杂化轨道理论_(公开课)
第二节 分子的立体结构
(杂化轨道理论)
复习回顾
一、形形色色的分子 二、价层电子对互斥模型(VSEPR模型)
中心原子
分子 类型
中心原子 结合的原子数
代表物
空间构型
AB2
2
Hale Waihona Puke CO2直线形无孤对电子 AB3
3
CH2O 平面三角形
AB4
4
CH4 正四面体
有孤对电子 AB2
2
AB3
3
H2O
V形
NH3 三角锥形
(2)sp2杂化
探究2:BF3 分子的形成
F
120°
实验测得,三个共价键,
B
平面三角形分子(键角
F
F 120°)。
B原子价电子排布式:2s22p1,有一 个未成对电子
1个2s 轨道与2个2p 轨道进行的杂化,形成3个sp2 杂 化轨道。
sp2杂化轨道的形成和空间取向示意图
sp2杂化:1个s 轨道与2个p 轨道进行的杂化, 形成3个sp2 杂化轨道。
探究1:BeCl2分子的形成
实验测得: 两个共价键,直线形分子(键角180°)
Cl—Be—Cl
Cl
Be
Cl
180°
Be原子价电子排布式:2s2 没有未成对电子
一个2s 和一个2 p 轨道杂化,形成sp杂化轨道
sp杂化轨道的形成和空间取向示意图
为使轨道间的排斥能最小,轨道间的夹角为180° 。
BeCl2分子的形成 1个s 轨道与1个p 轨道进行的杂化, 形成2个sp 杂化轨道。
分子中6个碳原子未杂化的2P轨道 上的未成对电子重叠结果形成了 一个闭合的、环状的大π键 形成的π电子云像两个连续的面包圈,一个位于平面上面, 一个位于平面下面,经能量计算,这是一个很稳定的体系。
大π 键 (离域键)C6H6
(3)sp3杂化
CH4分子的形成
sp3杂化:1个s 轨道与3个p 轨道进行的杂化,
这种轨道重新组合的过程称为原子轨道的 “杂化”(混合平均化)
2.杂化轨道理论的要点
(1) 杂化的中心各原子轨道能量要相近〖同一能级组 或相近能级组的轨道nsnp或nsnpnd或(n-1)dnsnp〗。
(2) 杂化轨道的能量、形状、大小完全相同,都不同 原来,杂化后原子轨道方向改变,杂化轨道在成键时 更有利于轨道间的重叠。
杂化轨道数 = 中心原子价层电子对数= 中心原子 孤对电子对数+中心原子结合的原子数
代表物
CO2 CH2O SO2 CH4 NH3 H2O
价层电子对 杂化轨道类型 分子结构
数
0+2=2
sp
直线形
0+3=3 1+2=3 0+4=4 1+3=4 2+2=4
sp2
平面三角形
sp2
V形
sp3
正四体
形
sp3
三角锥形
思考与交流
1.回忆: CH4分子中C原子形成几个共价键?分 子空间构型怎样?
2.写出基态C原子价电子的电子排布图,并推测: CH4分子的C原子怎样才能形成四个共价键?
3.如果C原子就以1个2s轨道和3个2p轨道上的 单电子,分别与四个H原子的1s轨道上的单电子 重叠成键,所形成的四个共价键能否完全相同? 这与CH4分子的实际情况是否吻合?
1个 s + 1个p
杂 化 2个sp杂化 轨 道 数 轨道
杂化轨道 180° 间夹角
空间 构型
直线形
实
例 BeCl2
sp2
1个s + 2个p 3个sp2 杂化轨道 120°
平面三角形
BF3
sp3
1个s + 3个p 4个sp3 杂化轨道
109°28′
正四面体形
CH4
4.中心原子杂化类型判断的一般方法
每个sp杂化轨道的形状为 一头大,一头小; 含有1/2 s 轨道和1/2 p 轨道的成分; 两个轨道间的夹角为180°,呈直线型。
BeCl2分子结构
sp
px
px
Cl
Cl
Cl
Be
Cl
乙炔(C2H2)分子形成
2p 2s
C的基态
2p 激发 2s
激发态
杂化 sp 2p 2p
↑↑ ↑ ↑
CO2分子怎样形成的?
形成4个sp3 杂化轨道。
每个sp3杂化轨道的形状
也为一头大,一头小,
含有 1/4 s 轨道和 3/4 p
轨道的成分 每两个轨道间的夹角为
109°28′,正四面体形
NH3 的空间构型
NH3
2p
2s
N
HH
sp3杂化
H
不等性杂化
H2O 的空间构型
3.三种sp杂化轨道类型的比较
杂化 类型
sp
参与杂化的 原子轨道
2s
2px
2py
2pz
键长、键能相同,键角相同为109°28′
三、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
2p 2s
C的基态
激发 2s
2p
激发态
杂化 正四面体形 sp3 杂化态
sp3 杂化
四个H原子分别以1s轨道与C原子上的四个sp3 杂化轨道相互重叠后,就形成了四个性质、能量 和键角都完全相同的s-sp3σ键,形成一个正四面 体构型的分子。
思考与交流
通过以上的学习,以CH4为例,谈谈你对“杂化” 及“杂化轨道”的理解。
1.C原子为什么要进行“杂化”?
2.什么是杂化?C原子是如何进行“杂化”的?
3.“杂化轨道”有哪些特点?
三、杂化轨道理论简介
1. 杂化轨道概念
在形成分子时,由于原子的相互影响,同 一原子中的若干不同类型、能量相近的原子 轨道混合起来,重新分配能量和调整空间方 向组成数目相同、能量相等的新的原子轨道
sp3
V形
有机物含多中心C原子杂化方式判断方法:
C-C
sp3杂化
C=C C=O C=N sp2杂化
C≡C C≡N
SP杂化
练习:CH3CH=CHC≡CCOCOOH NO2 N2H4 NO2- SO42- CO32- CNClO2 O F2 H3O- HClO AlCl3 CS2 NH4 +
知识小结
每个sp2杂化轨道的形状也为一头大,一头
小,含有 1/3 s 轨道和 2/3 p 轨道的成分,每
两个轨道间的夹角为120°,呈平面三角形
乙烯(C2H4)分子的形成
2s
2p
2s 激发
2p
杂化 s p 2
2p
↑↑↑ ↑
C的基态
激发态
苯(C6H6)的形成
杂化轨道理论解释苯分子的结构:
C为SP2杂化 C-C (sp2-sp2 ) ; C-H (sp2-s 所) 有原子(12个)处于同一平面
(3) 杂化前后原子轨道数目不变:参加杂化的轨道数 目 =形成的杂化轨道数目=中心原子价层电子对数
(4) 杂化轨道在空间构型上都具有一定的对称性(以 减小化学键之间的排斥力)。
(5)分子的构型主要取决于原子轨道的杂化类型。
(6)杂化轨道只能用于形成σ键或容纳孤电子对,不 能用于形成∏键。
3 杂化类型 (1)sp杂化