雜化軌道理論分子中心原子上價(jià)層電子對(duì)數(shù)分子的空間構(gòu)形鍵角CH4

正四面體形4109o28′

價(jià)層電子排布式價(jià)層電子軌道表達(dá)式未成對(duì)電子數(shù)C

2s2p22s2p↑↓↑↑2個(gè)共價(jià)鍵的特征：方向性飽和性一個(gè)原子有幾個(gè)未成對(duì)電子，可和幾個(gè)自旋狀態(tài)相反電子配對(duì)成鍵原子軌道沿著一定的方向?qū)崿F(xiàn)最大程度的重疊（頭碰頭/肩并肩）?！舅伎肌堪凑諆r(jià)鍵理論，甲烷的4個(gè)C－H單鍵都應(yīng)該是σ鍵。為什么C與H結(jié)合形成CH4，而不是CH2

？一、雜化軌道理論簡(jiǎn)介為了解決這一矛盾，1931年由鮑林等人在價(jià)鍵理論的基礎(chǔ)上提出雜化軌道理論，它實(shí)質(zhì)上仍屬于現(xiàn)代價(jià)鍵理論，但是它在成鍵能力、分子的空間構(gòu)型等方面豐富和發(fā)展了現(xiàn)代價(jià)鍵理論。

成鍵時(shí)，在外界條件影響下，中心原子能量相近(通常是同一能層)的原子軌道發(fā)生混雜，重新組合成一組新的原子軌道的過(guò)程。1.原子軌道的雜化2.雜化軌道原子軌道雜化后形成的一組新的原子軌道，叫雜化軌道。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)雜化軌道理論1.雜化軌道形成及其特點(diǎn)價(jià)層電子空軌道雜化軌道吸收能量激發(fā)軌道重新組合成對(duì)電子中一個(gè)能量相近的空軌道能量相近類(lèi)型不同xyzzxyz3.雜化軌道作用：形成δ鍵或用來(lái)容納未參與成鍵的孤電子對(duì)。4.雜化軌道的類(lèi)型：發(fā)生軌道雜化的原子一定是中心原子。C基態(tài)C原子與其他原子形成共價(jià)鍵的雜化類(lèi)型＊C激發(fā)雜化雜化軌道理論四要點(diǎn)：1.能量相近：①只有在形成化學(xué)鍵時(shí)才能雜化②在成鍵時(shí)，同一原子能量相近的原子軌道可重新組合成雜化軌道同一能層，能量相近2.數(shù)目相同：雜化軌道數(shù)=參與雜化的原子軌道數(shù)=價(jià)層電子對(duì)數(shù)且雜化后的軌道的能量相同。雜化改變了原子軌道的成分、能量、形狀、方向，使原子的成鍵能力增加。3.成鍵能力增強(qiáng)：雜化改變?cè)熊壍佬螤詈蜕煺狗较?，重疊程度更大，形成的共價(jià)鍵更牢固。4.排斥力最小：雜化軌道為使相互間的排斥力最小，故在空間取最大夾角分布，不同的雜化軌道伸展方向不同但形狀完全相同。當(dāng)碳原子與4個(gè)氫原子形成甲烷分子時(shí)——sp3雜化CH4分子中，碳原子與4個(gè)氫原子形成甲烷分子時(shí)，中心原子C的1個(gè)2s軌道和3個(gè)2p軌道先會(huì)發(fā)生混雜，混雜時(shí)保持軌道總數(shù)不變，卻得到4個(gè)新的能量相同、方向不同的軌道，即形成4個(gè)sp3雜化軌道，表示這4個(gè)軌道是由1個(gè)s軌道和3個(gè)p軌道雜化形成的。109°28′中心原子C的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1/4s

軌道和3/4p

軌道的成分。③每?jī)蓚€(gè)軌道間的夾角為109o28′，空間構(gòu)型為正四面體形。xyzxyzzxyzxyz109°28′中心原子4個(gè)雜化軌道，彼此遠(yuǎn)離，斥力最小，能量最低，更穩(wěn)定sp3sp3sp3sp3109°28′注意：雜化軌道在角度分布上比單純的s或p軌道在某一方向上更集中，成鍵時(shí)根據(jù)最大重疊原理，重疊程度越大，形成的共價(jià)鍵越牢固。軌道重疊↑↓↑↓↑↓↑↓四個(gè)相同的C-Hσ鍵,呈正四面體形sp3—1s

成鍵sp3雜化態(tài)↑↑↑↑sp3sp3sp3sp3H↑1s1H↑1s1H↑1s1H↑1s1CH4分子中，碳原子與4個(gè)氫原子形成甲烷分子時(shí)，中心原子C的sp3雜化軌道4個(gè)氫原子σ鍵成鍵H1sH1sH1sH1sCsp3sp3109°28′xyzCH4原軌道雜化軌道C原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)數(shù)目形狀和方向是否相同成鍵能力變化4個(gè)4個(gè)形狀和方向都改變了成鍵能力增強(qiáng)了xyzxyzzxyz109°28′4對(duì)1.sp3雜化軌道的總結(jié)中心原子的雜化類(lèi)型與VSEPR模型的關(guān)系:雜化軌道數(shù)＝

價(jià)層電子對(duì)數(shù)＝

中心原子孤電子對(duì)數(shù)+中心原子σ鍵電子對(duì)數(shù)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′，呈空間結(jié)構(gòu)為正四面體形(如CH4、CF4、CCl4)甲烷中的化學(xué)鍵的分析σ鍵未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵。

sp2sp2

雜化spppp第二種類(lèi)型：sp2

雜化xyzzxyzxyzxyz120°②每個(gè)sp2雜化軌道的形狀也為一頭大，一頭小，含有____

s

軌道和____

p

軌道成分。①1個(gè)s軌道與2個(gè)p軌道進(jìn)行的雜化,形成____個(gè)sp2雜化軌道。31/3

2/3③每?jī)蓚€(gè)雜化軌道間的夾角為_(kāi)____，呈__________________。④

3個(gè)sp2雜化軌道用于形成_____鍵，未參與雜化的p軌道用于形成π鍵。120°平面三角形σpsp2sp2sp2xyzxyzzxyzxyz120°平面三角形sp2雜化軌道：1個(gè)s軌道和2個(gè)p軌道雜化而得到3個(gè)sp2雜化軌道（以BF3

為例）B:2s22p12s2p↑↓↑2s2p↑↑↑躍遷sp2

雜化sp2↑↑↑未雜化軌道-空軌道FFFB2s2p↑↓↑↓↑↓↑F:2s22p5用雜化軌道理論解釋CH2=CH2的空間結(jié)構(gòu)乙烯C2H4中心原子C原子的雜化：

sp21個(gè)s軌道和2個(gè)p軌道雜化而得到3個(gè)sp2雜化軌道,還有1個(gè)有單電子的2p軌道4個(gè)C—H單鍵1個(gè)C=C

左右兩邊的C原子各形成2個(gè)C—Hσ鍵，C=C原子之間形成1個(gè)σ鍵和1個(gè)π鍵（p-p軌道的電子肩并肩，即乙烯分子中的C原子的未參與雜化的2P軌道相互重疊形成π鍵）1個(gè)p-pC-Cπ鍵5個(gè)σ鍵1個(gè)π鍵乙烯C2H4中心原子C原子的3個(gè)sp2雜化的成鍵過(guò)程

2px↑↑↑2s↑C原子激發(fā)態(tài)2py2pzsp2雜化↑↑↑sp2sp2sp2H↑1s1H↑1s1軌道重疊↑↓↑↓sp2—1s成鍵碳原子的2個(gè)sp2雜化軌道與氫原子1s軌道重疊形成兩個(gè)s-sp2σ鍵1個(gè)C原子各形成2個(gè)C-Hσ鍵↑↑↑sp2sp2sp2H↑1s1H↑1s1即形成雙鍵中的C-Cσ鍵軌道重疊碳原子的1個(gè)sp2雜化軌道與另一個(gè)碳原子的sp2雜化軌道，兩個(gè)軌道相互重疊形成sp2-sp2σ鍵四個(gè)s-sp2C-Hσ鍵1個(gè)sp2-sp2

C-Cσ鍵頭碰頭σ鍵肩并肩肩并肩σ鍵π鍵HHHHsp2雜化解釋CH2=CH2的空間結(jié)構(gòu)----平面三角形CH2=CH2分子中碳原子的3個(gè)sp2雜化軌道有2個(gè)雜化軌道與氫原子1s軌道重疊形成兩個(gè)s-sp2σ鍵，

有一個(gè)相互重疊形成sp2-sp2σ鍵，

另外，碳原子的未雜化的2P軌道相互重疊形成π鍵。注意：有機(jī)物中形成雙鍵的碳原子均為sp2雜化在乙烯(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π鍵、未雜化的2p軌道形成σ鍵B．sp2雜化軌道形成σ鍵、未雜化的2p軌道形成π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Bσ鍵π鍵HHHH中心原子C的sp2雜化：1個(gè)C=C與2個(gè)單鍵形成注意：有機(jī)物中形成雙鍵的碳原子均為sp2雜化雜化軌道只能用于形成σ鍵或用來(lái)容納未參與成鍵的孤電子對(duì)，不能用于形成π鍵；未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵。1個(gè)s軌道和1個(gè)p軌道雜化而得到2個(gè)sp雜化軌道3.sp雜化軌道：

sp雜化spspppp②每個(gè)sp雜化軌道的形狀為一頭大，一頭小，含有1/2s

軌道和1/2p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。xyzxyzzxyzxyz180°直線形③兩個(gè)雜化軌道間的夾角為180°，呈直線形。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（若有電子）用于形成2個(gè)π鍵。ppspsp嘗試用雜化軌道理論來(lái)解釋BeCl2的空間結(jié)構(gòu)2s2p↑↓

2s2p↑↑

躍遷sp雜化sp↑↑Be原子的1個(gè)sp2雜化軌道與氯原子3p軌道重疊形成兩個(gè)p-spσ鍵Cl原子3s23p5↑↓sppp↑↓↑↓↑180°直線形直線形ClClsppxpx用sp雜化軌道理論解釋CH≡CH的空間結(jié)構(gòu)---sp雜化C—H≡C—H1個(gè)s軌道和1個(gè)p軌道雜化而得到2個(gè)sp2雜化軌道,還有2個(gè)有單電子的2p軌道2個(gè)C—H單鍵1個(gè)C三C

3個(gè)σ鍵

2個(gè)π鍵兩個(gè)碳原子的1個(gè)sp雜化軌道相互重疊形成sp-spσ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-spσ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HH乙炔中sp雜化C原子成鍵過(guò)程π鍵π鍵CHCHCH≡CH分子中碳原子的2個(gè)sp雜化軌道有一個(gè)相互重疊形成sp-spσ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-spσ鍵，未參與雜化的2個(gè)2P軌道相互重疊形成2個(gè)π鍵。22

由1個(gè)ns軌道和2個(gè)np軌道雜化而成的，每個(gè)sp2雜化軌道含有s/3和2p/3的成分，sp2雜化軌道間的

，呈

。②sp2雜化:

由1個(gè)ns軌道和1個(gè)np軌道雜化而成的，每個(gè)sp雜化軌道含有s/2和p/2的成分，sp雜化軌道間的夾角為180°，③sp雜化:①

由

ns軌道和

np軌道雜化而成的，每個(gè)sp3雜化軌道含有s/4和3p/4的成分，sp2雜化軌道間的夾角都是109°28，

。sp3雜化:①1個(gè)3個(gè)呈四面體形夾角都是120°平面三角形呈直線形。雜化軌道類(lèi)型總結(jié)氮原子的3個(gè)sp3雜化軌道與

3個(gè)氫原子的1s原子軌道重疊形成

3個(gè)N-Hσ鍵，另外

1個(gè)sp3雜化軌道中占有孤電子對(duì)2s2p↑↓↑↑↑sp3↑↓↑↑↑氧原子的2個(gè)sp3雜化軌道與2個(gè)氫原子的1s原子軌道重疊形成

2個(gè)O-Hσ鍵，另外

2個(gè)sp3雜化軌道中占有孤電子對(duì)2s2p↑↓↑↓↑↑sp3↑↓↑↓↑↑思考：NH3與H2O的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，VSEPR模型跟CH4一樣也是四面體形，它的中心原子采取的雜化方式CH4、NH3、H2O中心原子的雜化類(lèi)型都是sp3，鍵角為何依次減小？CH4、NH3、H2O中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)依次為0、1、2。價(jià)層電子對(duì)斥力大?。汗码娮訉?duì)＞成鍵電子對(duì)；孤電子對(duì)越多，鍵角越小。從雜化軌道理論的角度，如何比較鍵角大小？雜化類(lèi)型不同時(shí)，鍵角：

sp＞sp2＞sp3雜化類(lèi)型相同時(shí)，孤電子對(duì)數(shù)越多，鍵角越小→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)234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)雜化軌道類(lèi)型與分子空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系1：當(dāng)雜化軌道全部用于形成σ鍵時(shí)，分子/離子的空間結(jié)構(gòu)與雜化軌道的空間結(jié)構(gòu)相同雜化類(lèi)型spsp2sp3雜化軌道數(shù)參與雜化軌道軌道夾角180°120°109°28′雜化軌道示意圖

實(shí)例BeCl2BF3CH4分子結(jié)構(gòu)示意圖分子空間結(jié)構(gòu)直線形平面三角形正四面體形1個(gè)s,3個(gè)p1個(gè)s,2個(gè)p4個(gè)sp33個(gè)sp21個(gè)s,1個(gè)p2個(gè)sp雜化軌道類(lèi)型與分子空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系情況二：當(dāng)雜化軌道中有未參與成鍵的孤電子對(duì)時(shí)，孤電子對(duì)對(duì)成鍵電子對(duì)的排斥作用，會(huì)使分子或離子的空間結(jié)構(gòu)與雜化軌道的形狀有所不同ABn型分子中心原子雜化類(lèi)型中心原子孤電子對(duì)數(shù)空間結(jié)構(gòu)實(shí)例AB2sp21SO2AB3sp31NH3、PCl3、NF3、H3O＋AB2或(B2A)2H2O、H2S、NH2-V形三角錐形V形判斷中心原子雜化軌道類(lèi)型的方法方法一：算中心原子的雜化軌道數(shù)=價(jià)層電子對(duì)數(shù)目＝σ鍵數(shù)（中心原子結(jié)合的電子數(shù)）＋中心原子的孤電子對(duì)數(shù)目條件：?jiǎn)沃行姆肿觾r(jià)層電子對(duì)數(shù)234雜化類(lèi)型spsp2sp3雜化軌道只用于形成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鍵分子σ鍵電子對(duì)孤電子對(duì)價(jià)層電子對(duì)VSEPR模型空間結(jié)構(gòu)雜化類(lèi)型CH4404NH3314H2O224BF3303BeCl2202四面體形四面體形四面體形平面三角形直線形四面體形三角錐形V形平面三角形直線形sp3sp3sp3sp2sp方法二：通過(guò)看中心原子有沒(méi)有形成雙鍵或三鍵來(lái)判斷判斷中心原子雜化軌道類(lèi)型的方法若有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，是____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，是____雜化；若全部是單鍵，則形成____雜化。spsp2sp3雜化類(lèi)型sp3sp2spC的成鍵方式4個(gè)單鍵1個(gè)雙鍵和2個(gè)單鍵1個(gè)C≡C和1個(gè)單鍵N的成鍵方式3個(gè)單鍵1個(gè)雙鍵和1個(gè)單鍵1個(gè)三鍵______________________________________spsp2sp2sp3sp3飽和碳原子均采取sp3雜化；雙鍵或苯環(huán)碳原子均采取sp2雜化；三鍵碳原子均采取sp雜化?！狢≡C—CH=C—C≡NH3C—O—【思考】指出下列原子的雜化方式：下列有機(jī)物分子中的碳原子既有sp3雜化又有sp雜化的是(

)A.CH3CH2CH3B.CH3?C≡CHC.CH3CHOD.CH≡CHBsp方法三：根據(jù)雜化軌道之間的夾角判斷雜化軌道之間的夾角180°120°109°28′spsp2sp3判斷中心原子雜化軌道類(lèi)型的方法空間結(jié)構(gòu)正四面體形、三角錐形平面三角形4直線形雜化類(lèi)型sp3sp2sp注意：空間結(jié)構(gòu)為V形的雜化類(lèi)型sp3或sp2方法四：根據(jù)分子的空間結(jié)構(gòu)判斷利用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(lèi)型粒子的真實(shí)空間結(jié)構(gòu)SO2H2SSO3NCl3HCNHClO224四面體形sp3雜化V形123平面三角形sp2雜化V形033平面三角形sp2雜化平面三角形134四面體形sp3雜化三角錐形022直線形sp雜化直線形224四面體形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(lèi)型粒子的真實(shí)空間結(jié)構(gòu)SO42-NO3-PO43-ClO3-