杂化轨道理论

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,杂化轨道理论,原子结构示意图,泡利不相容原理,泡利不相容原理指在原子中不能容纳运动状态完全相同的电子。又称泡利原子不相容原理。,1925,年由奥地利物理学家,W,泡利提出。一个原子中不可能有电子层、电子亚层、电子云伸展方向和自旋方向完全相同的两个电子。如氦原子的两个电子，都在第一层（,K,层），电子云形状是球形对称、只有一种完全相同伸展的方向，自旋方向必然相反。每一轨道中只能客纳自旋相反的两个电子，每个电子层中可能容纳轨道数是,n,2,个、每层最多容纳电子数是,2n,2,。,能量最低原理,不违背泡利不相容原理的前提下，核外电子总是尽先占有能量最低的轨道，只有当能量最低的轨道占满后，电子才依次进入能量较高的轨道。也就是尽可能使体系能量最低。,洪特规则,在等价轨道,(,指相同电子层、电子亚层上的各个轨道,),上排布的电子将尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同。后来经量子力学证明，电子这样排布可能使能量最低，所以洪特规则也可以包括在能量最低原理中。,电子轨道示意图,价键理论,（,VB，valence bond theory,）,价键理论的三个要点：,1.定域性：自旋反平行的两个电子绕核做高速运动，属于成键原子共同所有。电子对在两核之间出现的几率最大；,2.饱和性：每个原子成键的总数或以单键连接的原子数目是一定的。原子中的成单电子数决定成键总数；,3.方向性：原子轨道有一定的方向性（,s，p，d），,与相连原子轨道重叠成键要满足最大重叠条件。因此，一个原子与周围原子形成共价键有一定的角度。,原子轨道重叠情况示意图,成键方向对分子结构的影响,杂化轨道理论,（,hybrid orbital theory,）,1. 杂化与杂化轨道：杂化是指在形成分子时，由于原子间的相互影响，若干不同类型而能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成一组新轨道的过程。所形成的新轨道称为杂化轨道。,2. 孤立的原子不可能发生杂化，只有在形成分子的过程中才会发生。,3. 在杂化前后，原子轨道的数目保持不变。,4. 条件不同，杂化轨道类型可能不同。,这是用一个2,s,轨道和三个2,p,轨道进行的杂化，故称为,sp3,杂化。与基态轨道相比，杂化轨道具有以下特点：,a).,能量相等，成分相同（1/4,s,轨道和3/4,p,轨道）；,b).,杂化轨道的电子云分布更集中，可使成键轨道间的重叠部分增大，成键能力增强；,c) sp3,杂化轨道在空间尽量伸展，呈最稳定正四面体型，轨道夹角10928。,sp3,杂化又称为正四面体杂化。,sp3,杂化,sp2,杂化,由2,s,轨道核两个2,p,轨道杂化，形成三个等同的,sp2,杂化轨道。另有一个2,p,轨道不参与杂化。,a).,杂化轨道成分：1/3,s,轨道和2/3,p,轨道；,b).,成键能力较,sp3,杂化轨道弱，但较未杂化轨道强；,c).,杂化轨道呈平面三角形，夹角120。未杂化2,p,轨道垂直于这一平面。,sp,杂化,由2,s,轨道核一个2,p,轨道杂化，形成两个等同的,sp,杂化轨道。另有两个2,p,轨道不参与杂化。,a).,杂化轨道成分：1/2,s,轨道和1/2,p,轨道；,b).,成键能力较,sp2,杂化轨道弱，但较未杂化轨道强；,c).,杂化轨道呈直线型，夹角180。另两个未杂化2,p,轨道与这一直线两两垂直,。,表1-1 碳原子的三种杂化类型,类别,实例,碳原个的杂化类型,用于杂化的原子轨道,杂化轨道的数目,杂化轨道的夹角,几何构型,烷烯炔,甲烷乙烯乙炔,sp,3,sp,2,sp,1个,s,3,个,p,1,个,s,2,个,p,1,个,s,1,个,p,4个,sp,3,3,个,sp,2,2,个,sp,10928120180,正四面体正三角形直线形,1.4 共价键的属性,键和,键,共价键具有方向性。按照成键的方向不同，分为,键和,键。,键和,键是两类重要的共价键。,键,在甲烷分子中，存在四个等同的,C-H,键，碳原子采取,sp3,杂化。取一个杂化轨道进行分析,当氢原子的1,s,轨道沿着对称轴的方向与碳原子,sp3,杂化轨道重叠时，原子轨道重叠程度最大，形成的共价键最牢固。由原子轨道是立体对称的，原子轨道绕轴的旋转不影响成键，因而，形成的键是可以自由旋转的。这种沿着对称轴的方向以“头碰头”的方式相互重叠形成的键叫做,键。构成,键的电子称为,电子。一个,键包括两个,电子。,甲烷分子中，四个,键夹角为10928，分子构型为正四面体型。乙烷分子中，除,C- H,外，还存在,C- C,键（,CH3-CH3 ）,键的成键特点,1). “头碰头”成键，电子云近似圆柱形分布；,2).,键可以旋转；,3).,键较稳定，存在于一切共价键中。,因而，只含有,键的化合物性质是比较稳定的（烷烃）。,键,在乙烯分子中，碳原子采取,sp2,杂化。另有一个,p,轨道不参与杂化，而形成另一类型的共价键,键,。,未杂化的,p,轨道可以“肩并肩”平行重叠成键，形成,键。构成,键的电子叫做,电子。,键的成键特点,1). “肩并肩”成键；,2). 电子云重叠程度不及,键，较活泼；,3).,键必须与,键共存；,4).,键不能自由旋转。,因而，具有,键的化合物性质较活泼（烯烃、炔烃等）。,共轭,共轭,键与,键的重叠，使电子离域,体系稳定。,p-,共轭,p,轨道与,键的重叠，使电子离域,体系稳定。,共轭体系（,conjugated system,）是指分子中发生电子离域的部分，可以是分子的一部分或是整个分子。共轭体系有以下几类： （,1,）,-,共轭：在链状分子中，凡双键、单键交替排列的结构都属此类。,（,2,）,p-,共轭：与双键碳原子相连的原子，由于共平面，其,p,轨道与双键的,轨道平行并发生侧面重叠，形成共轭体系。,形成共轭体系的条件是： （,1,）有关的原子必须在同一平面上； （,2,）必须有可实现平行重叠的,p,轨道； （,3,）要有一定数量供成键用的,p,电子。,诱导效应,在,多原子分子中，由于成键原子和基团之间的电负性不同，不仅使成键原子之间电子云密度呈不对称分布，键上产生极性，而且会引起分子中其它原子之间的电子云沿着碳链向电负性大的原子一方偏移，往往使共价键的极性也发生变化。,通常把这种不直接相连原子间的相互影响称为诱导效应，用符号,I,表示,。,