杂化轨道理论课件

杂化轨道理论 主讲人：蒋毅民 教授1可编辑课件杂化轨道理论 主讲人：蒋毅民 教授1可编辑课件知识回顾：价键理论的基本要点。问题：在H2S分子中两个S-H键的夹角为什么 是90 而不是180？2可编辑课件知识回顾：价键理论的基本要点。问题：在H2S分子中两个S-HCH4的分子结构C 原子的基态为1s22s22px12py12pz0H2O的分子结构O 原子的基态为1s22s22px12py12pz2 3可编辑课件CH4的分子结构H2O的分子结构 3可编辑课件二、杂化轨道理论1、SP3杂化（以甲烷的分子结构为例）杂杂化化轨轨道理道理论认为论认为：在形成甲：在形成甲烷烷分子分子时时，C C原子原子 上的一个上的一个2s2s电电子可被激子可被激发发到到2p2p空空轨轨道上，形成四道上，形成四个个单键单键，这时虽这时虽然解决了然解决了4 4个共价个共价键键的的问题问题，但，但是如果是如果这这4 4个个轨轨道，即道，即1 1个个s s轨轨道和道和3 3个个p p轨轨道，分道，分别别与与4 4个个氢氢原子原子结结合，形成合，形成4 4个个键键能量是不同的，能量是不同的，这这与事与事实实不符。不符。基基态态激激发态发态4可编辑课件二、杂化轨道理论1、SP3杂化（以甲烷的分子结构为例）杂化 杂杂化化轨轨道道还认为还认为：在成：在成键过键过程中，程中，这这4 4个不同的个不同的轨轨道重新道重新组组合成合成4 4个能量相等的新个能量相等的新轨轨道，由于是由道，由于是由1 1个个s s与与3 3个个p p轨轨道道组组合而成，因而新合而成，因而新轨轨道称作道称作spsp3 3杂杂化化轨轨道。每一个道。每一个spsp3 3杂杂化化轨轨道含道含1/4s1/4s成分和成分和3/4p3/4p成分成分.激激发态发态杂杂化化态态杂杂化化这4个sp3杂化轨道分别与4个氢1s轨道重叠成键，形成CH4分子。所以四个C-H键是等同的。杂杂化化态态5可编辑课件 杂化轨道还认为：在成键过程中，这4个不同的轨道重新组合成46可编辑课件6可编辑课件7可编辑课件7可编辑课件 问题：在CH4分子形成过程中，C原子的轨道为什么要激发，杂化？激发过程所需的能量从哪里来？8可编辑课件 问题：8可编辑课件尽管电子从基态跃迁到激发态需要一定的能量但其激发后能形成4个共价键比电子不激发只形成两个C-H键放出的能量要大得多，这些能量足以补偿电子激发所 需的能量而有余，因此，C与H形成化合物时生成CH4而不是CH2 轨道的杂化更有利于轨道之间的重叠成键。因为杂化后电子云分布更为集中，可使成键的原子轨道间的重叠部分增大，成键能力增强，因此C与H原子能结合成稳定的CH49可编辑课件尽管电子从基态跃迁到激发态需要一定的能量 轨道的杂化更S S轨轨道道p p轨轨道道SpSp杂杂化化轨轨道道CHCH4 4分子的空分子的空间结间结构构10可编辑课件S轨道p轨道Sp杂化轨道CH4分子的空间结构10可编辑课件vv 杂杂化：在形成分子化：在形成分子时时，由于原子的相互影响，若干，由于原子的相互影响，若干不同不同类类型型能量相近能量相近能量相近能量相近的原子的原子轨轨道混合起来，重新道混合起来，重新组组合成合成一一组组新的新的轨轨道，道，这这种种轨轨道重新道重新组组合的合的过过程叫做程叫做杂杂化。化。vv 杂杂化化轨轨道：通道：通过杂过杂化所形成的新化所形成的新轨轨道就称道就称为杂为杂化化轨轨道。道。vv注意两点：注意两点：(1)(1)原子原子轨轨道的道的杂杂化只有在形成分子的化只有在形成分子的过过程中才会程中才会发发生；生；(2)(2)能量相近通常是指：能量相近通常是指：nsns与与npnp、ns,npns,np与与ndnd或（或（n-1)dn-1)d。以上是用杂化轨道理论来解释CH4的结构，得到了满意的结论。从这里我们也可以看出：11可编辑课件 杂化：在形成分子时，由于原子的相互影响，若干不同类型能2.sp2杂化一个s轨道和二个p轨道杂化,产生三个等同的sp2杂化轨道,sp2杂化轨道间夹角120，呈平面三角形。激激激激发发发发SpSp2 2杂杂杂杂化化化化重叠重叠重叠重叠形成形成形成形成3 3个个个个(sp2-p)(sp2-p)键键键键BFBF3 3分子形成分子形成分子形成分子形成过过过过程程程程12可编辑课件2.sp2杂化一个s轨道和二个p轨道杂化,产生三个等同的spsp2杂化轨道示意图BF3分子的结构示意图13可编辑课件sp2杂化轨道示意图BF3分子的结构示意图13可编辑课件3.sp杂化进行sp杂化时，每个杂化轨道由 S 轨道和 P 轨道组合而成，两个杂化轨道之间的夹角为180。因此由sp杂化轨道构成的分子具有直线形的构型。重叠重叠重叠重叠激激激激发发发发spsp杂杂杂杂化化化化BeClBeCl2 2分子形成分子形成分子形成分子形成过过过过程程程程 形成形成形成形成2 2个个个个(sp-s)(sp-s)键键键键14可编辑课件3.sp杂化进行sp杂化时，每个杂化轨道由 S 轨道和 sp杂化轨道示意图BeCl2分子结构示意图15可编辑课件sp杂化轨道示意图BeCl2分子结构示意图15可编辑课件4.sp3d2杂化sp3d2杂化轨道是由一个s轨道、三个p轨道和两个d轨道组合而成，其特点是6个sp3d杂化轨道指向正八面体的六个顶点，相邻的夹角为90。激激激激发发发发杂杂杂杂化化化化重叠重叠重叠重叠16可编辑课件4.sp3d2杂化sp3d2杂化轨道是由一个s轨道、三个p轨sp3d2杂化轨道示意图SF6分子的空间结构17可编辑课件sp3d2杂化轨道示意图SF6分子的空间结构17可编辑课件5.等性杂化与不等性杂化以以H H2 2OO为为例：例：价价键键理理论论：两个：两个2p2p轨轨道分道分别别与两个与两个氢氢原子形成两原子形成两 个个 P-S P-S 键键键键 键键键键角角角角为为为为 90 90 杂杂杂杂化理化理化理化理论论论论：OO原子的原子的2s2s和和2p2p采取采取spsp3 3杂杂化，化，OO原子最外原子最外层层有有6 6个个电电子，四个子，四个杂杂化化轨轨道中有两个被两道中有两个被两对对孤孤电电子子对对占据，占据，其余两个其余两个轨轨道被两个道被两个单电单电子占据，与两个子占据，与两个H H形成两个形成两个spsp3 3-s s共价共价键键。18可编辑课件5.等性杂化与不等性杂化以H2O为例：杂化理论：O原子的2OO氧子基氧子基态态spsp3 3杂杂化化态态H H2 2OO分子分子杂杂杂杂化化化化19可编辑课件O氧子基态sp3杂化态H2O分子杂化19可编辑课件课堂思考题：推断、解释NH3的结构？N N氧子基氧子基态态spsp3 3杂杂化化态态NHNH3 3分子分子杂杂杂杂化化化化20可编辑课件课堂思考题：推断、解释NH3的结构？N氧子基态sp3杂化态N孤孤电电子子对对数：数：0 1 2 0 1 2夹夹 角：角：109.5109.5 107.3 107.3 104.5 104.5 空空间结间结构：构：正四面体正四面体 三角三角锥锥 V V形形结论结论：在：在CHCH4 4、NHNH3 3和和H H2 2OO分子中，中心原子都分子中，中心原子都取取spsp3 3杂杂化，其化，其夹夹角随孤角随孤电电子子对对数的增加而减少。数的增加而减少。21可编辑课件孤电子对数：0 6.杂化轨道要点(3)杂化只能发生在能级接近的轨道之间，如主量子数相同的s、p、d轨道之间，或(n-1)d与ns、np之间，能量也是相近的。亚层符号按能级升高的顺序排列，例如d2sp3和sp3d2代表不同杂化轨道。(1)轨道杂化是指同一个原子中相关轨道的混合,由此产生的杂化轨道也是原子轨道。(2)参与杂化的轨道中电子所处的能级略有不同，而杂化轨道中的电子则处于相同能级。杂化后能级相当于杂化前有关电子能级的中间值。22可编辑课件6.杂化轨道要点(3)杂化只能发生在能级接近的轨道之间，(7)杂化轨道成键时，要满足化学键间最小排斥原理，键角越大，排斥力越小。杂化轨道类型不同，成键时键角不同，分子的空间结构也不同。(4)各种杂化轨道的“形状”均为葫芦形，由分布在原子核两侧的大小叶瓣组成，轨道的伸展方向是指大叶瓣的伸展方向，为简明起见往往不给出小叶瓣。(5)杂化轨道的数目等于参与杂化的轨道的总数(6)杂化轨道可分为等性杂化轨道与不等性杂化轨道两种。23可编辑课件(7)杂化轨道成键时，要满足化学键间最小排斥原理，键角越大杂化轨道的类型与空间结构的关系杂化类型spsp2sp3sp3d2用于杂化的原子轨道数2346杂化轨道数2346空间构型直线型平面三角形四面体八面体实例BeCl2BF3CH4SF6CO2BCl3CCl4SiF62-24可编辑课件杂化轨道的类型与空间结构的关系杂化类型spsp2sp3sp3本节课结束！谢谢！25可编辑课件本节课结束！25可编辑课件感谢亲观看此幻灯片，此课件部分内容来源于网络，感谢亲观看此幻灯片，此课件部分内容来源于网络，如有侵权请及时联系我们删除，谢谢配合！如有侵权请及时联系我们删除，谢谢配合！感谢亲观看此幻灯片，此课件部分内容来源于网络，