武汉工程大学基础化学杂化轨道理论.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,基 础 化 学,THE BASIC CHEMISTRY,化工与制药学院基础化学学科部,程清蓉,1/18,杂化轨道理论,一、杂化轨道理论提出,以甲烷分子结构为例：,简单电子配对法和价键理论在应用中会碰到许多问题。,2p,2s,E,C,原子轨道,据价键理论：,C,原子只有两个未成对电子，只能形成两个共价键。且两个,C-H,键,角互为,90,o,。,109,o,28,甲烷分子结构,当代试验测试结果表明：在甲烷分子中，每个,C,原子分别与四个,H,原子结合，是一个正四面体结构，,C,原子位于正四面体中心，四个氢原子占据四面体四个顶点。而且四个,C-H,键键长，键能、键角均相同。,C,原子是四价态。,2/18,2s,2p,E,基态,2s,2p,激发态,激发,假设：,按照激发态成键，甲烷分子四个共价键中，三个相同，第四个不一样。,实际上，甲烷四个键完全相同。,杂化,杂化轨道,3/18,在形成份子时，中心原子中能量相近轨道经过,混杂平均化，重新分配能量和调整空间伸展方向，组成数目相同、能量相等新原子轨道，,这种混杂平均化过程称为原子轨道“,杂化,”，所得到新原子轨道称为“,杂化轨道,”。,二、杂化轨道理论概念,杂化,2s,2p,E,基态,2s,2p,激发态,激发,杂化轨道,C,原子轨道杂化过程以下：,分子,结构,杂化轨道,形状,4/18,三、杂化轨道理论基本关键点,1）在形成份子时，,同一原子中能量相近原子轨道之间经过混合叠加，形成,成键能力更强,新轨道，即杂化轨道。,因为杂化后轨道形状变得一头大一头小,成键时能够愈加好地与其它原子轨道重合,所以成键能力更强。这么形成共价键放出能量更多,!,形成共价键愈加稳定。,5/18,3).,一定数目标原子轨道杂化后可得到数目相同，能量相等各类杂化轨道。,2).,原子轨道杂化时，普通成对电子激发到空轨道而形成单电子，这个过程所需要能量完全由成键时放出能量给予赔偿。,如：,C,原子轨道杂化过程,取得能量,释放能量,6/18,四、,s,和,p,原子轨道杂化,1,、sp,杂化轨道,sp,杂化轨道是由一个,s,轨道和一个,p,轨道杂化得到杂化轨道。,比如：,BeCl,2,分子,：,Be,原子轨道,s,和,p,原子轨道杂化有三种方式：,sp,、,sp,2,、,sp,3,杂化。,7/18,杂化轨道形状,sp,杂化轨道特点：每个,sp,杂化轨道含有1/2,s、1/2p,轨道成份，两个,sp,杂化轨道间夹角是180，呈直线形型。,因为轨道杂化，杂化轨道含有一头大另一头小结构，这种结构更有利于原子轨道重合，所形成化学键更稳定。,BeCl,2,分子结构,8/18,分子结构,:,CO,2,原子轨道形状,:,分子轨道形状,:,O,O,9/18,2,、,sp,2,杂化轨道sp,2,杂化轨道是由,1,个,ns,轨道和,2,个,np,轨道杂化而成。比如,BF,3：,杂化轨道形状,分子结构,每个,sp,2,杂化轨道形状也是一头大一头小，每个杂化轨道含,1/3 s,和,2/3,p,成份。杂化轨道相互成,120,0,角，是平面结构。,比如,:BCl,3,BBr,3,BI,3,NO,3,-,CO,3,2-,等都是,采取,sp,2,杂化轨道成键,10/18,H,H,H,H,分子结构,C,C,分子轨道形状,乙烯分子,C,原子轨道,H,H,C,C,sp,2,杂化,sp,2,杂化轨道,11/18,sp,3,杂化轨道是由1个,s,轨道和3个,p,轨道杂化而形成，,比如：,CH,4分子：,分子结构,杂化轨道形状,特点：,每个,sp,3,杂化轨道形状也是一头大一头小，含有1/4,s,和3/4,p,轨道成份。,sp,3,杂化轨道相互间夹角为109,.5,0,，空间构型为正四面体。,3,、,sp,3,杂化轨道,另外，,SiH,4,CCl,4,GeH,4,NH,4,+,等分子中，中心原子都是以,sp,3,杂化轨道成键。,必须指出是：不但,s,p,原子轨道能够杂化，,d,轨道也能够参加杂化。,12/18,1956年我国结构化学家唐敖庆提出了,d,轨道参加杂化新概念。使得杂化轨道理论愈加完善。,五、,等性杂化和不等性杂化轨道,在,s-p,杂化过程中，每一个杂化轨道所含,s,和,p成份相同（,p,轨道还有剩下空轨道，方便,s,电子激发进入）这么杂化轨,道称为,等性杂化轨道,。,在,s-p,杂化过程中形成一个新杂化轨道所含,s,和,p,成份不一样，,这么杂化轨道称为,不等性杂化轨道,。,13/18,N,：,2s,2,2p,3,因为这种电子构型就是激发也不能使电子成单,，,所以必将有一对电子不能参加成键，成为孤对电子。在进行,sp,3,杂化时，4个,sp,3,杂化,s,和,p,成份并不相同，这时采取,sp,3,不等性杂化，成键时，只有,3,个,sp,3,杂化轨道与,H,原子成键，成键电子正确键角为,107,，,NH,3,分子呈三角锥结构，而杂化轨道成,四面体构型。,如图所表示：,NH,3,注意：已无空轨道供,s,电子进入,H,不是直接进入,p,轨道，而是在四个轨道先整体不等性杂化后再进入,sp,3,不等性杂化,1,、,NH,3,分子结构,14/18,2,、,H,2,O,分子结构,H,2,O,分子结构：,O,：,2s,2,2p,4,即,3,个,p,轨道上已经填了,4,个电子。那么，不论,s,电子激发,到哪个,p,轨道上，都将有两对不能成键孤对电子，所以它只能采,用不等性,sp,3,杂化。,O,原子轨道,杂化后成键,15/18,1.,判断以下分子杂化轨道类型,（,A,）,NH,3,（,B,）,BCl,3,（,C,）,PCl,3,（,D,）,H,2,S,1s,2s,2p,N,杂化,1s,1s,2s,2p,B,杂化,1s,3s,3p,P,杂化,3s,不等性,sp,3,不等性,sp,3,等性,sp,2,16/18,不等性,sp,2,3s,3p,S,杂化,2.,已知,ClCCl=120,，,OCCl=120,，,COCl,2,中杂化轨,道类型。,17/18,杂化轨道理论很好地解释了分子形状、键长、键角等现象。但不能解释分子光谱和磁性等现象。前章我们讨论了光电效应，光是因为电子从高能级跳回低能级释放能量一个形式。而磁性是与电子自旋相关，假如分子中电子全部成对，则分子没有磁性。分子磁性用磁矩表示，它成单电子数有以下关系：,试验测得氧分子磁矩为,2.83MB,，按上式计算,n=2,，有两个孤对电子，氧是顺磁性物质，按价键理论氧原子没有孤对电子。另外，一些奇电子分子也能稳定存在，这些都是价键理论无法解释。其主要原因是因为价键理论过分强调成键电子定域在成键原子两核之间。实际上，电子是在整个分子中运动，而不是固定在某一个区域内运动。,18/18,