杂化轨道理论(整理者:断桥残月)
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zlh_smile 楼主
杂化轨道理论(hybrid orbital theory)是1931年由Pauling 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。 杂化轨道理论的要点: 1.在成键过程中,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,组成数目相等的新的原子轨道,这种轨道重新组合的过程称为杂化(hybridization),杂化后形成的新轨道称为 杂化轨道(hybrid orbital)。 2.杂化轨道的角度波函数在某个方向的值比杂化前的大得多,更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。 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的夹角不同,成键后所形成的分子就具有不同的空间构型。 轨道杂化类型及实例 按参加杂化的原子轨道种类,轨道的杂化有sp和spd两种主要类型。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杂化和不等性杂化。 sp型和spd型杂化 1.sp型杂化 能量相近的ns轨道和np轨道之间的杂化称为sp型杂化。按参加杂化的s轨道、p轨道数目的不同,sp型杂化又可分为sp、sp2 、sp3 三种杂化。 (1)sp杂化 由1个s轨道和1个p轨道组合成2个sp杂化轨道的过程称为sp杂化,所形成的轨道称为sp杂化轨道。每个sp杂化轨道均含有 的s轨道成分和 的p轨道成分。为使相互间的排斥能最小,轨道间的夹角为1800 。当2个sp杂化轨道与其他原子轨道重叠成键后就形成直线型分子。 
2007年02月13日 04点02分 1
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zlh_smile 楼主
sp2杂化 sp2杂化轨道的空间取向示意图 (图9-4 BF3的平面三角形构型和sp2杂化轨道的空间取向) 由1个s轨道与2个p轨道组合成3个sp2 杂化轨道的过程称为sp2 杂化。每个sp2 杂化轨道含有 的s轨道成分和 的p轨道成分,为使轨道间的排斥能最小,3个sp2杂化轨道呈正三角形分布,夹角为1200[图9-4]。当3个sp2杂化轨道分别与其他3个相同原子的轨道重叠成键后,就形成正三角形构型的分子。
2007年02月13日 04点02分 2
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zlh_smile 楼主
sp3杂化轨道示意图 (图9-5 4个sp3杂化轨道) sp3杂化轨道是由1个s轨道和3个 p轨道组合成4个sp3杂化轨道的过程称为sp3 杂化。每个sp3杂化轨道含有 的s 轨道成分和 的p轨道成分。为使轨道间的排斥能最小,4个顶角的sp3杂化轨道间的夹角均为109 0 28’ [图9-5]。当它们分别与其他4个相同原子的轨道重叠成键后,就形成正四面体构型的分子。
2007年02月13日 04点02分 3
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zlh_smile 楼主
实例分析1: 试说明BeCl2分子的空间构型。 解 实验测出,BeCl2分子中有2个完全等同的Be­Cl键,键角为1800 ,分子的空间构型为直线。 Be原子的价层电子组态为2s2 。在形成BeCl2 分子的过程中,Be原子的1个2s电子被激发到2p空轨道,价层电子组态为2s1 2px1 ,这2个含有单电子的2s轨道和2px轨道进行sp杂化,组成夹角为1800 的2个能量相同的sp杂化轨道,当它们各与2个Cl原子中含有单电子的3p轨道重叠,就形成2个sp­p的σ键,所以BeCl2分子的空间构型为直线,其形成过程可表示为
2007年02月13日 04点02分 4
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zlh_smile 楼主
实例分析2: 试说明BF3分子的空间构型。 解 实验测定,BF3分子中有3个完全等同的B-F键,键角为1200 ,分子的空间构型为正三角形。 BF3分子的中心原子是B,其价层电子组态为2s22px1 。在形成BF3分子的过程中,B原子的2s轨道上的1个电子被激发到2p空轨道,价层电子组态为2s12px12py1 ,1个2s轨道和2个2p轨道进行sp2杂化,形成夹角均为1200 的3个完全等同的sp2杂化轨道,当它们各与1个F原子的含有单电子的2p轨道重叠时,就形成3个sp2-p的σ键。故BF3 分子的空间构型是正三角形,其形成过程可表示为
2007年02月13日 04点02分 5
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zlh_smile 楼主
实例分析3:试解释CCl4分子的空间构型。 解 近代实验测定表明,CCl4分子的空间构型为正四面体。其形成过程可表示为
2007年02月13日 04点02分 6
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zlh_smile 楼主
即中心原子C以夹角均为1090 28’的4个完全等同的sp3杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠后,形成4个sp3­s的σ键。故CCl4 分子的空间构型为正四面体[图9-6(b)]。 sp型杂化方式总结: 见表9-3。 表9-3 sp型的三种杂化 杂 化 类 型 sp sp2 sp3 参与杂化的原子轨道 1个 s + 1个p 1个s + 2个p 1个s + 3个p 杂 化 轨 道 数 2个sp杂化轨道 3个sp2杂化轨道 4个sp3杂化轨道 杂化轨道间夹角 1800 1200 1090 28’ 空 间 构 型 直 线 正三角形 正四面体 实 例 BeCl2 , C2H2 BF3 , C2H4 CH4 , CCl4 2.spd型杂化 能量相近的(n ­1)d与ns、np轨道或ns、np与nd轨道组合成新的dsp或spd型杂化轨道的过程可统称为spd型杂化。杂化形成过程如sp3 d可表示为
2007年02月13日 04点02分 7
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zlh_smile 楼主
一般这种类型的杂化比较复杂,它们通常存在于过渡元素形成的化合物中(将在第十一章配位化合物中介绍)。下面列出几种典型的杂化实例:
2007年02月13日 04点02分 8
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zlh_smile 楼主
杂化类型 dsp2 dsp3 d2sp3 或sp3d2 杂化轨道数 4 5 6 空间构型 平面四方形 图10-7b 三角双锥 图10-7c 八 面 体 图10-7d 实 例 [Ni(CN)4]2- PCl5 [Fe(CN)6]3- ,[Co(NH3)6]2 等性杂化和不等性杂化 1.等性杂化 杂化后所形成的几个杂化轨道所含原来轨道成分的比例相等,能量完全相同,这种杂化称为等性杂化(equivalent hybridization)。通常,若参与杂化的原子轨道都含有单电子或都是空轨道,其杂化是等性的。如上述的三种sp型杂化,即BeCl2、BF3和CH4分子中的中心原子分别为sp、sp2和sp3等性杂化。在配离子[Fe(CN)6]3- 和[Co(NH3 )6]2+中,中心原子分别为d2sp3和 sp3d2等性杂化。 2.不等性杂化 杂化后所形成的几个杂化轨道所含原来轨道成分的比例不相等而能量不完全相同,这种杂化称为不等性杂化(nonequivalent hybridization)。通常,若参与杂化的原子轨道中,有的已被孤对电子占据,其杂化是不等性的。 等性杂化和不等性杂化关键点----每个杂化轨道的状态是否一样 实例分析4: 试说明NH3分子的空间构型。 解:实验测知,NH3分子中有3个N­H键,键角为1070 ,分子的空间构型为三角锥形(习惯上孤对电子不包括在分子的空间构型中)。N原子是NH3 分子的中心原子,其价层电子组态为2s22px12py12pz1 。在形成NH3分子的过程中,N原子的1个已被孤对电子占据的2s轨道电子占据的2s轨道与3个含有单电子的p轨道进行sp3杂化,但在形成的4个sp3杂化轨道中,有1个已被N原子的孤对电子占据,该sp3杂化轨道含有较多的2s轨道成分,其余3个各有单电子的sp3杂化轨道则含有较多的 2p轨道成分,故N原子的sp3杂化是不等性杂化。
2007年02月13日 04点02分 9
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zlh_smile 楼主
当3个含有单电子的sp3杂化轨道各与1个H原子的1s轨道重叠,就形成3个sp3­s的σ键。由于N原子中有1对孤对电子不参与成键,其电子云较密集于N原子周围,它 对成键电子对产生排斥作用,使 N­H 键的夹角被压缩至1070 (小于109028’) ,所以 NH3分子的空间构型呈三角锥形(图9-8)。 实例分析5: 试解释H2O分子的空间构型。 解 实验测得,H2O分子中有2个O-H键,键角为104045',分子的空间构型为 V形。中心原子O的价层电子组态为2s22px22py112pz1 。在形成H2O分子的过程中,O原子以sp3不等性杂化形成4个sp3不等性杂化轨道,其中有单电子的2个sp3杂化轨道含有较多的2p轨道成分,它们各与1个H原子的1s轨道重叠,形成2个sp3-s的σ键,而余下的2个含有较多2s轨道成分的sp3杂化轨道各被1对孤对电子占据,它们对成键电子对的排斥作用比NH3分子中的更大,使O-H键夹角压缩至104045'( 比 NH3分子的键角小),故H2O分子具有V形空间构型(图9-9)。
2007年02月13日 04点02分 10
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这不是他整理的!我有这个网页!!!!!!!!!!!!!!楼主啊,别人嘴里的馍香吗??脸皮啊......
2007年02月15日 05点02分 11
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zlh_smile 楼主
抱歉这是我从化吧转来的是断桥发上来的我不知道他也是转贴此帖将在今晚重新发布并更名希望您海涵
2007年02月15日 08点02分 12
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zlh_smile 楼主
但是希望您在说话时能够调查清楚不要太过伤人
2007年02月15日 08点02分 13
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杂化么,我总觉得有种自圆其说的味道,因为理论解释不了实验结果,才想了这么个理论吗?(童言无忌哟)说简单也简单.但竞赛书上的有点头痛.恶心!
2007年02月20日 11点02分 15
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zlh_smile 楼主
是的许多理论都是这样来的
2007年02月21日 05点02分 16
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大家好,我想说几句:任何理论观点都是有适用范围的;关于杂化理论,他是可以用量子(理论)物理计算的。在那里,他是经过一定假设,用计算推导后得出结论,并对结论进行解释,同时用实验来检验。朋友们,勤翻书,多思考后下结论。还想说一点,针对高中的弟妹们,在元素周期律章节里,多记忆,形象思考,不必追究的太清楚;同时也是有些不现实的。因为,这方面的知识,就是大学里学化学专业的到毕业时也许还弄不全明白;这些知识,在大学化学里都只是运用了结论来解释而已;要真正透彻理解,是要花费很多经历的,也要有勇气。我说这些话,不要理解消极了,目的是使大家有更好的奋斗追求的目标和方向。谢谢!
2007年03月19日 13点03分 18
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正在学习这一章头疼啊
2007年06月09日 09点06分 19
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zlh_smile 楼主
杂化轨道还是比较简单和基础的
2007年06月09日 10点06分 20
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型吧,噬不甚感激.
2007年06月09日 15点06分 21
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