具有某種空間取向的原子軌道。例如副量子數(shù)（l）為1時(shí).，磁量子數(shù)（m）值只能取-1、0、+1三個(gè)數(shù)值，這三個(gè)數(shù)值表示p亞層上的三個(gè)互相重疊的p原子軌道。自旋量子數(shù)（ms）自旋量子數(shù)只有+1/2或-1/2這兩個(gè)數(shù)值，其中每一個(gè)數(shù)值表示電子的一種自旋方向（如順時(shí)針或逆時(shí)針方向）。3原子軌道能級(jí)在大量的光譜數(shù)據(jù)以及某些近似的的理論計(jì)算的基礎(chǔ)上，Pauling多電子原子的原子軌道近似能級(jí)圖（如下）圖中的能級(jí)順序是指電子按能級(jí)高低在核外排布的順序，即填入電子是各能級(jí)能量的相對(duì)高低。Pauling的原子軌道近似能級(jí)圖，將所有能級(jí)按從低到高分了7各能級(jí)組，能量相近的能級(jí)劃為一個(gè)能級(jí)組，不同能級(jí)組之間的能量差較大，同一能級(jí)組各能級(jí)相差較小。第一能級(jí)組中只有一個(gè)能級(jí)1s，1s能級(jí)只有一個(gè)原子軌道，圖中用o表示。第二能級(jí)組中有兩個(gè)能級(jí)，2s和2p，2s能級(jí)只有一個(gè)原子軌道，而2p能級(jí)有3各能量簡(jiǎn)并的p軌道。第三能級(jí)組中有兩個(gè)能級(jí)，3s和3p，3s能級(jí)只有一個(gè)原子軌道，而3p能級(jí)有3各能量簡(jiǎn)并的p軌道。第四能級(jí)組中有3個(gè)能級(jí)，4s、3d和4p，4s能級(jí)只有一個(gè)原子軌道，3d能級(jí)有5各能量簡(jiǎn)并的d軌道，而4p能級(jí)有3各能量簡(jiǎn)并的p軌道。其他能級(jí)如上類似，如圖，值得注意的是，除第一能級(jí)組只有一個(gè)能級(jí)外，其余個(gè)能級(jí)組均從ns能級(jí)開始到np能級(jí)結(jié)束。4雜化軌道的概念1931年P(guān)auling在量子力學(xué)的基礎(chǔ)上提出了雜化軌道理論首先以甲烷為例討論，甲烷分子的成鍵情況和分子的幾何構(gòu)型，根據(jù)VSEPR理論預(yù)測(cè)甲烷分子的結(jié)構(gòu)是正四面體，與實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果一樣，其中4個(gè)C-H鍵是完全等同的，H-C-H的夾角均為109度28分，而碳原子的價(jià)電子結(jié)構(gòu)為只有兩個(gè)未成對(duì)電子，所以他只能與兩個(gè)氫原子形成兩個(gè)共價(jià)單鍵，若考慮將碳原子的1各2s電子激發(fā)到2p軌道上，碳原子激發(fā)態(tài)的電子結(jié)構(gòu)為，這樣就可以與四個(gè)氫原子形成四個(gè)C-H單鍵，在這四個(gè)&鍵中3個(gè)是由碳原子的2p軌道和氫原子的1s軌道重疊而成的這三個(gè)鍵是等同的，互相垂直，鍵角為90度，而另外一個(gè)&鍵是由碳原子的2s軌道與氫原子的1s軌道形成的，他與上述的三個(gè)鍵不同，總之四個(gè)C-H鍵是不等同的，這與事實(shí)不符。Pauling假設(shè)甲烷的中心碳原子在形成化學(xué)鍵時(shí)，價(jià)電子層的四個(gè)原子軌道并不維持原來的形狀，而是發(fā)生雜化，得到4個(gè)等同的軌道，再與氫原子的1s軌道成鍵，所謂雜化，就是在形成分子時(shí)，由于原子相互影響，若干不同類型能量相近的原子軌道重新組合成一組新軌道，這種軌道重新組合的過程叫雜化，所形成的新軌道叫雜化軌道。雜化軌道比原來為雜化軌道成鍵能力強(qiáng)，形成的化學(xué)鍵鍵能大，使分子更穩(wěn)定，由于成鍵原子軌道雜化后，軌道角度分布圖發(fā)生了變化，雜化軌道在某些方向上的分布，比未雜化的p軌道和s軌道角度分布大的多，成鍵是從分布比較集中的一方與別的原子成鍵軌道重疊，能得到更大程度的重疊，因而形成的化學(xué)鍵比較牢固。在形成分子過程中通常存在激發(fā)，雜化，軌道重疊等過程，下面以甲烷分子形成為例說明。激發(fā)碳原子的基態(tài)電子結(jié)構(gòu)為，在與氫原子結(jié)合時(shí)，為使成鍵數(shù)目等于四，2s軌道的一個(gè)電子被激發(fā)到一個(gè)空的2p軌道上如圖激發(fā)激發(fā)2s2p基態(tài)激發(fā)態(tài)碳原子以激發(fā)態(tài)參與成鍵從基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，需要能量，可以由形成共價(jià)鍵數(shù)目的增加而釋放出更多的能量來補(bǔ)償，因?yàn)樘荚釉诨鶓B(tài)只能形成兩個(gè)化學(xué)鍵，而激發(fā)態(tài)可以形成四個(gè)化學(xué)鍵雜化處于激發(fā)態(tài)的四個(gè)不同類型的原子軌道線性組合成一組新的軌道，即雜化軌道，雜化軌道具有一定形狀和方向，雜化軌道的數(shù)目等于參加雜化的原子軌道的數(shù)目，應(yīng)該注意的是，原子軌道的雜化只有在形成分子的過程中才發(fā)生，孤立的原子其軌道不可能發(fā)生雜化，能量相差太大的軌道也不能發(fā)生雜化，在形成甲烷分子時(shí)，由于碳原子激發(fā)態(tài)的2s2px2py2pz軌道重新組合成四個(gè)雜化軌道，如下圖雜化雜化S軌道P軌道sp3雜化軌道雜化軌道指向四面體的四個(gè)頂角，該雜化軌道由一個(gè)s軌道3各p軌道雜化而成，成為雜化軌道，在成鍵過程激發(fā)和雜化是同時(shí)進(jìn)行的軌道重疊雜化軌道與其他原子軌道重疊形成化學(xué)鍵時(shí)，同樣要滿足原子軌道最大重疊原理，原子軌道重疊越多，形成的化學(xué)鍵越穩(wěn)定，由于雜化軌道的電子云分布的更集中，所以雜化軌道成鍵能力比其他所有未雜化的原子軌道強(qiáng)，化合物的空間構(gòu)型是由滿足原子軌道最大重疊方向決定的，在甲烷分子中，四個(gè)氫原子的1s軌道在四面體的四個(gè)頂點(diǎn)位置與碳原子的4各雜化軌道重疊最大，因此決定了甲烷分子的結(jié)構(gòu)是正四面體，而H-C-H之間的夾角為109度28分。5雜化軌道類型根據(jù)組成雜化軌道的原子軌道的種類和數(shù)目的不同，可以把雜化軌道分成不同的類型。s-p型雜化只有s軌道和p軌道參與的雜化稱為s-p型雜化，主要有以下三種類型：sp雜化sp雜化軌道是由1個(gè)ns軌道和一個(gè)np軌道形成的，其形狀不同于雜化前的s軌道和p軌道。每個(gè)雜化軌道含有1/2的s軌道成分和1/2的p軌道成分。兩個(gè)雜化軌道在空間的伸展方向呈直線型夾角180度。sp2雜化sp2雜化軌道是由一個(gè)ns軌道和兩個(gè)np軌道組合而成的。每個(gè)雜化軌道含有1/3的s軌道成分和2\3的p軌道成分。雜化軌道間夾角為120度，成平面三角形分布。sp3雜化sp3雜化軌道是由一個(gè)ns軌道和三個(gè)np軌道組合而成的。每個(gè)雜化軌道含有1/4的s軌道和3/4的p軌道成分，sp3雜化軌道間夾角為109度28分，空間構(gòu)型為四面體型。s-p-d型雜化ns軌道、np軌道、nd軌道一起參與的雜化稱為s-p-d型雜化，主要有以下幾種：sp3d雜化sp3d雜化軌道是由一個(gè)ns軌道、三個(gè)np軌道和一個(gè)nd軌道組合而成的。它的特點(diǎn)是五個(gè)雜化軌道在空間呈三角雙錐型雜化，軌道間夾角為90度或120度。sp3d2雜化sp3d2雜化軌道是由一個(gè)ns軌道、三個(gè)np軌道和兩個(gè)nd軌道組合而成的。它的特點(diǎn)是六個(gè)雜化軌道指向正八面體的六個(gè)頂點(diǎn)，雜化軌道間夾角為90度或120度。sp3d3雜化sp3d3雜化軌道是由一個(gè)軌道、三個(gè)軌道、三個(gè)軌道組合而成的。它的特點(diǎn)是七個(gè)雜化軌道在空間呈五角雙錐。等性雜化和不等性雜化雜化過程中形成的雜化軌道可能是一組能量簡(jiǎn)并的軌道，也可能是一組能量彼此不相等的軌道。因此軌道的雜化可分為等性雜化與不等性雜化。等性雜化一組軌道中，若參與雜化的各原子軌道s、p、d等成分相等，則雜化軌道的能量相等。這種雜化稱為等性雜化，如CH4分子。不等性雜化一組軌道中，若參與雜化的各原子軌道s、p、d等成分并不相等，則雜化軌道的能量不相等，這種雜化稱為不等性雜化。參與軌道雜化的原子軌道不僅包含未成對(duì)電子的原子軌道