大学无机化学第二章.ppt

2.4.2 杂化轨道（hybrid orbital ） ●原子轨道为什么需要杂化？ ●原子轨道为什么可以杂化？ ●如何求得杂化轨道的对称轴间的夹角？ 新理论必须解决如下问题 在众多科学家的追求中，Pauling 再次求助“杂化概念”建立了新的化学键理论 杂化轨道理论. 上面介绍的 s 轨道与 p 轨道重叠方式并不能解释大多数多原子分子中的键长和键角. 例如, 如果 H2O 和 NH3 分子中的 O－H 键和 N－H 键是由 H 原子的 1s 轨道与 O 原子和 N 原子中单电子占据的2p 轨道重叠形成的，HOH 和 HNH 键角应为 90°；事实上, 上述两个键角各自都远大于90°. ● 成键时能级相近的价电子轨道相混杂，形成新的价电子轨道 ——杂化轨道 （1）基本要点 ●轨道成分变了 总之，杂化后的轨道 ●轨道的能量变了 ●轨道的形状变了 结果，当然是更有利于成键罗！ 变了 ● 杂化后轨道伸展方向，形状和能量发生改变 ● 杂化前后轨道数目不变 (2) 杂化形式 2p 2s 2s 2p sp3 four sp3 hybrid orbital ● sp3杂化 excited hybridization Formation of the covalent bonds in CH4 Hybrid orbital Configuration of C in ground state ● sp2杂化 2s2p轨道 2s 2p 2s 2p sp2 three sp2 hybrid orbital excited hybridization Formation of the covalent bonds in BCl3 Hybrid orbital Configuration of B in ground state ● sp杂化 2s 2p 2s 2p sp 2p two sp hybrid orbital excited hybridization H－Be－H Configuration of Be in ground state Hybrid orbital Formation of the covalent bonds in BeH2 请大家注意：在各种杂化轨道中，还存在着“不等性杂化”，即杂化后的轨道中填充的有中心原子的孤电子对. 这样我们就可以解释象水和氨这样的分子结构了. H2O中O原子采取 sp3 不等性杂化 sp3 杂化 Valence bond pictures of H2O Formation of the covalent bonds in H2O sp3 Hybrid orbital Configuration of O in ground state NH3中N 原子采取 sp3 不等性杂化 sp3杂化 Valence bond pictures of NH3 Formation of the covalent bonds in NH3 Configuration of N in ground state Hybrid orbital 试用杂化轨道理论解释下面问题： ● NH3、H2O 的键角为什么比 CH4 小？CO2 的键角为何是180°？ 乙烯为何取120 °的键角？ ● 在 BCl3 和 NCl3 分子中，中心原子的氧化数和配体数都相同， 为什么两者的空间分子结构却不同？ Question 还是杂化形式不同 ● 在 sp2 和 sp 杂化轨道中，是否也存在不等性杂化？各举一例！ 例如 SO2 和 CO 杂化形式不同 另外还存在 d 轨道参加的 s-p-d 杂化轨道. 我们将在第8章讲述. Side viem Top viem The six sp3d2 hybrid orbitals and their octahedral geometry Side viem Top viem sp3d The six sp3d hybrid orbitals and their trigonal bipyramidal geometry sp3d2 若以 fs = 1， fp = 表示成键能力，则 另外， Pauling 两个杂化轨道之间夹角 注意这些都是量子化学的内容，本课程不作要求. P sp3 sp2 sp s3p s a 0 1/4 1/3 1/2 3/4