第二章分子的立体结构与性质第2节杂化轨道理论

第二章

分子的立体结构与性质

第二节 杂化轨道理论简介

复习：价层电子对互斥模型一类是中心原子上的价电子都用于形成共价键，如 CO2 、CH2O、CH4 等分子中的碳原子，它们的立体结 构可用中心原子周围的原子数n来预测，概括如下： ABn 立体结构 范例 n=2 直线形 CO2 CS2 n=3 平面三角形 CH2O BF3 n=4 正四面体形 CH4 CCl4 其中VSEPR模型与其分子构型相同。

另一类是中心原子上有孤对电子(未用于形成 共价键的电子对)的分子。

ABn n=2 n=3

VSEPR模型 四面体形 四面体形

立体结构 V形 三角锥形

范例 H2O NH3

分子或离 子HCN

结构式

中心原子 结合原子 数(n) 孤对电子 对数

VSEPR 模型

分子或离 子的立体 结构

0 0

24 3

NH4+ H3O+ BF3

0

3 3

SO32-

问题与交流：

C

2s

2px

2py

2pz

2s

2px

2py

2pz

杂化轨道理论简介：为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论，它的要 点是：当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时，碳原子的 2s轨道和3个2p轨道会发生混杂，混杂时保持轨道总数不 变，得到4个相同的sp3杂化轨道，夹角109 28 ′,表示这4 个轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的如下图所示：2s 2p 激发 2s 2p 正四面体形

C的基态

激发态

sp3 杂化态

H C H H H109°28’

sp3 杂化原子形成分子时，同一个原子中能量相近的一个 ns 轨 道与三个 np 轨道进行混合组成四个新的原子轨道称为 sp3 杂化轨道。

sp2 杂化同一个原子的一个 ns 轨道与两个 np 轨道进行杂化组 合为 sp2 杂化轨道。sp2 杂化轨道间的夹角是120°,分子 的几何构型为平面正三角形。

BF3分子形成过程2s 2p 激发 2s 2p 正三角形

B的基态F B F

激发态

sp2 杂化态

120°F

sp2 杂 化 ： 三 个 夹 角 为 120° 的 平 面 三 角 形 杂 化 轨道。

碳的sp2杂化轨道

sp 杂化同一原子中 ns-np 杂化成新轨道：一个 s 轨道和一个 p 轨道杂化组合成两个新的 sp 杂化轨道。

BeCl2分子形成过程2s2p 激发 Be基态 2s 2p 杂化 激发态 sp杂化态 直线形 直线形

180

键合

Cl

Be

Cl

化合态

sp杂化：夹角为180°的直线 形杂化轨道。

碳的sp杂化轨道

根据以下事实总结：如何判断一个化合物的中心原子 的杂化类型？

C-C

C=C

C≡C

★注意：杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳孤对电子 杂化轨道数=中心原子孤对电子对数+中心原子结合的原 子数 结合上述信息完成下表：代表物 CO2 CH2O CH4 SO2 NH3 H2O 杂化轨道数 杂化轨道类型 分子结构 0+2=2 0+3=3 0+4=4 1+2=3 1+3=4 2+2=4 sp sp2 sp3 sp2 sp3 sp3 直线形 平面三角形 正四面体形 V形 三角锥形 V形

一般判断方法：1、看中心原子有没有形成双键或叁键，如果有1个叁键， 则其中有2个π键，用去了2个p轨道，形

成的是sp杂化；如 果有1个双键则其中有1个π键，形成的是sp2杂化；如果全 部是单键，则形成的是sp3杂化。 2、没有填充电子的空轨道一般不参与杂化，1对孤对电子 占据1个杂化轨道。

碳的sp2杂化轨道碳的sp3杂化轨道 碳 的 sp 杂 化 轨 道

三种SP杂化轨道的比较杂化 类型 参与杂化的 原子轨道 sp sp2 sp3

1个 s + 1个p 2个sp 杂化轨道 1800直线 BeCl2 、C2H2

1个s + 2个p 3个sp2 杂化轨道 1200正三角形 BF3、C2H4

1个s + 3个p 4个sp3 杂化轨道 1090 28’正四面体 CH4、CCl4

杂化 轨道数杂化轨道 间夹角 空 间 构 型 实 例