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第二章 分子结构 第三节 杂化轨道理论 杂化轨道的杂化轨道的概念概念 原子轨道原子轨道杂化：杂化：在在形成分子的过程中，若干不同类型形成分子的过程中，若干不同类型能量相近能量相近的原子轨的原子轨 道重新组合成一组新轨道。这种轨道道重新组合成一组新轨道。这种轨道重新组合的过程称为杂化重新组合的过程称为杂化，所形成，所形成 的新轨道叫做的新轨道叫做杂化轨道杂化轨道。 轨道数目轨道数目守恒：守恒：参与参与“杂化”的原子轨道“杂化”的原子轨道数目数目 = = 组成组成的杂化轨道数目。的杂化轨道数目。 杂化的优势：杂化的优势：与与原来的原子轨道相比，杂化轨道的空间伸展方向改变，原来的原子轨道相比，杂化轨道的空间伸展方向改变， 成键能力更强成键能力更强; ;不同的杂化轨道的空间分布不同，由此决定了分子的空不同的杂化轨道的空间分布不同，由此决定了分子的空 间几何构型不同。间几何构型不同。 1931年，年，Pauling提出了杂化轨道理论，推动了价键理论的发展。提出了杂化轨道理论，推动了价键理论的发展。 杂化轨道的杂化轨道的类型类型 sp，sp2 ， sp3 sp3d， sp3d2 CH4的空间构型为正四面体。的空间构型为正四面体。 C：2s22p2 1. sp型杂化型杂化 sp3 杂化杂化 键角为：键角为：109.5 激发 s2 p2p2 s2 杂化 3 sp sp3 sp3 杂化杂化 杂化轨道间夹角杂化轨道间夹角109.5 ，正四面体结构。，正四面体结构。 s2 p2 B： 2s22p1 sp2 杂化杂化 BF3的空间构型为平面三角形。的空间构型为平面三角形。 键角为：键角为：120 激发s2 p2 sp2 sp2杂化杂化 sp2 杂化杂化 杂化轨道间夹角杂化轨道间夹角120 ，平面三角形结构，平面三角形结构。 BF3(g) 分子的形成分子的形成 B以以 3 个个 sp2 杂化轨道杂化轨道与与 3 个个 F 的的 各各 1 个个 2px轨道轨道形成形成 键键 BF3的的电子密度电子密度分布示意图分布示意图 乙烯分子乙烯分子 H2C=CH2 每个每个C原子作原子作sp2杂化杂化，与另一个与另一个C原子和二个原子和二个H原子形成原子形成3个个 键键， 两个两个C原子余下的各原子余下的各1个个2pZ轨道轨道 “肩并肩肩并肩” 重叠形成重叠形成 键键 BeCl2分子：直线形。分子：直线形。 键角为：180 sp杂化杂化 激发 s2 p2p2 s2 sp sp杂化 s轨道轨道 p轨道轨道 sp杂化轨道杂化轨道 BeCl2分子用分子用杂化轨道成键杂化轨道成键。 sp型型杂化轨道的夹角公式：杂化轨道的夹角公式： cos 1 式中：式中：为杂化轨道之间的夹角，为杂化轨道之间的夹角， 为杂化轨道中含为杂化轨道中含s轨道的成分。轨道的成分。 例如：例如：BeCl2分子分子 1/2 cos1 1 1/2 180 2. spd型杂化型杂化 sp3d杂化杂化 PCl5(g)的几何构型为三角双锥。的几何构型为三角双锥。 激发 P： 3s23p3 3p 3s 3d 3d 3p 3s sp3d杂化杂化 sp3d PCl5 键角键角：120 , 90 分子分子几何几何构型构型: 三角双锥三角双锥体体 杂化轨道几何杂化轨道几何构型构型: 三角双锥三角双锥体体 sp3d orbitals Trigonal-bipyramidal structure sp3d2杂化杂化 SF6的几何构型为八面体的几何构型为八面体。 S： 3s23p4 激发 3d 3p 3s 3p 3s 3d sp3d2杂化杂化 sp3d2 SF6 分子分子几何构型几何构型: 正八面体正八面体 杂化轨道几何杂化轨道几何构型构型: 正八面体正八面体 键角为键角为90 杂化轨道与分子空间杂化轨道与分子空间构型小结构型小结 杂化杂化 类型类型 杂化轨杂化轨 道数目道数目 键角键角 分子几何构型分子几何构型 实例实例 sp sp2 sp3 sp3d sp3d2 2 3 4 5 6 180 120 109.5 90 ,120 90 直线形直线形 平面三角形平面三角形 四面体四面体 三角双锥三角双锥 八面体八面体 BeCl2, CO2 BF3, AlCl3 CH4, CCl4 PCl5 SF6, SiF62- 3. 不等性杂化不等性杂化 参与参与杂化的原子轨道杂化的原子轨道s, p 和和 d等成分不相等，所形成的杂化轨道是等成分不相等，所形成的杂化轨道是 一组能量彼此不相等的轨道。一组能量彼此不相等的轨道。 sp3不等性杂化：不等性杂化：NH3 , H2O。 NH3：几何：几何构型为构型为三角锥三角锥。 键角为：键角为：107107 N： 2s22p3 杂化 3 sp 2p s2 sp3不等性杂化不等性杂化 一对一对孤对电子占据的杂化轨道能量较低，含更多的孤对电子占据的杂化轨道能量较低，含更多的s成分。成分。 杂化 3 sp2p s2 H2O：几何构型为：几何构型为V型。型。 O： 2s22p4 键角为：键角为：104.5 sp3不等性杂化不等性杂化 两两个杂化轨道能量较低，被两对孤对电子占据。个杂化轨道能量较低，被两对孤对电子占据。 杂化轨道理论的杂化轨道理论的优缺点优缺点 成功成功地解释了一些地解释了一些分子分子（CH4、PCl5、SF6）的）的形成形成过程以及过程以及分子分子 几何构型几何构型。 不能不能解释解释H2+（单电子键单电子键）和一些）和一些复杂分子的结构复杂分子的结构。 有时有时难以判断难以判断中心原子的中心原子的杂化态杂化态。
