化学键与分子结构杂化轨道

第1页，共52页，2023年，2月20日，星期一显然，上面的图形反映出两原子间通过共用电子对相连形成分子，是基于电子定域于两原子之间，形成了一个密度相对大的电子云（负电性），这就是价键理论的基础.

H2分子的形成◆

能量最低原理因此，共价键的形成条件为：◆

键合双方各提供自旋方向相反的未成对电子◆

键合双方原子轨道应尽可能最大程度地重叠

两个中性原子相互接近时,不复存在离子键中离子正、负电荷间的强吸引力，其他作用力则依然存在.形成化学键，能量曲线需要形成一个“势井”.如何实现？

（1）价键理论(valencebondtheory)基本观点8.6.1共价作用力的本质和共价键的特点第2页，共52页，2023年，2月20日，星期一第3页，共52页，2023年，2月20日，星期一◆σ键：重叠轨道的电子云密度沿键轴方向的投影为圆形，表明电子云密度饶键轴（原子核之间的连线）对称.形象的称为“头碰头”.s－ss－pp－p◆

π键：重叠轨道的电子云密度饶键轴不完全对称.形象的称为

“肩并肩”.p－p(2)共价键的键型由于共价键在形成时各个原子提供的轨道类型不同，所以形成的共价键的键型也有不同.例如：有σ键，π键和键等.本章只要求熟知前两种.第4页，共52页，2023年，2月20日，星期一σ键示意图第5页，共52页，2023年，2月20日，星期一π键成键方式第6页，共52页，2023年，2月20日，星期一PH3第7页，共52页，2023年，2月20日，星期一形成条件：成键原子一方提供孤对电子，另一方提供空轨道.配位键（共价键里的一种特殊形式）2s22p3第8页，共52页，2023年，2月20日，星期一（3）共价键的特征●

具有饱和性（是指每种元素的原子能提供用于形成共价键的轨道数是一定的）●结合力的本质是电性的●

具有方向性（是因为每种元素的原子能提供用于形成共价键的轨道是具有一定的方向，满足最大重叠要求。）HCl例如：NNHOH第9页，共52页，2023年，2月20日，星期一8.6.2杂化轨道（hybridorbital）●原子轨道为什么需要杂化？●原子轨道为什么可以杂化？●如何求得杂化轨道的对称轴间的夹角？Pauling求助“杂化概念”建立了新的化学键理论－－杂化轨道理论.

上面介绍的s轨道与p轨道重叠方式并不能解释大多数多原子分子中的键长、键角和成键数目.例如,如果H2O和NH3分子中的O－H键和N－H键是由H原子的1s轨道与O原子和N原子中单电子占据的2p轨道重叠形成的，HOH和HNH键角应为90°；事实上,上述两个键角各自都远大于90°.CH4的C原子形成4个键。第10页，共52页，2023年，2月20日，星期一●成键时能级相近的价电子轨道相混杂，形成新的价电子轨道——杂化轨道（1）基本要点●轨道成分变了●轨道的能量变了●轨道的形状变了结果是更有利于成键！●杂化后轨道伸展方向，形状和能量发生改变●杂化前后轨道数目不变第11页，共52页，2023年，2月20日，星期一(2)杂化形式2p2s2s2psp3foursp3hybridorbital●sp3杂化轨道excitedhybridizationFormationofthecovalentbondsinCH4HybridorbitalConfigurationofCingroundstate第12页，共52页，2023年，2月20日，星期一第13页，共52页，2023年，2月20日，星期一第14页，共52页，2023年，2月20日，星期一NH3中N原子采取sp3不等性杂化sp3杂化ValencebondpicturesofNH3FormationofthecovalentbondsinNH3ConfigurationofNingroundstateHybridorbital在sp3及其他杂化轨道中，还存在着“不等性杂化”，即杂化后的轨道中填充的有中心原子的孤电子对.这样我们就可以解释象水和氨这样的分子结构了.第15页，共52页，2023年，2月20日，星期一第16页，共52页，2023年，2月20日，星期一H2O中O原子采取sp3不等性杂化sp3杂化ValencebondpicturesofH2OFormationofthecovalentbondsinH2Osp3HybridorbitalConfigurationofOingroundstate第17页，共52页，2023年，2月20日，星期一第18页，共52页，2023年，2月20日，星期一第19页，共52页，2023年，2月20日，星期一●sp2杂化轨道2s2p轨道2s2p2s2psp2threesp2hybridorbitalexcitedhybridizationFormationofthecovalentbondsinBCl3HybridorbitalConfigurationofBingroundstate第20页，共52页，2023年，2月20日，星期一第21页，共52页，2023年，2月20日，星期一第22页，共52页，2023年，2月20日，星期一第23页，共52页，2023年，2月20日，星期一第24页，共52页，2023年，2月20日，星期一第25页，共52页，2023年，2月20日，星期一定义：多个原子上相互平行的p轨道连贯重叠在一起构成一个整体，而

p电子在这个整体内运动所形成的键.表示符号：形成条件：

●参与成键的原子应在一个平面上，而且每个原子都能提供1个相互平行的p轨道

●n<2m作用：“离域能”会增加分子的稳定性；影响物质的理化性质离域键（键）第26页，共52页，2023年，2月20日，星期一OOOO3的分子结构第27页，共52页，2023年，2月20日，星期一N2O4Nsp2其他例子：NO3-CO3=第28页，共52页，2023年，2月20日，星期一第29页，共52页，2023年，2月20日，星期一第30页，共52页，2023年，2月20日，星期一第31页，共52页，2023年，2月20日，星期一Kroto,H.W.;Heath,J.R.;O'Brien,S.C.;Curl,R.F.;Smalley,R.E..C60:buckminsterfullerene.Nature(London,UnitedKingdom)(1985),318(6042),162-3.第32页，共52页，2023年，2月20日，星期一1996年度NobelPrizeinChemistryHaroldKroto,RobertCurlandRichardSmalley第33页，共52页，2023年，2月20日，星期一SumioIijima(飯島澄男,borninMay2,1939)isaJapanesephysicist.Dr.SumioIijima第34页，共52页，2023年，2月20日，星期一第35页，共52页，2023年，2月20日，星期一第36页，共52页，2023年，2月20日，星期一第37页，共52页，2023年，2月20日，星期一C30Cl10

C40Cl10C50Cl10第38页，共52页，2023年，2月20日，星期一C50Cl10可能的结构D5h

D5h

C5v

D5d

第39页，共52页，2023年，2月20日，星期一C50Cl10的立体结构模拟图Su-YuanXie(谢素原),FeiGao(高飞),XinLu(吕鑫),Rong-BinHuang(黄荣彬),……,Lan-SunZheng(郑兰荪),Science,2004,304,699第40页，共52页，2023年，2月20日，星期一13CNMR谱第41页，共52页，2023年，2月20日，星期一第42页，共52页，2023年，2月20日，星期一第43页，共52页，2023年，2月20日，星期一第44页，共52页，2023年，2月20日，星期一第45页，共52页，2023年，2月20日，星期一●sp杂化轨道2s2p2s2psp2ptwo

sphybridorbitalexcitedhybridizationH－Be－HConfigurationofBeingroundstateHybridorbitalFormationofthecovalentbondsinBeH2第46页，共52页，2023年，2月20日，星期一第47页，共52页，2023年，2月20日，星期一第48页，共52页，2023年，2月20日，星期一sp3dThefivesp3dhybridorbitalsandtheirtrigonalbipyramidalgeometrysp3d2Thesixsp3d2hybridorbitalsandtheiroctahedralgeometry

●另外还存在d轨道参加的s-p-d杂化轨道第49页，共52页，2023年，2月20日，星期一d2sp3和dsp3杂化轨道18电子规则dsp2杂化轨道平面正方形Ni(NH3)4+2Cu(NH3)4+2第50页，共52页，2023年，2月20日，星期一试用杂化轨道理论解释下面问题：●NH3、H2O的键角为什么比CH4小？CO2的键角为何是180°？