第二節(jié)分子的空間結(jié)構(gòu)第二章分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第2課時(shí)雜化軌道理論簡(jiǎn)介1.認(rèn)識(shí)雜化軌道理論2.能夠判斷雜化軌道類型3.理解雜化軌道類型與分子空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系，掌握中心原子雜化類型的判斷方法學(xué)習(xí)目標(biāo)2問題導(dǎo)學(xué)

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

H1s11個(gè)2s2p22s2p↑↓↑↑2個(gè)【思考】寫出碳原子的核外電子排布圖，思考為什么碳原子與氫原子結(jié)合形成CH4，而不是CH2

？1s↑

按照我們已經(jīng)學(xué)過的共價(jià)鍵的飽和性，C原子有2個(gè)未成對(duì)電子，便可以和2個(gè)自旋方向相反的電子配對(duì)成鍵，形成CH2而不是CH4。

碳原子的4個(gè)價(jià)層原子軌道是3個(gè)相互垂直的2p軌道和1個(gè)球形的2s軌道，用它們跟4個(gè)氫原子的1s原子軌道重疊，不可能得到正四面體形的甲烷分子。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。1.雜化軌道的含義

在外界條件影響下，原子內(nèi)部能量相近的原子軌道重新組合形成新的原子軌道的過程叫做原子軌道的雜化。重新組合后的新的原子軌道，叫做雜化原子軌道，簡(jiǎn)稱雜化軌道。點(diǎn)撥精講萊納斯·卡爾·鮑林美國(guó)著名化學(xué)家，兩獲諾貝爾獎(jiǎng)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2.雜化軌道的形成2、雜化軌道理論的要點(diǎn)(1)能量相近：原子在成鍵時(shí)，同一原子中能量相近的原子軌道可重新組合成雜化軌道如：2s軌道與3p軌道不能形成sp3雜化軌道，因?yàn)?s與3p不在同一能級(jí)，能量相差較大(2)數(shù)目不變：雜化前后原子軌道數(shù)目不變(參加雜化的軌道數(shù)目等于形成的雜化軌道數(shù)目)，且雜化軌道的能量相同(3)成鍵能力增強(qiáng)：雜化改變了原子軌道的形狀、方向。雜化使原子的成鍵能力增加。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，例如s軌道與p軌道雜化后形成的雜化軌道一頭大一頭小，如圖

，成鍵時(shí)根據(jù)最大重疊原理，使它的大頭與其他原子軌道重疊，重疊程度更大，形成的共價(jià)鍵更牢固(4)排斥力最?。弘s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，同一組雜化軌道的伸展方向不同，但形狀完全相同(5)形成條件：原子軌道的雜化只有在形成分子的過程中才會(huì)發(fā)生，孤立的原子不可能發(fā)生雜化。(6)成鍵類型：雜化軌道用于形成σ鍵或者用來容納未參與成鍵的孤電子對(duì)。未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵。分子的空間結(jié)構(gòu)主要取決于原子軌道的雜化類型。(7)雜化軌道成鍵時(shí)仍具有共價(jià)鍵的特征——方向性和飽和性。CHHHH當(dāng)碳原子與4個(gè)氫原子形成甲烷分子時(shí)，碳原子的2s軌道和3個(gè)2p軌道會(huì)發(fā)生混雜，混雜時(shí)保持軌道總數(shù)不變，得到4個(gè)能量相等、成分相同的sp3雜化軌道，夾角109

28′，表示這4個(gè)軌道是由1個(gè)s軌道和3個(gè)p軌道雜化形成的如下圖所示：s1.sp3雜化:2s2pC的基態(tài)2s2p激發(fā)態(tài)激發(fā)sp3雜化態(tài)雜化雜化后的軌道之間盡可能遠(yuǎn)離,使相互間排斥力最小。二、雜化軌道的類型1.sp3雜化

sp3雜化：1個(gè)s軌道與3個(gè)p軌道進(jìn)行的雜化,形成4個(gè)sp3雜化軌道。每個(gè)sp3雜化軌道的形狀也為一頭大，一頭小，含有1/4s

軌道和3/4p軌道的成分每?jī)蓚€(gè)軌道間的夾角為109.5°，空間構(gòu)型為正四面體形。sp3雜化spppsp3雜化

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雜化軌道間的夾角都是120°，呈平面三角形。2.sp2雜化:ssp2雜化120°120°120°sppppsp2雜化xyzxyzzxyzxyz120°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psp2sp2sp2sp2雜化后，未參與雜化的np軌道垂直于3個(gè)sp2雜化軌道平面，可用于形成π鍵。3.sp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°，呈直線形。spppppsp雜化180℃sp雜化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xyzxyzzxyzxyz180°直線形sp雜化軌道：ppspsp未參與雜化的2個(gè)np軌道與2個(gè)sp雜化軌道的伸展方向相互垂直，也可以用于形成π鍵。二、雜化軌道的類型雜化軌道數(shù)______價(jià)層電子對(duì)數(shù)=σ鍵數(shù)+孤電子對(duì)數(shù)中心原子雜化類型的判斷方法：____________________________________；未雜化的原子軌道上的電子可參與形成______。價(jià)層電子對(duì)數(shù)雜化軌道數(shù)目雜化軌道類型雜化軌道空間構(gòu)形443322中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)、雜化軌道數(shù)目、類型、空間構(gòu)形之間的關(guān)系：spsp2sp3直線形平面三角形四面體形＝

π鍵先確定價(jià)層電子對(duì)數(shù)，再確定雜化類型課堂練習(xí)1：多原子分子或離子的中心原子的雜化軌道類型的判斷方法，并完成下表中的空白。粒子中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)VSEPR模型名稱中心原子的雜化軌道類型分子或離子的空間結(jié)構(gòu)名稱CO2CH2OSO2BF3CH4NH3H2OH3O+NH4+2直線形直線形sp3平面三角形平面三角形3sp2平面三角形sp2V形3平面三角形sp2平面三角形4正四面體形sp3正四面體形4四面體形sp3三角錐形444四面體形四面體形正四面體形sp3sp3sp3V形三角錐形正四面體形2s2pC的基態(tài)2s2p激發(fā)態(tài)sp2sp2雜化態(tài)激發(fā)雜化pzCH2==CH2中碳原子的雜化方式及成鍵過程120°四個(gè)s-sp2C-Hσ鍵1個(gè)sp2-sp2

C-Cσ鍵1個(gè)p-pC-Cπ鍵四、有機(jī)化合物中C原子雜化軌道類型的判斷CH2==CH2分子中碳原子為sp2雜化CH≡CH中碳原子的雜化方式及成鍵過程2s2pC的基態(tài)2s2p激發(fā)態(tài)spsp

雜化態(tài)激發(fā)雜化pzpyπ鍵π鍵σ鍵2個(gè)s-spC-Hσ鍵1個(gè)sp-spσ鍵2個(gè)p-pπ鍵CH≡CH分子中碳原子為sp雜化總結(jié)：以C原子為中心原子的分子中碳原子的雜化類型1.有四個(gè)單鍵

sp3

如CH4、CCl4；2.有一個(gè)雙鍵

sp2

如CH2==CH2、HCHO；3.有兩個(gè)雙鍵或一個(gè)三鍵，為sp雜化，如CH≡CH、O==C==O、S==C==S。方法技巧課堂練習(xí)2：推測(cè)下列有機(jī)物中碳的雜化類型：(1)CH3CH2CH3(2)CH3CH=CH2(3)CH≡CCH=CH2sp3sp3sp3sp3sp2sp2spspsp2sp2雜化軌道理論簡(jiǎn)介Π6個(gè)p軌道6個(gè)電子

苯分子中碳原子取sp2雜化，3個(gè)雜化軌道分別用于形成3個(gè)σ鍵，故苯分子鍵角為120°；苯分子每個(gè)碳原子均有1個(gè)未參與雜化雜化的p軌道，垂直于分子平面而相互平行，6個(gè)“肩并肩”的平行p軌道上總共6個(gè)電子一起形成了彌散在整個(gè)苯環(huán)的1個(gè)p-p大π鍵。

66苯C6H6平面正六邊形

6個(gè)碳原子之間的化學(xué)鍵完全相同，是介于單鍵和雙鍵之間的一種獨(dú)特的鍵。120°思考與討論1：解釋NH3分子的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形N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，剩余的1個(gè)sp3雜化軌道中占有孤電子對(duì)。孤電子對(duì)對(duì)成鍵電子對(duì)的排斥能力較強(qiáng)，故鍵角小于109°28′，為107°。2s2psp3sp3雜化N：2s22p3思考與討論2：解釋H2O分子的空間結(jié)構(gòu)為V形O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，其余的2個(gè)sp3雜化軌道中分別占有一對(duì)孤電子對(duì)。孤電子對(duì)對(duì)成鍵電子對(duì)的排斥能力較強(qiáng)，水分子中有兩個(gè)2個(gè)sp3雜化軌道中占有孤電子對(duì)，故鍵角為105°。2s2psp3sp3雜化O：2s22p4雜化軌道用于形成σ鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對(duì)，當(dāng)沒有孤電子對(duì)時(shí)，能量相同的雜化軌道彼此遠(yuǎn)離，形成的分子為對(duì)稱結(jié)構(gòu)；當(dāng)有孤電子對(duì)時(shí)，孤電子對(duì)占據(jù)一定空間且對(duì)成鍵電子對(duì)產(chǎn)生排斥，形成的分子的空間結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化。課堂練習(xí)3：甲醛分子的結(jié)構(gòu)式為

，下列描述正確的是(

)A．甲醛分子中有4個(gè)σ鍵B．甲醛分子中的C原子為sp3雜化C．甲醛分子中的O原子為sp雜化D．甲醛分子為平面三角形，有一個(gè)π鍵垂直于三角形平面D課堂練習(xí)4：以下有關(guān)雜化軌道的說法中正確的是(

)A．sp3

雜化軌道中軌道數(shù)為4，且4個(gè)雜化軌道能量相同B．雜化軌道既能形成σ鍵，也能形成π鍵C．雜化軌道不能容納孤電子對(duì)D．sp2雜化軌道最多可形成2個(gè)σ鍵A五、影響鍵角的因素1.中心原子的雜化軌道類型中心原子雜化軌道類型不同的粒子，鍵角大小為sp雜化

＞sp2雜化

＞sp3雜化，如鍵角：CH≡CH＞CH2=CH2

＞CH4。2.中心原子孤電子對(duì)數(shù)中心原子雜化方式相同的粒子，由于斥力：孤電子對(duì)與孤電子對(duì)之間

＞

孤電子對(duì)與成鍵電子對(duì)之間

＞

成鍵電子對(duì)與成鍵電子對(duì)之間，孤電子對(duì)數(shù)越多，對(duì)成鍵電子對(duì)的斥力越大，鍵角越小，如鍵角：CH4

＞NH3

＞H2O3.中心原子電負(fù)性大小中心原子雜化方式相同且孤電子對(duì)數(shù)目也相同，利用中心原子的電負(fù)性大小比較鍵角大小，如H2O和H2S，中心原子均為sp3雜化，分子空間結(jié)構(gòu)均為V形，由于電負(fù)性O(shè)＞S，吸引電子的能力：O＞S，且鍵長(zhǎng)：O-H<S-H，使得H2S中成鍵電子對(duì)間的斥力減弱，鍵角減小，即鍵角：H2O(105°)＞H2S(92.1°)。另外：同一粒子中不同共價(jià)鍵的鍵角，由于斥力：雙鍵間＞雙鍵與單鍵間＞單鍵間，則鍵角大小不同。如甲醛中：

，鍵角α＞β。原子軌道雜化雜化軌道在外界條件影響下，中心原子能量相近的原子軌道發(fā)生混雜，重新組合成一組新的軌道的過程。原子軌道雜化后形成一組新的原子軌道，叫雜化軌道①雜化軌道數(shù)等于參與雜化的原子軌道數(shù)②雜化改變了原子軌道的形狀和方向③雜化使原子的成鍵能力增強(qiáng)④雜化軌道用于構(gòu)建分子的σ軌道和孤電子對(duì)軌道雜化軌道理論要點(diǎn)雜化軌道類型sp3雜化、sp2雜化、sp雜化……課堂小結(jié)2、雜化軌道理論的要點(diǎn)(1)能量相近：原子在成鍵時(shí)，同一原子中能量相近的原子軌道可重新組合成雜化軌道如：2s軌道與3p軌道不能形成sp3雜化軌道，因?yàn)?s與3p不在同一能級(jí)，能量相差較大(2)數(shù)目不變：雜化前后原子軌道數(shù)目不變(參加雜化的軌道數(shù)目等于形成的雜化軌道數(shù)目)，且雜化軌道的能量相同(3)成鍵能力增強(qiáng)：雜化改變了原子軌道的形狀、方向。雜化使原子的成鍵能力增加。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，例如s軌道與p軌道雜化后形成的雜化軌道一頭大一頭小，如圖

，成鍵時(shí)根據(jù)最大重疊原理，使它的大頭與其他原子軌道重疊，重疊程度更大，形成的共價(jià)鍵更牢固(4)排斥力最?。弘s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，同一組雜化軌道的伸展方向不同，但形狀完全相同(5)形成條件：原子軌道的雜化只有在形成分子的過程中才會(huì)發(fā)生，孤立的原子不可能發(fā)生雜化。(6)成鍵類型：雜化軌道用于形成σ鍵或者用來容納未參與成鍵的孤電子對(duì)。未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵。分子的空間結(jié)構(gòu)主要取決于原子軌道的雜化類型。(7)雜化軌道成鍵時(shí)仍具有共價(jià)鍵的特征——方向性和飽和性。空間結(jié)構(gòu)正四面體形、三角錐形平面三角形4直線形雜化類型sp3sp2sp注意：空間結(jié)構(gòu)為V形的雜化類型：sp3或sp2中心原子雜化軌道類型的判斷

1、根據(jù)分子的空間結(jié)構(gòu)判斷2、根據(jù)雜化軌道之間的夾角判斷夾角雜化軌道類型109°28′sp3120°sp2180°sp3、碳原子雜化類型的判斷成鍵類型C—CC=CC≡C雜化類型sp3sp2sp注：N與O等其它原子類似等電子類型實(shí)例空間構(gòu)型2個(gè)原子10個(gè)價(jià)電子直線形3個(gè)原子16個(gè)價(jià)電子直線形3個(gè)原子18個(gè)價(jià)電子V形4個(gè)原子8個(gè)價(jià)電子三角錐形4個(gè)原子24個(gè)價(jià)電子平面三角形4個(gè)原子26個(gè)價(jià)電子三角錐形