1、基 礎(chǔ) 化 學 THE BASIC CHEMISTRY,化工與制藥學院基礎(chǔ)化學學科部 程清蓉,雜化軌道理論,一、雜化軌道理論的提出,以甲烷分子的結(jié)構(gòu)為例：,簡單的電子配對法和價鍵理論在應用中會碰到許多問題。,據(jù)價鍵理論：C 原子只有兩個未成對電子，只能形成兩個共價鍵。且兩個C-H鍵 角互為90o。,現(xiàn)代實驗測試結(jié)果表明：在甲烷分子中，每個C原子分別與四個H原子結(jié)合，是一個正四面體結(jié)構(gòu)，C原子位于正四面體的中心，四個氫原子占據(jù)四面體的四個頂點。而且四個C-H鍵的鍵長，鍵能、鍵角均相同。C原子是四價態(tài)的。,假設(shè)：,按照激發(fā)態(tài)成鍵，甲烷分子的四個共價鍵中，三個相同，第四個不同。 事實上，甲烷的四個鍵

2、完全相同。,在形成分子時，中心原子中能量相近的軌道經(jīng)過混雜平均化，重新分配能量和調(diào)整空間伸展方向，組成數(shù)目相同、能量相等的新的原子軌道，這種混雜平均化的過程稱為原子軌道的“雜化”，所得到新的原子軌道稱為“雜化軌道” 。,二、雜化軌道理論的概念,C原子軌道的雜化過程如下：,三、雜化軌道理論的基本要點,1）在形成分子時，同一原子中能量相近的原子軌道之間通過混合疊加，形成成鍵能力更強的新軌道，即雜化軌道。,由于雜化后軌道形狀變得一頭大一頭小,成鍵時能夠更好地與其它原子軌道重疊,所以成鍵能力更強。這樣形成共價鍵放出的能量更多!形成的共價鍵更加穩(wěn)定。,3). 一定數(shù)目的原子軌道雜化后可得到數(shù)目相同，能量

3、相等的各類雜化軌道。,2). 原子軌道雜化時，一般成對電子激發(fā)到空軌道而形成單電子，這個過程所需要的能量完全由成鍵時放出的能量予以補償。,如：C原子軌道的雜化過程,獲得能量,釋放能量,四、s和p原子軌道雜化,1、sp雜化軌道 sp雜化軌道是由一個s軌道和一個p軌道雜化得到的雜化軌道。 例如：BeCl2分子：,Be原子軌道,s和p原子軌道雜化有三種方式：sp、sp2、sp3雜化。,雜化軌道形狀,sp雜化軌道的特點：每個sp雜化軌道含有1/2s、1/2p軌道的成分，兩個sp雜化軌道間的夾角是180，呈直線形型。由于軌道的雜化，雜化軌道具有一頭大另一頭小的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)更有利于原子軌道的重疊，所形成

4、的化學鍵更穩(wěn)定。,BeCl2分子結(jié)構(gòu),分子結(jié)構(gòu):,CO2原子軌道形狀:,分子軌道形狀:,2、sp2雜化軌道 sp2雜化軌道是由1個ns軌道和2個np軌道雜化而成。例如BF3：,每個sp2雜化軌道的形狀也是一頭大一頭小，每個雜化軌道含1/3 s和2/3 p成分。雜化軌道相互成1200角，是平面結(jié)構(gòu)。,例如:BCl3, BBr3, BI3, NO3-, CO32-等都是采用sp2雜化軌道成鍵,sp3雜化軌道是由1個s軌道和3個p軌道雜化而形成的，例如：CH4分子：,特點：每個sp3雜化軌道的形狀也是一頭大一頭小，含有1/4 s和3/4 p軌道的成分。sp3雜化軌道相互間的夾角為109.50，空間構(gòu)

5、型為正四面體。,3、sp3雜化軌道,另外，SiH4, CCl4, GeH4, NH4+等分子中，中心原子都是以sp3雜化軌道成鍵的。 必須指出的是：不僅s, p原子軌道可以雜化，d軌道也可以參與雜化。,1956年我國結(jié)構(gòu)化學家唐敖慶提出了d軌道參與雜化的新概念。使得雜化軌道理論更加完善。,五、等性雜化和不等性雜化軌道,在s-p雜化的過程中，每一種雜化軌道所含 s 和p 的成分相同（p軌道還有剩余的空軌道，以便s電子的激發(fā)進入）這樣的雜化軌 道稱為等性雜化軌道。,在s-p雜化過程中形成一個新雜化軌道所含s和p的成分不同， 這樣的雜化軌道稱為不等性雜化軌道。,N：2s22p3, 由于這種電子構(gòu)型就

6、是激發(fā)也不能使電子成單，所以必將有一對電子不能參與成鍵，成為孤對電子。在進行sp3雜化時，4個sp3雜化的s和p成分并不相同，這時采用sp3不等性雜化，成鍵時，只有3個sp3雜化軌道與H原子成鍵，成鍵電子對的鍵角為107，NH3分子呈三角錐結(jié)構(gòu)，而雜化軌道成四面體構(gòu)型。,1、NH3分子結(jié)構(gòu),2、H2O分子結(jié)構(gòu),H2O分子結(jié)構(gòu)：,O：2s22p4,即3個p軌道上已經(jīng)填了4個電子。那么，無論s電子激發(fā) 到哪個p軌道上，都將有兩對不能成鍵的孤對電子，所以它只能采 用不等性sp3雜化。,1.判斷下列分子的雜化軌道類型 （A）NH3 （B）BCl3 （C）PCl3 （D）H2S,不等性sp3,不等性sp3,等性sp2,不等性sp2,2. 已知 ClCCl = 120，OCCl =120， COCl2中的雜化軌 道類型。,雜化軌道理論很好地解釋了分子的形狀、鍵長、鍵角等現(xiàn)象。但不能解釋分子的光譜和磁性等現(xiàn)象。前章我們討論了光電效應，光是由于電子從高能級跳回低能級釋放能量的一種形式。而磁性是與電子自旋有關(guān)的，如果分子中電子全部成對，則分子沒有磁性。分子的磁性用磁矩表示，它成單電子數(shù)有如下關(guān)系：,實驗測得氧分子的磁矩為2.83MB，按上式計算n=2，有兩個孤對電子，氧是順磁性的物質(zhì)，按價鍵理