SP2轨道杂化.doc

1、初中和高中都学了原子结构和核外电子的排布这知识中提到了电子层，我想你应该知道什么是电子层那么和表示什么呢？按一般的说法，就是指把电子层再进行细分分成电子亚层那么，每一个电子层有多少电子亚层呢？计算方法是这样的：如果用 n 表示是第几电子层，则该电子层具有的电子亚层数为 n 个如n=1 使就只有一个亚层，n=2 时就有个亚层亚层种类不是一种有 s、p、d、f。每个电子层上的亚层种类数也等于n，如氢原子氦原子都只有一个和一种亚层s 层钠原子（n=）有个和种亚层s、p、d位于不同种类电子亚层上的电子的电子云形状是不同的（高中只需知道 s 是球形、p 是纺锤形的）每一个亚层上又有不同数目的电子轨道。其

2、轨道数确定方法是：s 有个轨道、p 有三个轨道，根据它们的电子云在空间的分布分为x、y和z、d 有个轨道每个轨道上最多容纳的电子数为个在表示原子的电子排布时，把电子层数写在前面，然后是亚层种类符号最后将该亚层上的电子数写在亚层符号的右上角。如。氢原子的电子排布为：1s1,钠原子的电子排布为：1s2.2s2.2p6.3s1这些排布的顺序是根据这些电子轨道的能量大小顺序来确定的（有关这些电子轨道的能量大小的确定是有方法的，高中只知道：1s2s2p3s3p4s3d4p5s 就够了）原子中电子的排布方法有以下规律：、电子应该尽可能先地排在能量低的电子轨道中、同一亚层中，还有没有排有电子的轨道时，轨道上

3、的电子不能成对。如碳原子的 2p 上的两个的电子排布为x1、y1、z0下面说说杂化轨道：同一原子中能量相近的原子轨道，可以组合成为成键能力更强的新的原子轨道这种组合称为原子轨道的杂化，杂化出的原子轨道称为杂化轨道原来参与组合的原子轨道有多少，得到的杂化轨道就有多少而且每一个杂化轨道的能量相同2 杂化就是指个轨道与个轨道杂化成三个能量相同的轨道，该轨道上的电子云象小孩玩的弹弓（同一平面上的一个手柄，两个叉枝）以上只是非常简要的回答但在高中完全够用了要搞清楚需要学量子化学杂化轨道求助编辑百科名片名词图片杂化轨道理论（hybrid orbital theory)是 1931 年由鲍林(Pauling

4、 L)等人在价键理论的基础上提出，它实质上仍属于现代价键理论，但是它在成键能力、分子的空间构型等方面丰富和发展了现代价键理论。 目录要点 类型简介 1. 理论基础 2. 种类常见杂化类型详述 1. (1)sp 杂化 2. (2)sp2 杂化 3. (3)sp3 杂化 4. (4)sp3d 杂化 5. (5)sp3d2 杂化杂化类型的判断展开要点 类型简介 1. 理论基础 2. 种类常见杂化类型详述 1. (1)sp 杂化 2. (2)sp2 杂化 3. (3)sp3 杂化 4. (4)sp3d 杂化 5. (5)sp3d2 杂化杂化类型的判断展开编 辑 本 段 要 点1.在 成 键 的 过 程

5、 中 ， 由 于 原 子 间 的 相 互 影 响 ， 同 一 原 子 中 几 个 能 量 相 近 的 不同 类 型 的 原 子 轨 道 （ 即 波 函 数 ） ， 可 以 进 行 线 性 组 合 ， 重 新 分 配 能 量 和 确 定空 间 方 向 ， 组 成 数 目 相 等 的 新 原 子 轨 道 ， 这 种 轨 道 重 新 组 合 的 方 式 称 为 杂 化（ hybridization),杂 化 后 形 成 的 新 轨 道 称 为 杂 化 轨 道 （ hybrid orbital)。2.杂 化 轨 道 的 角 度 函 数 在 某 个 方 向 的 值 比 杂 化 前 的 大 得 多 ， 更

6、 有 利 于 原 子 轨道 间 最 大 程 度 地 重 叠 ， 因 而 杂 化 轨 道 比 原 来 轨 道 的 成 键 能 力 强 （ 轨 道 是 在 杂化 之 后 再 成 键 ） 。 电 子 云 的 形 状3.杂 化 轨 道 之 间 力 图 在 空 间 取 最 大 夹 角 分 布 ， 使 相 互 间 的 排 斥 能 最 小 ， 故 形成 的 键 较 稳 定 。 不 同 类 型 的 杂 化 轨 道 之 间 夹 角 不 同 ， 成 键 后 所 形 成 的 分 子就 具 有 不 同 的 空 间 构 型 。编 辑 本 段 类 型 简 介理 论 基 础按 参 加 杂 化 的 原 子 轨 道 种 类 ，

7、 轨 道 杂 化 有 sp 和 spd 两 种 主 要 类 型 ， 分 为 sp 杂 化 电 子 云 图sp,sp2,sp3,dsp2,sp3d,sp3d2,d2sp3,按 杂 化 后 形 成 的 几 个 杂 化 轨 道 的 能 量是 否 相 同 ， 轨 道 的 杂 化 可 分 为 等 性 和 不 等 性 杂 化 。于 1931 年 ， 鲍 林 提 出一 个 原 子 中 的 几 个 原 子 轨 道 经 过 再 分 配 而 组 成 的 互 相 等 同 的 轨 道 。 原 子 在 化合 成 分 子 的 过 程 中 ， 根 据 原 子 的 成 键 要 求 ， 在 周 围 原 子 影 响 下 ， 将

8、原 有 的 原子 轨 道 进 一 步 线 性 组 合 成 新 的 原 子 轨 道 。 这 种 在 一 个 原 子 中 不 同 原 子 轨 道 的线 性 组 合 ， 称 为 原 子 轨 道 的 杂 化 。 杂 化 后 的 原 子 轨 道 称 为 杂 化 轨 道 。 杂 化 时 ，轨 道 的 数 目 不 变 ， 轨 道 在 空 间 的 分 布 方 向 和 分 布 情 况 发 生 改 变 。 组 合 所 得 的杂 化 轨 道 一 般 均 和 其 他 原 子 形 成 较 强 的 键 或 安 排 孤 对 电 子 ， 而 不 会 以 空的 杂 化 轨 道 的 形 式 存 在 。 在 某 个 原 子 的 几

9、 个 杂 化 轨 道 中 ， 全 部 由 成 单 电 子 的轨 道 参 与 的 杂 化 ， 称 为 等 性 杂 化 轨 道 ； 有 孤 对 电 子 参 与 的 杂 化 ， 称 为 不 等 性杂 化 轨 道 。杂 化 轨 道 具 有 和 s， p 等 原 子 轨 道 相 同 的 性 质 ， 必 须 满 足 正 交 ， 归 一 性 。 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

10、 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

11、 中 ， 4 个 C-H 共 价 键 是完 全 等 同 的 ， 键 长 为 109.3pm， 键 角 为 10928 。 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 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 (Quantum Mechenical)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

12、 ， 成 为 相 同 数 目 、 能 量 相 等 的 新 轨 道 ， 这种 新 轨 道 叫 杂 化 轨 道 。 sp3 杂 化 电 子 云 图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 1， 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 。种 类杂 化 轨 道 种 类 很 多 ， 如 三 氯 化 硼 (BCl3)分 子 中 B 有 sp2 杂 化 轨 道 ， 即 由 1个

13、 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

14、， 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 (C2H4)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 相 等 ， 位 于 同 一 平 面 并 互 成 120 夹 角 ， 另 外 一 个 2pz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

15、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 (C

16、l2)反 应 生 成 氯 乙 烯 (ClCH2CH2Cl)。乙 炔 分 子 (C2H2)中 有 碳 碳 三 键 (HC CH)， 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

17、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 。 VSEPR(Valence-Shell Electron-Pair Repulsion)(价 电 子 层 互 斥 模 型 ) 通 过 成 键 电 子 对 数 与 孤 电 子 (Lone Pair Electron)对 数 可 判 断 中 心 原 子 杂 化 模 型 ， 成 键 电 子 对 数 ： ABn 中 n 的 值 ；孤 电 子 对 数

18、： （ A 价 电 子 数 -A 成 键 电 子 数 ） /2。价 电 子 对 总 数 即 两 者 之 和 ， 如 价 电 子 对 总 数 为 2 时 为 sp 杂 化 （ 直 线 形 ） ，为 3 时 为 sp2 杂 化 （ 平 面 三 角 形 ） ， 为 4 时 为 sp3 杂 化 （ 四 面 体 ） ， 5sp3d（ 三 角 双 锥 ） ， 6sp3d2（ 八 面 体 ） 。 而 成 键 电 子 对 数 与 孤 电 子 对 数的 不 同 使 得 分 子 的 几 何 构 型 不 同 。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

19、 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 两 个 P 轨 道 形 成 的 大 键键 原 子 轨 道 杂 化 后 ， 轨 道 角 度 分 布 图 的 形 状 发 生 了 变 化 （ 形

20、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 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

21、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 。编 辑 本 段 常 见 杂 化 类 型 详 述(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 B

22、eCl2 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 位 于 两 个 Cl 原 子 的 中 间 ， 键 角 180， 两 个 Be Cl 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

23、 于 三 角 形 的 中 心 ， 三 个 B F 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 实 验 测 知 为 正 四面 体 结 构 ， 四 个 C H 键 均 等 同 ， 键 角 为 10928 。 这 样 的 实

24、 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 。(4)sp3d 杂 化等 性 杂 化 为 三 角 双 锥 结 构 ， 如 PCl5(5)sp3d2 杂 化等 性 杂 化 为 正 八 面 体 结 构 ， 如 SF6说 明 ： 以 上 只 是 常 见 的 杂 化 轨 道 类 型 ， 在 配 位 化 合 物 中 还 有 更 多 的 杂 化 类 型 。编 辑 本 段 杂 化 类 型 的 判 断1、 判 断 中 心 原 子 的 孤 对 电 子 对 数2 找 出 与 中 心 原 子 相 连 的 原 子 数 （ 即 形 成 的 键 的 数 量 ）3 若 二 者 相 加 等 于 2， 那 么 中 心 原 子 采 用 SP 杂 化 ； 若 等 于 3， 那 么 中 心 原子 采 用 SP2 杂 化 ； 若 等 于 4， 那 么 中 心 原 子 采 用 SP3 杂 化如 H2O O 为 中 心 原 子 He2s2p4 含 有 2 对 孤 对 电 子 与 氧 原 子 相 连 的 原 子 数为 2 所 以 2+2=4 采 用 sp3 杂 化