杂化轨道理论课件.pptx

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1、中心原子中心原子分子分子类型类型中心原子中心原子结合的原子数结合的原子数代表物代表物空间构型空间构型无孤对电子无孤对电子AB22CO2AB33CH2OAB44CH4有孤对电子有孤对电子AB22H2OAB33NH3直线形直线形平面三角形平面三角形正四面体正四面体V V 形形三角锥形三角锥形二、价层电子对互斥模型二、价层电子对互斥模型(VSEPR模型模型)一、形形色色的分子一、形形色色的分子复 习 回 顾第1页/共32页思考与交流思考与交流 1 1、甲烷分子呈正四面体结构，它的四个、甲烷分子呈正四面体结构，它的四个C-HC-H键的键长相同，键角都是键的键长相同，键角都是10928 10928，四，

2、四个个C-HC-H键的性质完全相同键的性质完全相同 2 2、根据价键理论，甲烷形成四个、根据价键理论，甲烷形成四个C-HC-H键都键都应该是应该是键，然而键，然而C C原子最外层的四个电子分别原子最外层的四个电子分别2 2个在球形个在球形2S2S轨道、轨道、2 2个在相互垂直个在相互垂直2P2P轨道上，轨道上，用它们跟用它们跟4 4个氢原子的个氢原子的1S1S原子轨道重叠，不可能原子轨道重叠，不可能形成四面体构型的甲烷分子形成四面体构型的甲烷分子如何解决上列一对矛盾？如何解决上列一对矛盾？第2页/共32页值得注意的是价层电子对互斥模值得注意的是价层电子对互斥模型只能解释化合物分子的空间构形，型

3、只能解释化合物分子的空间构形，却无法解释许多深层次的问题。却无法解释许多深层次的问题。为了解决这一矛盾，为了解决这一矛盾，鲍林鲍林提出了提出了杂杂化轨道理论化轨道理论第3页/共32页三、杂化轨道理论简介三、杂化轨道理论简介-鲍林鲍林1 1、杂化：、杂化：杂化是指在形成分子时，由于原子的杂化是指在形成分子时，由于原子的相互影响，若干不同类型相互影响，若干不同类型能量相近能量相近的原子轨道的原子轨道混杂起来，重新组合成一组新的原子轨道。这混杂起来，重新组合成一组新的原子轨道。这种重新组合的过程叫做种重新组合的过程叫做杂化杂化，所形成的新的轨，所形成的新的轨道称为道称为杂化轨道。杂化轨道。2 2、杂

4、化的过程：、杂化的过程：杂化轨道理论认为在形成分子杂化轨道理论认为在形成分子时，通常存在时，通常存在激发、杂化激发、杂化和和轨道重叠轨道重叠等过程。等过程。第4页/共32页sp3CHCH4 4分子（分子（spsp3 3杂化）杂化）第5页/共32页3.3.杂化轨道理论的要点杂化轨道理论的要点(1)(1)发生轨道杂化的原子一定是发生轨道杂化的原子一定是中心原子。中心原子。(2)(2)参加杂化的各原子轨道参加杂化的各原子轨道能量要相近能量要相近（同一能（同一能 级组或相近能级组的轨道）。级组或相近能级组的轨道）。(3)(3)杂化轨道的能量、形状完全相同。杂化轨道的能量、形状完全相同。(4)(4)杂化

5、前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨 道数目道数目等于等于形成的杂化轨道数目；杂化后原形成的杂化轨道数目；杂化后原 子轨道方向改变，杂化轨道在成键时更子轨道方向改变，杂化轨道在成键时更有利有利 于轨道间的重叠于轨道间的重叠(5)(5)杂化轨道只用于形成杂化轨道只用于形成 键或用来容纳未参与成键或用来容纳未参与成键的孤电子对键的孤电子对第6页/共32页1.sp3 杂化原子形成分子时,同一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.三、杂化轨道理论简介三、杂化轨道理论简介第7页/共32页第8页/共32页2s2pC的

6、基态的基态2s2p激发态激发态正四面体形正四面体形sp3杂化态杂化态CHHHH10928激发激发当当碳碳原原子子与与4 4个个氢氢原原子子形形成成甲甲烷烷分分子子时时,碳碳原原子子的的2s2s轨轨道道和和3 3个个2p2p轨轨道道这这4 4个个轨轨道道会会发发生生混混杂杂,混混杂杂时时保保持持轨轨道道总总数数不不变变,得得到到4 4个个能能量量相相等等、成成分分相相同同的的spsp3 3杂杂化化轨轨道道,夹角夹角109 109 28,28,如下图所示：如下图所示：第9页/共32页实例分析实例分析1：试解释试解释CCl4分子的空间构型。分子的空间构型。CCl4分分子子的的中中心心原原子子是是C，

7、其其价价层层电电子子组组态态为为2s22px12py1。在在形形成成CCl4分分子子的的过过程程中中，C原原子子的的2s轨轨道道上上的的1个个电电子子被被激激发发到到2p空空轨轨道道，价价层层电电子子组组态态为为2s12px12py12pz1，1个个2s轨轨道道和和3个个2p轨轨道道进进行行sp3杂杂化化，形形成成夹夹角角均均为为109028的的4个个完完全全等等同同的的sp3杂化轨道。其形成过程可表示为杂化轨道。其形成过程可表示为第10页/共32页理论分析：理论分析：C原子的原子的4个个sp3杂化轨道分别与杂化轨道分别与4个个Cl原子含有单电子的原子含有单电子的2p轨道重叠，形成轨道重叠，形

8、成4个个sp3p的的键。故键。故CCl4分子的空间构型是正四面体分子的空间构型是正四面体.实验测定：实验测定：CCl4分子中有四个完全等同的分子中有四个完全等同的CCl键，键，其分子的空间构型为正四面体。其分子的空间构型为正四面体。第11页/共32页2 2.sp.sp2 2杂化杂化：一个：一个s s轨道与两个轨道与两个p p轨道杂化，得轨道杂化，得三个三个spsp2 2杂化轨道，每个杂化轨道的杂化轨道，每个杂化轨道的s s成分为成分为1/31/3，p p成分为成分为2/32/3，三个杂化轨道在空间分布，三个杂化轨道在空间分布是在同一平面上，互成是在同一平面上，互成120120第12页/共32页

9、实例分析实例分析2：分析分析BF3分子的空间构型。分子的空间构型。BF3分分子子的的中中心心原原子子是是B，其其价价层层电电子子排排布布为为2s22px1。在在形形成成BF3分分子子的的过过程程中中，B原原子子的的2s轨轨道道上上的的1个个电电子子被被激激发发到到2p空空轨轨道道，价价层层电电子子排排布布为为2s12px12py1，1个个2s轨轨道道和和2个个2p轨轨道道进进行行sp2杂杂化化，形形成成夹夹角角均均为为1200的的3个个完完全全等等同同的的SP2杂杂化化轨道。其形成过程可表示为：轨道。其形成过程可表示为：第13页/共32页理论分析：理论分析：B原子的三个原子的三个SP2杂化轨道

10、分别与杂化轨道分别与3个个F原子含有单电子的原子含有单电子的2p轨道重叠，形成轨道重叠，形成3个个sp2p的的键。故键。故BF3分子的空间构型是平面三角形。分子的空间构型是平面三角形。实验测定：实验测定：BF3分子中有分子中有3个完全等同的个完全等同的BF键，键，键角为键角为1200，分子的空间构型为平面三角形。，分子的空间构型为平面三角形。+第14页/共32页BF3分子的形成分子的形成：F3F+BBFF120（平面三角形）（平面三角形）第15页/共32页3 3.spsp杂化杂化：同一原子中：同一原子中1 1个个s s轨道与轨道与1 1个个p p轨道轨道杂化形成杂化形成2 2个个spsp杂化轨

11、道。每个杂化轨道的杂化轨道。每个杂化轨道的s s成分为成分为1/21/2，p p成分为成分为1/21/2，杂化轨道之间的夹，杂化轨道之间的夹角为角为180180度。度。第16页/共32页实例分析实例分析3：BeCl2分子的形成和空间构型。分子的形成和空间构型。BeBe原原子子的的价价层层电电子子排排布布为为2s2s2 2 。在在形形成成BeClBeCl2 2 分分子子的的过过程程中中，BeBe原原子子的的1 1个个2s2s电电子子被被激激发发到到2p2p空空轨轨道道，价价层层电电子子排排布布变变为为为为2s2s1 1 2p2px x1 1 。这这2 2个个含含有有单单电电子子的的2s2s轨轨道

12、道和和2p2px x轨轨道道进进行行spsp杂杂化化，组组成成夹夹角角为为1801800 0 的的2 2个个能能量量相相同同的的spsp杂杂化化轨轨道道，其其形形成成过过程可表示为：程可表示为：第17页/共32页理论分析：理论分析：Be原子上的两个原子上的两个SP杂化轨道分别与杂化轨道分别与2个个Cl原子中含有单电子的原子中含有单电子的3p轨道重叠，形成轨道重叠，形成2个个spp的的键，所以键，所以BeCl2分子的空间构型为直线。分子的空间构型为直线。实验测定：实验测定：BeCl2分子中有分子中有2个完全等同的个完全等同的BeCl键，键，键角为键角为1800，分子的空间构型为直线。，分子的空间

13、构型为直线。其他例子：其他例子：COCO2 2、HCCHHCCH第18页/共32页1 1）spsp杂化杂化 乙炔中的碳原子为sp杂化，分子呈直线构型。两个碳原子的sp杂化轨道沿各自对称轴形成CC 键，另两个sp杂化轨道分别与两个氢原子的1s轨道重叠形成两个CH 键，两个py轨道和两个pz轨道分别从侧面相互重叠，形成两个相互垂直的CC键，形成乙炔分子。2 2）空间结构是直线型：）空间结构是直线型：三个三个键在一条直线上。键在一条直线上。第19页/共32页第20页/共32页BCl3、CO32、NO3、H2C=O、SO3、烯烃C=C结构中的中心原子都是以sp2杂化的。以sp2杂化轨道构建结构骨架的中

14、心原子必有一个垂直于sp2-骨架的未参与杂化的p轨道，如果这个轨道跟邻近原子上的平行p轨道重叠，并填入电子，就会形成键。如，乙烯H2C=CH2、甲醛H2C=O。石墨、苯中碳原子也是以石墨、苯中碳原子也是以spsp2 2杂化的：杂化的：第21页/共32页 乙烯中的在轨道杂化时，有一个轨道未参与杂化，只是的s与两个p轨道发生杂化，形成三个相同的sp2杂化轨道，三个sp2杂化轨道分别指向平面三角形的三个顶点。未杂化p轨道垂直于sp2杂化轨道所在平面。杂化轨道间夹角为120。的sp2杂化第22页/共32页第23页/共32页第24页/共32页 基基态态N的的最最外外层层电电子子构构型型为为 2s22p3

15、，在在H影影响响下下，N 的的一一个个2s轨轨道道和和三三个个2p 轨轨道道进进行行sp3 不不等性等性杂杂化化，形形成成四四个个sp3 杂杂化化轨轨道道。其其中中三三个个sp3杂杂化化轨轨道道中中各各有有一一个个未未成成对对电电子子，另另一一个个sp3 杂杂化化轨轨道道被被孤孤对对电电子子所所占占据据。N 用用三三个个各各含含一一个个未未成成对对电电子子的的sp3 杂杂化化轨轨道道分分别别与与三三个个H 的的1s 轨轨道道重重叠叠，形形成成三三个个 键键。由由于于孤孤对对电电子子的的电电子子云云密密集集在在N 的的周周围围，对对三三个个 键键的的电电子子云云有有比比较较大大的的排排斥斥作作用

16、用，使使 键键之之间间的的键键角角被被压压缩缩到到 ，因因此此NH3 的空间构型为三角锥形。的空间构型为三角锥形。第25页/共32页第26页/共32页 基基态态O 的的最最外外层层电电子子构构型型为为2s22p4，在在 H 的的影影响响下下，O 采采用用sp3 不不等等性性杂杂化化，形形成成四四个个sp3 杂杂化轨道，其中两个杂化轨道中各有一个未成对电化轨道，其中两个杂化轨道中各有一个未成对电子，另外两个杂化轨道分别被两对孤对电子所占子，另外两个杂化轨道分别被两对孤对电子所占据据。O 用用两两个个各各含含有有一一个个未未成成对对电电子子的的sp3杂杂化化轨轨道分别与两个道分别与两个H 的的 1

17、s 轨道重叠，形成两个轨道重叠，形成两个 键键。由由于于O的的两两对对孤孤对对电电子子对对两两个个 键键的的成成键键电子有更大的排斥作用，使电子有更大的排斥作用，使 键之间的键角被键之间的键角被压缩到压缩到 ，因此因此 H2O 的空间构型为的空间构型为V V型。型。第27页/共32页杂杂 化化 类类 型型spspSpSp2 2spsp3 3参与杂化的参与杂化的原子轨道原子轨道1 1个个 s+1s+1个个p p1 1个个s+2s+2个个p p1 1个个s+3s+3个个p p杂杂 化化 轨轨 道道 数数2 2个个spsp杂化轨道杂化轨道3 3个个spsp2 2杂化轨杂化轨道道4 4个个spsp3

18、3杂化轨杂化轨道道杂化轨道杂化轨道间夹角间夹角1801800 01201200 01091090 0 2828空空间间构构型型直线直线形形平面平面三角形三角形 正四面体正四面体实实例例BeClBeCl2 2,C C2 2H H2 2BF3,C2H4CH4,CCl43、s-p型的三种杂化比较第28页/共32页（1）杂化轨道只用于形成）杂化轨道只用于形成键和用来容纳孤对电子键和用来容纳孤对电子（2）杂化轨道数杂化轨道数=价层电子对数价层电子对数=中心原子孤对电子对数中心原子孤对电子对数中心原子结合的原子数中心原子结合的原子数4 4、杂化类型的判断：、杂化类型的判断：等于2，则中心原子发生sp杂化；

19、等于3，则中心原子发生sp2杂化；等于4，则中心原子发生sp3杂化；(3)看中心原子有没有形成键，如果有2个键，形成的是sp杂化；如果有1个键，形成的是sp2杂化；如果全部是单键，则形成的是sp3杂化。第29页/共32页0+2=2sp直线形直线形0+3=3sp2平面三角形平面三角形0+4=4sp3正四面体形正四面体形1+2=3sp2V形形1+3=4sp3三角锥形三角锥形2+2=4sp3V形形代表物代表物杂化轨道数杂化轨道数 杂化轨道类型杂化轨道类型 分子结构分子结构CO2CH2OCH4SO2NH3H2O结合上述信息完成下表：结合上述信息完成下表：第30页/共32页例1：下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是()ACO2与SO2 BCH4与NH3 CBeCl2与BF3 DC2H2与C2H4B例2：对SO2与CO2说法正确的是()A都是直线形结构 B中心原子都采取sp杂化轨道 C S原子和C原子上都没有孤对电子 D SO2为V形结构，CO2为直线形结构D第31页/共32页谢谢您的观看！第32页/共32页