杂化轨道理论课件

1、2021/3/111 滨河高中二部化学组滨河高中二部化学组 2021/3/112 中心原子中心原子 分子分子 类型类型 中心原子中心原子 结合的原子数结合的原子数 代表物代表物空间构型空间构型 无孤对电子无孤对电子 AB22CO2 AB33CH2O AB44CH4 有孤对电子有孤对电子 AB22H2O AB33NH3 直线形直线形 平面三角形平面三角形 正四面体正四面体 V V 形形 三角锥形三角锥形 二、价层电子对互斥模型二、价层电子对互斥模型(VSEPR模模 型型) 一、形形色色的分子一、形形色色的分子 复 习 回 顾 2021/3/113 思考与交流思考与交流 1 1、甲烷分子呈正四面体

2、结构，它的四个、甲烷分子呈正四面体结构，它的四个 C-HC-H键的键长相同，键角都是键的键长相同，键角都是10910928 28 ，四，四 个个C-HC-H键的性质完全相同键的性质完全相同 2 2、根据价键理论，甲烷形成四个、根据价键理论，甲烷形成四个C-HC-H键都键都 应该是应该是键，然而键，然而C C原子最外层的四个电子分别原子最外层的四个电子分别 2 2个在球形个在球形2S2S轨道、轨道、2 2个在相互垂直个在相互垂直2P2P轨道上，轨道上， 用它们跟用它们跟4 4个氢原子的个氢原子的1S1S原子轨道重叠，不可能原子轨道重叠，不可能 形成四面体构型的甲烷分子形成四面体构型的甲烷分子 如

3、何解决上列一对矛盾？如何解决上列一对矛盾？ 2021/3/114 值得注意的是价层电子对互斥模值得注意的是价层电子对互斥模 型只能解释化合物分子的空间构形，型只能解释化合物分子的空间构形， 却无法解释许多深层次的问题。却无法解释许多深层次的问题。 为了解决这一矛盾，为了解决这一矛盾，鲍林鲍林提出了提出了杂杂 化轨道理论化轨道理论 2021/3/115 三、杂化轨道理论简介三、杂化轨道理论简介-鲍林鲍林 1 1、杂化：、杂化：杂化是指在形成分子时，由于原子的杂化是指在形成分子时，由于原子的 相互影响，若干不同类型相互影响，若干不同类型能量相近能量相近的原子轨道的原子轨道 混杂起来，重新组合成一组

4、新的原子轨道。这混杂起来，重新组合成一组新的原子轨道。这 种重新组合的过程叫做种重新组合的过程叫做杂化杂化，所形成的新的轨，所形成的新的轨 道称为道称为杂化轨道。杂化轨道。 2 2、杂化的过程：、杂化的过程：杂化轨道理论认为在形成分子杂化轨道理论认为在形成分子 时，通常存在时，通常存在激发、杂化激发、杂化和和轨道重叠轨道重叠等过程。等过程。 2021/3/116 激发 s2 p2p2 s2 杂化 3 sp sp3 CHCH4 4分子（分子（spsp3 3杂化）杂化） 2021/3/117 3.3.杂化轨道理论的要点杂化轨道理论的要点 (1) (1) 发生轨道杂化的原子一定是发生轨道杂化的原子一

5、定是中心原子。中心原子。 (2) (2) 参加杂化的各原子轨道参加杂化的各原子轨道能量要相近能量要相近（同一能（同一能 级组或相近能级组的轨道）。级组或相近能级组的轨道）。 (3) (3) 杂化轨道的能量、形状完全相同。杂化轨道的能量、形状完全相同。 (4) (4) 杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨 道数目道数目等于等于形成的杂化轨道数目；杂化后原形成的杂化轨道数目；杂化后原 子轨道方向改变，杂化轨道在成键时更子轨道方向改变，杂化轨道在成键时更有利有利 于轨道间的重叠于轨道间的重叠 (5) (5) 杂化轨道只用于形成杂化轨道只用于形成 键或用来容纳未

6、参与成键或用来容纳未参与成 键的孤电子对键的孤电子对 2021/3/118 1. sp3 杂化杂化 原子形成分子时原子形成分子时,同一原子中能量相近的一个同一原子中能量相近的一个ns轨道与三个轨道与三个 np轨道进行混合组成四个新的原子轨道称为轨道进行混合组成四个新的原子轨道称为sp3 杂化轨道杂化轨道. 三、杂化轨道理论简介三、杂化轨道理论简介 2021/3/119 2021/3/1110 2s 2p C的基态的基态 2s 2p 激发态激发态 正四面体形正四面体形 sp3 杂化态杂化态 C H H H H 10928 激发激发 当碳原子与当碳原子与4 4个氢原子形成甲烷分子时个氢原子形成甲烷

7、分子时, ,碳原子的碳原子的2s2s轨轨 道和道和3 3个个2p2p轨道这轨道这4 4个轨道会发生混杂个轨道会发生混杂, ,混杂时保持轨混杂时保持轨 道总数不变道总数不变, ,得到得到4 4个能量相等、成分相同的个能量相等、成分相同的spsp3 3杂化杂化 轨道轨道, ,夹角夹角109 109 28 , 28 , 如下图所示：如下图所示： 实例分析实例分析1： 试解释试解释CCl4分子的空间构型。分子的空间构型。 CCl4分子的中心原子是分子的中心原子是C，其价层电子组态为，其价层电子组态为 2s22px12py1。在形成。在形成CCl4分子的过程中，分子的过程中，C原子的原子的 2s轨道上的

8、轨道上的1个电子被激发到个电子被激发到2p空轨道，价层电子空轨道，价层电子 组态为组态为2s12px12py12pz1，1个个2s轨道和轨道和3个个2p轨道进轨道进 行行sp3杂化，形成夹角均为杂化，形成夹角均为109028的的4个完全等同个完全等同 的的sp3杂化轨道。其形成过程可表示为杂化轨道。其形成过程可表示为 理论分析：理论分析：C原子的原子的4个个sp3杂化轨道分别与杂化轨道分别与4个个Cl 原子含有单电子的原子含有单电子的2p轨道重叠，形成轨道重叠，形成4个个sp3-p的的 键。故键。故CCl4 分子的空间构型是正四面体分子的空间构型是正四面体. 实验测定：实验测定：CCl4分子中

9、有四个完全等同的分子中有四个完全等同的C-Cl键，键， 其分子的空间构型为正四面体。其分子的空间构型为正四面体。 2021/3/1113 2 2.sp.sp2 2杂化杂化：一个：一个s s轨道与两个轨道与两个p p轨道杂化，得轨道杂化，得 三个三个spsp2 2杂化轨道，每个杂化轨道的杂化轨道，每个杂化轨道的s s成分为成分为 1/31/3，p p成分为成分为2/32/3，三个杂化轨道在空间分布，三个杂化轨道在空间分布 是在同一平面上，互成是在同一平面上，互成120120 实例分析实例分析2： 分析分析BF3分子的空间构型。分子的空间构型。 BF3分子的中心原子是分子的中心原子是B，其价层电子

10、排布为，其价层电子排布为 2s22px1 。在形成。在形成BF3分子的过程中，分子的过程中，B原子的原子的2s轨轨 道上的道上的1个电子被激发到个电子被激发到2p空轨道，价层电子排布空轨道，价层电子排布 为为2s12px12py1 ，1个个2s轨道和轨道和2个个2p轨道进行轨道进行sp2杂杂 化，形成夹角均为化，形成夹角均为1200的的3个完全等同的个完全等同的SP2杂化杂化 轨道。其形成过程可表示为：轨道。其形成过程可表示为： 理论分析：理论分析：B原子的三个原子的三个SP2杂化轨道分别与杂化轨道分别与3个个F 原子含有单电子的原子含有单电子的2p轨道重叠，形成轨道重叠，形成3个个sp2-p

11、的的 键。故键。故BF3 分子的空间构型是平面三角形。分子的空间构型是平面三角形。 实验测定：实验测定：BF3分子中有分子中有3个完全等同的个完全等同的B-F键，键， 键角为键角为1200 ，分子的空间构型为平面三角形。，分子的空间构型为平面三角形。 + 2021/3/1116 BF3分子的形成分子的形成： F 3F + B B F F 120（平面三角形）（平面三角形） 2021/3/1117 3 3. . spsp杂化杂化：同一原子中：同一原子中1 1个个s s轨道与轨道与1 1个个p p轨道轨道 杂化形成杂化形成2 2个个spsp杂化轨道。每个杂化轨道的杂化轨道。每个杂化轨道的s s 成

12、分为成分为1/21/2，p p成分为成分为1/21/2，杂化轨道之间的夹，杂化轨道之间的夹 角为角为180180度。度。 实例分析实例分析3： BeCl2分子的形成和空间构型。分子的形成和空间构型。 Be Be原子的价层电子排布为原子的价层电子排布为2s2s2 2 。在形成。在形成BeClBeCl2 2 分子的过程中，分子的过程中，BeBe原子的原子的1 1个个2s2s电子被激发到电子被激发到2p2p空空 轨道，价层电子排布变为为轨道，价层电子排布变为为2s2s1 1 2p 2px x1 1 。这。这2 2个含有个含有 单电子的单电子的2s2s轨道和轨道和2p2px x轨道进行轨道进行spsp

13、杂化，组成夹角杂化，组成夹角 为为1801800 0 的的2 2个能量相同的个能量相同的spsp杂化轨道，其形成过杂化轨道，其形成过 程可表示为：程可表示为： 理论分析：理论分析：Be原子上的两个原子上的两个SP杂化轨道分别与杂化轨道分别与2个个 Cl原子中含有单电子的原子中含有单电子的3p轨道重叠，形成轨道重叠，形成2个个sp-p 的的键，所以键，所以BeCl2分子的空间构型为直线。分子的空间构型为直线。 实验测定：实验测定：BeCl2分子中有分子中有2个完全等同的个完全等同的Be-Cl键，键， 键角为键角为1800 ，分子的空间构型为直线。，分子的空间构型为直线。 其他例子：其他例子： C

14、O CO2 2、HCCHHCCH 2021/3/1120 2P 2S 激发 杂化 2P SP CCHH 0.120nm 0.106nm180 1 1）spsp杂化杂化 乙炔中的碳原子为乙炔中的碳原子为spsp杂化杂化，分子呈，分子呈直线构型直线构型。 两个碳原子的两个碳原子的spsp杂化轨道沿各自对称轴形成杂化轨道沿各自对称轴形成C CC C 键键，另两个，另两个spsp杂化轨道分别与两个氢原子的杂化轨道分别与两个氢原子的1s1s轨道重轨道重 叠形成两个叠形成两个C CH H 键键，两个，两个p py y轨道和两个轨道和两个p pz z轨道分别轨道分别 从侧面相互重叠，形成两个相互垂直的从侧面

15、相互重叠，形成两个相互垂直的C CC C 键，形键，形 成乙炔分子。成乙炔分子。 2 2）空间结构是直线型：）空间结构是直线型： 三个三个键在一条直线上。键在一条直线上。 2021/3/1121 2021/3/1122 BClBCl3 3、COCO3 3 2 2 、NONO3 3、H H2 2C=OC=O、SOSO3 3、 、烯烃 烯烃C=CC=C结构结构 中的中心原子都是以中的中心原子都是以spsp2 2杂化的。杂化的。 以以spsp2 2杂化轨道构建结构骨架的中心原子必有一杂化轨道构建结构骨架的中心原子必有一 个垂直于个垂直于spsp2 2- -骨架的未参与杂化的骨架的未参与杂化的p p轨

16、道，如果这个轨道，如果这个 轨道跟邻近原子上的平行轨道跟邻近原子上的平行p p轨道重叠，并填入电子，轨道重叠，并填入电子， 就会形成就会形成键。如，乙烯键。如，乙烯H H2 2C=CHC=CH2 2、甲醛、甲醛H H2 2C=OC=O。 石墨、苯中碳原子也是以石墨、苯中碳原子也是以spsp2 2杂化的：杂化的： 2021/3/1123 2p 2s 激发 2p 2s 杂化 p sp2 乙烯中的在轨道杂化时，乙烯中的在轨道杂化时，有一个轨道未有一个轨道未 参与杂化，参与杂化，只是的只是的s与两个与两个p轨道发生杂轨道发生杂 化，形成三个相同的化，形成三个相同的sp2杂化轨道，三个杂化轨道，三个sp

17、2杂杂 化轨道分别指向平面三角形的三个顶点。化轨道分别指向平面三角形的三个顶点。未杂未杂 化化p轨道垂直于轨道垂直于sp2杂化轨道所在平面。杂化轨道所在平面。杂化轨杂化轨 道间夹角为道间夹角为120。 的的sp2杂化杂化 2021/3/1124 H C H C H H = = H C H H C H 键 H C H O H C H O 键 2021/3/1125 2021/3/1126 基态基态N的最外层电子构型为的最外层电子构型为 2s22p3，在，在H影响影响 下，下，N 的一个的一个2s轨道和三个轨道和三个2p 轨道进行轨道进行sp3 不等性不等性 杂化，形成四个杂化，形成四个sp3 杂

18、化轨道。其中三个杂化轨道。其中三个sp3杂化轨杂化轨 道中各有一个未成对电子，另一个道中各有一个未成对电子，另一个sp3 杂化轨道被杂化轨道被 孤对电子所占据。孤对电子所占据。 N 用三个各含一个未成对电子用三个各含一个未成对电子 的的sp3 杂化轨道分别与三个杂化轨道分别与三个H 的的1s 轨道重叠，形成轨道重叠，形成 三个三个 键。键。由于孤对电子的电子云密集在由于孤对电子的电子云密集在N 的的 周围，对三个周围，对三个 键的电子云有比较大的排斥作键的电子云有比较大的排斥作 用，使用，使 键之间的键角被压缩到键之间的键角被压缩到 ，因此，因此 NH3 的空间构型为三角锥形。的空间构型为三角

19、锥形。 10718 N H N H N H 2021/3/1127 2021/3/1128 基态基态O 的最外层电子构型为的最外层电子构型为2s22p4，在，在 H 的的 影响下，影响下，O 采用采用sp3 不等性杂化，形成四个不等性杂化，形成四个sp3 杂杂 化轨道，其中两个杂化轨道中各有一个未成对电化轨道，其中两个杂化轨道中各有一个未成对电 子，另外两个杂化轨道分别被两对孤对电子所占子，另外两个杂化轨道分别被两对孤对电子所占 据。据。O 用两个各含有一个未成对电子的用两个各含有一个未成对电子的sp3杂化轨杂化轨 道分别与两个道分别与两个H 的的 1s 轨道重叠，形成两个轨道重叠，形成两个

20、键。键。由于由于O的两对孤对电子对两个的两对孤对电子对两个 键的成键键的成键 电子有更大的排斥作用，使电子有更大的排斥作用，使 键之间的键角被键之间的键角被 压缩到压缩到 ，因此因此 H2O 的空间构型为的空间构型为V V型。型。 104 45 O H O H O H 2021/3/1129 杂杂 化化 类类 型型 spspSpSp2 2spsp3 3 参与杂化的参与杂化的 原子轨道原子轨道 1 1个个 s + 1 s + 1个个p p1 1个个s + 2s + 2个个p p1 1个个s + 3s + 3个个p p 杂杂 化化 轨轨 道道 数数 2 2个个spsp杂化轨道杂化轨道 3 3个个spsp2 2杂化轨杂化轨 道道 4 4个个spsp3 3杂化轨杂化轨 道道 杂化轨道杂化轨道 间夹角间夹角 1801800 01201200 01091090 0 28 28 空空 间间 构构 型型 直线形直线形平面三角形平面三角形 正四面体正