1、杂化轨道理论价键理论对共价键的本质和特点做了有力的论证，但它把讨论的基础放在共用一对电子形成一个共价键上，在解释许多分子、原子的价键数目及分子空间结构时却遇到了困难。例如 C 原子的价电子是 2s22p2，按电子排布规律，2 个 s 电子是已配对的，只有 2 个 p 电子未成对，而许多含碳化合物中 C 都呈 4 价而不是 2 价，可以设想有 1 个 s 电子激发到 p轨道去了。那么 1 个 s 轨道和 3 个 p 轨道都有不成对电子，可以形成 4 个共价键，但 s 和p 的成键方向和能量应该是不同的。而实验证明：CH4 分子中，4 个 C-H 共价键是完全等同的，键长为 114pm，键角为 1
2、09.5。BCl3，BeCl2，PCl3 等许多分子也都有类似的情况。为了解释这些矛盾，1928 年鲍林（Pauling）提出了杂化轨道概念，丰富和发展了的价键理论。他根据量子力学的观点提出：在同一个原子中，能量相近的不同类型的几个原子轨道在成键时，可以互相叠加重组，成为相同数目、能量相等的新轨道，这种新轨道叫杂化轨道。C 原子中 1 个 2s 电子激发到 2p 后，1 个 2s 轨道和 3 个 2p 轨道重新组合成 4 个 sp3 杂化轨道，它们再和 4 个 H 原子形成 4 个相同的 C-H 键， C 位于正四面体中心，4 个 H 位于四个顶角。 杂化轨道种类很多，如三氯化硼(BCl3)
3、分子中 B 有 sp2 杂化轨道，即由 1 个 s 轨道和 2 个p 轨道组合成 3 个 sp2 杂化轨道，在氯化铍(BeCl2)中有 sp 杂化轨道，在过渡金属化合物中还有 d 轨道参与的 sp3d 和 sp3d2 杂化轨道等。以上几例都是阐明了共价单键的性质，至于乙烯和乙炔分子中的双键和三键的形成，又提出了 键和 键的概念。如把两个成键原子核间联线叫键轴，把原子轨道沿键轴方向“头碰头”的方式重叠成键，称为 键。把原子轨道沿键轴方向“肩并肩”的方式重叠，称为 键。例如在乙烯( )分子中有碳碳双键(C=C)，碳原子的激发态中 2px，2py 和 2s 形成 sp2 杂化轨道，这 3 个轨道能量
4、相等，位于同一平面并互成 120夹角，另外一个 pz 轨道未参与杂化，位于与平面垂直的方向上。碳碳双键中的 sp2 杂化如下所示。 这 3 个 sp2 杂化轨道中有 2 个轨道分别与 2 个 H 原子形成 单键，还有 1 个 sp2 轨道则与另一个 C 的 sp2 轨道形成头对头的 键，同时位于垂直方向的 pz 轨道则以肩并肩的方式形成了 键。也就是说碳碳双键是由一个 键和一个 键组成，即双键中两个键是不等同的。 键原子轨道的重叠程度小于 键， 键不稳定，容易断裂，所以含有双键的烯烃很容易发生加成反应，如乙烯(H2C=CH2)和氯(Cl2)反应生成氯乙烯(ClCH2CH2Cl)。乙炔分子(C2
5、H2) 中有碳碳三键 (HCCH)，激发态的 C 原子中 2s 和 2px 轨道形成 sp 杂化轨道。这两个能量相等的 sp 杂化轨道在同一直线上，其中之一与 H 原子形成 单键，另外一个 sp 杂化轨道形成 C 原子之间的 键，而未参与杂化的 py 与 pz 则垂直于 x 轴并互相垂直，它们以肩并肩的方式与另一个 C 的 py，pz 形成 键。即碳碳三键是由一个 键和两个 键组成。这两个 键不同于 键，轨道重叠也较少并不稳定，因而容易断开，所以含三键的炔烃也容易发生加成反应 杂化方式的确定主要根据中心原子的配位原子数和孤对电子对数的总和。例如：若总和为2，就是 sp 无疑，若为 3 就是 s
6、p2，4 就是 sp3， 注意：若为 5，则可能 dsp3 或 sp3d，需要看中心原子可提供的轨道是内层的还是外层的轨道的相互叠加过程叫原子轨道的杂化。原子轨道叠加后产生的新的原子轨道叫杂化轨道。 在形成分子（主要是化合物）时，同一原子中能量相近的原子轨道 (一般为同一能级组的原子轨道) 相互叠加（杂化）形成一组的新的原子轨道。 杂化轨道比原来的轨道成键能力强，形成的化学键键能大，使生成的分子更稳定。由于成键原子轨道杂化后，轨道角度分布图的形状发生了变化（形状是一头大，一头小） ，杂化轨道在某些方向上的角度分布，比未杂化的 p 轨道和 s 轨道的角度分布大得多，它的大头在成键时与原来的轨道相
7、比能够形成更大的重叠，因此杂化轨道比原有的原子轨道成键能力更强。 形成的杂化轨道之间应尽可能地满足最小排斥原理（化学键间排斥力越小，体系越稳定），为满足最小排斥原理, 杂化轨道之间的夹角应达到最大。 分子的空间构型主要取决于分子中 键形成的骨架，杂化轨道形成的键为 键，所以，杂化轨道的类型与分子的空间构型相关。 杂化类型有 1）sp 杂化 同一原子内由一个 ns 轨道和一个 np 轨道发生的杂化，称为 sp 杂化。杂化后组成的轨道称为 sp 杂化轨道。sp 杂化可以而且只能得到两个 sp 杂化轨道。实验测知，气态 BeCl2 中的铍原子就是发生 sp 杂化，它是一个直线型的共价分子。Be 原子
8、位于两个 Cl 原子的中间，键角 180，两个 BeCl 键的键长和键能都相等 2）sp2 杂化 同一原子内由一个 ns 轨道和二个 np 轨道发生的杂化，称为 sp2 杂化。杂化后组成的轨道称为 sp2 杂化轨道。气态氟化硼（BF3）中的硼原子就是 sp2 杂化，具有平面三角形的结构。B 原子位于三角形的中心，三个 BF 键是等同的，键角为 120 （3）sp3 杂化 同一原子内由一个 ns 轨道和三个 np 轨道发生的杂化，称为 sp3 杂化，杂化后组成的轨道称为 sp3 杂化轨道。sp3 杂化可以而且只能得到四个 sp3 杂化轨道。CH4 分子中的碳原子就是发生 sp3 杂化，它的结构经
9、实验测知为正四面体结构，四个 CH 键均等同，键角为10928。这样的实验结果，是电子配对法所难以解释的，但杂化轨道理论认为，激发态C 原子（2s12p3）的 2s 轨道与三个 2p 轨道可以发生 sp3 杂化，从而形成四个能量等同的sp3 杂化轨道 共价键理论 - 杂化轨道理论 杂化概念 : 在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量相近的原子轨道重新组合，形成一组新的轨道，这个过程叫做轨道的杂化，产生的新轨道叫做杂化轨道。 形成 CH4 分子时，中心碳原子的 2s 和 2px, 2py, 2pz 等四条原子轨道发生杂化，形成一组（四条）新的杂化轨道，即 4 条 杂化轨道，这些杂化轨道不同
10、于 s 轨道，也不同于 p 轨道，有自己的波函数、能量、形状和空间取向。 2) 杂化轨道的数目, 形状, 成分和能量 在杂化过程中形成的杂化轨道的数目等于参加杂化的轨道的数目. CH4 中参加杂化的有 2s, 2px, 2py, 2pz 4 条原子轨道, 形成的杂化轨道也是 4 条: 4 条完全相同的 杂化轨道. 杂化实质是波函数 线性组合, 得到新的波函数, 即杂化轨道的波函数. 例如: s 和 px 杂化, 产生两个杂化轨道, 分别用 1 和 2 表示 道杂化理论是指的原子轨道杂化理论.我们知道原子的核外电子是排布在不同能级的原子轨道上面的,比如 S 轨道 P 轨道等等,原子在形成分子时，
11、为了增强成键能力(使成键之后能量最低则最稳定)，同一原子中能量相近的不同类型的原子轨道重新组合，形成能量、形状和方向与原轨道不同的新的原子轨道(这种轨道的能量都比没有杂化以前的能量要低) 。比如sp 杂化、sp2 杂化等等，这种原子轨道重新组合的过程称为原子轨道的杂化，所形成的新的原子轨道称为杂化轨道。形成杂化轨道之后在于其他的原子结合使得整个的分子能量降低，达到稳定的状态。 价层电子互斥理论主要是用来解释一些分子的空间结构的理论，在考虑一个分子（多原子）的空间结构的时候除了考虑它的组成原子之间的大小排列等关系外，好要考虑到中心原子的孤电子对，它对其它原子有排斥的作用，从而使得分子或是原子团具
12、有不同的空间结构。什么平面型、三角锥形等等。可以用公式计算的，估计你们学不到那么深哦。 至于分子轨道理论要点有以下三点：第一，原子形成分子后，电子就不再局限于个别原子的原子轨道，而是从属于整个分子的分子轨道。所以分子轨道强调分子的整体性，换句话说在形成分子之后我们考虑它们时就不能一个原子一个原子来孤立考虑，电子也要在其形成的分子轨道中来考虑，不能再用什么原子外层电子排布什么的来看了。第二，分子轨道中电子的分布也和原子中的电子分布一样，遵循泡利不相容原理（最多一个分子轨道两个电子） 、能量最低原理（按照排布之后能量要最低，以后你读大学会学到反键轨道知识等等，那时你就知道为什么要能量最低了）和洪特
13、规则（一个轨道的电子要自旋相反，这和轨道的自旋量子数有关，以后结构化学中会学到） 。在分子轨道中电子可以配对，也可以不配对（分子形成之后会有自旋的单电子存在，它们是不配对的，所有会有顺磁和反磁的分子） 。第三，分子轨道可以近似地通过原子轨道的线性组合而得到比如 s 轨道和 s 轨道组成 分子轨道。分子轨道的数目等于组合前各原子轨道数目之和。 sp：一个 s 轨道和一个 p 轨道进行杂化，混合后重新分成 2 个完全等价的轨道，直线型。剩下的两个 p 轨道与该直线垂直，可用于成派键。 sp2：一个 s 轨道和两个 p 轨道进行杂化，形成 3 个完全等价的轨道，处于平面正三角形。剩下的一个 p 轨道
14、与该平面垂直，可用于成派键。 sp3：一个 s 轨道和三个 p 轨道进行杂化，形成四个完全等价的轨道，在空间成正四面体结构。 等性，指形成的杂化轨道分别与其它原子成键。 不等性，指形成的杂化轨道中有的放了孤对电子，没有和其它原子成键。 如 CH4 是 sp3 等性杂化，NH3、H2O 是 sp3 不等性杂化。 如 BF3 是 sp2 等性杂化，SO2 是 sp2 不等性杂化。 如 BeCl2 是 sp 等性杂化，CO 是 sp 不等性杂化。O3 的杂化解释结构是折线型，V 型 中间 O 原子 sp2 杂化，与两端 O 原子各形成 1 个西格玛键，此外分子中还存在 1 个三中心四电子的大派键。 由于两端的 O 原子与中间 O 原子在成大派键时，拿出的电子数目不一样，导致 3 个 O 原子表现出的正负电荷不一样，中间 O 原子拿出 2 个电子，两端 O 原子各拿出 1 个电子，所以中间 O 原子表现正电性，两端 O 原子表现负电性，所以分子有极性。
