杂化轨道理论图解文档格式.docx
《杂化轨道理论图解文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《杂化轨道理论图解文档格式.docx(22页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
NO,NO2
…
中心原子周围价电子数
10
12
4
6
含奇数价电子的分子
③、不能解释某些分子的性质。
含有未成对电子的分子通常是顺磁性的(即它们在磁场中表现出磁性)例如O2。
2、1927年德国的海特勒Heitler和美籍德国人的伦敦London两位化学家建立了现代价键理论,简称VB理论(电子配对法)。
1931年,鲍林在电子配对的基础上提出了杂化轨道理论的概念,获1954年诺贝尔化学奖。
3、1928年-1932年,德国的洪特(F.Hund)和美国的马利肯(R.S.Mulliken)两位化学家提出分子轨道理论,简称MO理论。
马利肯(R.S.Mulliken)由于建立和发展分子轨道理论荣获得1966年诺贝尔化学奖。
MO法和VB法是两种根本不同的物理方法;
都是电子运动状态的近似描述;
在一定条件下它们具有等价性。
O2:
2O原子电子组态1s22s22p4→O2,8×
2=16个电子,外层电子:
12个电子,
Symmetry[`simitri]这个字的第一个字母)。
σ键形成的方式:
ⅱ、π键:
两个p轨道彼此平行地重叠起来,轨道的对称面是通过键轴的平面,这个对称面就叫节面,这样的轨道称为π轨道,生成的键称为π键(π相当于英文的p,是平行parallel[`pæ
rǝlel]的第一个字母)。
π键的形成过程:
,
σ键和π键只是共价键中最简单的模型,此外还有十分多样的共价键类型。
如苯环的p-p大π键,硫酸根中的d-pπ键,硼烷中的多中心键……
δ键:
若原子轨道以面对面(如dxy与dxy)方式重叠,为δ键(在金属原子间成键或多核配合物结构中出现)。
②、配位键:
成键两原子必须共用一对电子。
这一对电子也可以由一个原子提供出来,与另一原子(提供空轨道)共用,这样形成的共价键叫做配位键。
通常用A→B表示。
形成配位键必须具备两个条件:
Ⅰ、A是提供共用电子对的原子,其价电子层有未共用的电子对,即必须有孤对电子。
Ⅱ、B是接受共用电子对的原子,其价电子层必须有可利用的空轨道。
含有配位键的离子或化合物是相当普遍的,如[Cu(NH3)4]2+、[Ag(NH3)2]+、[Fe(CN)6]4-、Fe(CO)5。
※电子对给予体称为路易斯碱,电子对接受体称为路易斯酸。
2、价键理论二:
杂化轨道理论〔鲍林(Pauling)1931年提出,为了解释键角的变化。
〕
价键理论简明地阐明了共价键的形成过程和本质,成功解释了共价键的方向性和饱和性,但在解释一些分子的空间结构方面却遇到了困难。
例如CH4分子的形成,按照价键理论,C原子只有两个未成对的电子,只能与两个H原子形成两个共价键,而且键角应该大约为90°
。
但这与实验事实不符,因为C与H可形成CH4分子,其空间构型为正四面体,∠HCH=109°
28′。
为了更好地解释多原子分子的实际空间构型和性质,1931年鲍林和斯莱脱(Slater)在电子配对理论的基础上,提出了杂化轨道理论(hybridorbitaltheory),丰富和发展了现代价键理论。
⑴、杂化轨道理论的基本要点
◆原子在形成分子时,为了增强成键能力,同一原子中能量相近的不同类型(s、p、d…)
的几个原子轨道可以相互叠加进行重新组合,形成能量、形状和方向与原轨道不同的新的原子轨道。
这种原子轨道重新组合的过程称为原子轨道的杂化,所形成的新的原子轨道称为杂化轨道。
注意:
①、只有在形成分子的过程中,中心原子能量相近的原子轨道才能进行杂化,孤立的原子不可能发生杂化。
②、只有能量相近的轨道才能互相杂化。
常见的有:
nsnpnd,
(n-1)dnsnp;
③、杂化前后,总能量不变。
但杂化轨道在成键时更有利于轨道间的重叠,即杂化轨道的成键能力比未杂化的原子轨道的成键能力增强,形成的化学键的键能大。
这是由于杂化后轨道的形状发生了变化,电子云分布集中在某一方向上,成键时轨道重叠程度增大,成键能力增强。
④、杂化所形成的杂化轨道的数目等于参加杂化的原子轨道的数目,亦即杂化前后,原子轨道的总数不变。
⑤、杂化轨道的空间构型取决于中心原子的杂化类型。
不同类型的杂化,杂化轨道的空间取向不同,即一定数目和一定类型的原子轨道间杂化所得到的杂化轨道具有确定的空间几何构型,由此形成的共价键和共价分子相应地具有确定的几何构型。
什么叫杂化?
同一原子的能量相近的原有的原子轨道“混杂”起来,重新组合形成新轨道的过程,叫做杂化。
什么叫杂化轨道?
新组合的原子轨道叫做杂化轨道。
为什么要杂化?
杂化轨道形成的化学键的强度更大,体系的能量更低。
杂化的动力:
受周围原子的影响。
为什么杂化后成键,体系的能量降低?
杂化轨道在一个方向上更集中,便于轨道最大重叠。
杂化轨道的构型决定了分子的几何构型:
杂化轨道有利于形成σ键,但不能形成π键。
由于分子的空间几何构型是以σ键为骨架,故杂化轨道的构型就决定了其分子的几何构型。
杂化的规律
杂化前后轨道数目不变,空间取向改变;
杂化轨道能与周围原子形成更强的σ键,或安排孤对电子,而不会以空的杂化轨道存在。
杂化后轨道伸展方向、形状发生改变,成键能力增强,成键能力大小顺序(s成分越多
成键能力越强)sp<
sp2<
sp3<
dsp2<
sp3d<
sp3d2
⑵、杂化轨道的特点
①、所组成的几个杂化轨道具有相同的能量;
②、形成的杂化轨道数目等于原有的原子轨道数目;
③、杂化轨道的空间伸展方向一定(亦即,杂化轨道的方向不是任意的,杂化轨道之间有一定的夹角);
④、杂化轨道的成分:
每个杂化轨道的成分之和为1;
每个参加杂化的原子轨道,在所有杂化轨道中的成分之和为1(单位轨道的贡献)。
杂化轨道基本类型
sp
sp2
sp3
参加杂化的原子轨道
1个s和1个p
1个s和2个p
1个s和3个p
杂化轨道数目
2个sp杂化轨道
3个sp2杂化轨道
4个sp3杂化轨道
每个杂化轨道的成分
s,
p
杂化轨道间的夹角
180°
120°
109°
28′
几何构型
直线型
平面三角形
正四面体形
实例
BeCl2,HgCl2
CH4,SiF4
中心原子
Be,Hg
B
C,Si
⑶、最常见的杂化轨道类型简介
杂化轨道类型
dsp2[d(x2-y2)与s、px、py]
空间几何构型
平面正方形
2
3
sd3[s与dxy、dxz、dyz]
sp3d[dz2]
dsp3[d(x2-y2)]
三角双锥形
四方锥形
5
d2sp3,sp3d2[dz2,d(x2-y2)]
sp3d3
正八面体形
五角双锥形
7
dp
sd
dp2,d2s
d3s
弯曲型,
d4s,d2sp2
d3p3
d4sp
d4sp3
反三角双锥形
三棱柱型
十二面体形
8
MX2
MX3
MX4
MX5
dsp3
MX6
d2sp3
dsp2
d2sp2
①sp杂化轨道:
是1个ns轨道与1个np轨道杂化形成2个sp杂化轨道。
BeCl2的成键过程,Be原子的杂化。
两个sp杂化轨道的夹角为180º
,空间构型:
直线型。
②、SP2杂化轨道:
是一个原子的1个nS轨道和2个nP轨道之间进行杂化,形成3个等价的SP2杂化轨道。
3个SP2杂化轨道互成120°
,sp2杂化形成平面正三角形分子。
例如BCl3的成键过程,B原子的杂化。
③、SP3杂化轨道:
是一个原子的1个S轨道和3个P轨道之间进行杂化,形成4个等价的SP3杂化轨道。
4个SP3杂化轨道互成109.5°
,sp3杂化形成正四面体结构分子。
例如CH4
的成键过程,C原子的杂化。
相关链接:
BeCl2是共价化合物,在气态为双聚分子(BeCl2)2(在773~873K下),温度再高时,二聚体解离为单体BeCl2,在1273K完全离解。
固态BeCl2具有无限长链结构。
在BeCl2(g)中Be为sp杂化,直线型。
在双聚体(BeCl2)2(g)中Be为SP2杂化。
在固态BeCl2中Be为SP3杂化。
直线型:
CO2,BeCl2,[Ag(NH3)2]+,HgCl2,ZnCl2,HC≡CH(C原子sp杂化);
平面三角形:
BF3,SO3(g),NO-3,CO2-3,H2C=CH2(C原子sp2杂化);
正四面体形:
CH4,SO2-4,SiF4,NH4+,[Zn(NH3)4]2+;
ClO4-,MnO-4,MnO2-4(Mn原子d3s杂化);
平面正方形:
[Cu(NH3)4]2+,[Zn(CN)4]2-,[PdCl4]2-;
三角双锥形:
PCl5,[Fe(CO)5];
四方锥形:
Sb(C6H5)5;
正八面体形:
SF6,[Fe(CN)6]3-,FeF3-6,AlF3-6;
五角双锥形:
IF7;
⑷、等性杂化与s-p型不等性杂化
①、等性杂化:
由不同类型的原子轨道“混合”起来,重新组合成一组完全等同的杂化轨道的过程称为等性杂化,形成的轨道为等性杂化轨道。
各个杂化轨道的形状和能量完全相同。
条件:
当成键原子中参与杂化的原子轨道上的电子数目等于杂化轨道数目,且与之成键的原子也完全相同,其杂化就是等性杂化。
例如,CH4和CCl4…与中心原子键合的是同一种原子,分子呈高度对称的正四面体构型,其中的4个sp3杂化轨道自然没有差别,这种杂化类型叫做等性杂化。
②、不等性杂化:
由不同类型的原子轨道“混合”起来,重新组合成一组不完全等同的杂