雜化軌道理論課件

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1、濱河濱河高中二部化學(xué)組高中二部化學(xué)組中心原子中心原子分子分子類型類型中心原子中心原子結(jié)合的原子數(shù)結(jié)合的原子數(shù)代表物代表物空間構(gòu)型空間構(gòu)型無孤對電子無孤對電子AB22CO2AB33CH2OAB44CH4有孤對電子有孤對電子AB22H2OAB33NH3直線形直線形平面三角形平面三角形正四面體正四面體V V 形形三角錐形三角錐形二、價層電子對互斥模型二、價層電子對互斥模型(VSEPR模模型型)一、形形色色的分子一、形形色色的分子復(fù) 習(xí) 回 顧思考與交流思考與交流 1 1、甲烷分子呈正四面體結(jié)構(gòu)，它的四個、甲烷分子呈正四面體結(jié)構(gòu)，它的四個C-HC-H鍵的鍵長相同，鍵角都是鍵的鍵長相同，鍵角都是1091

2、0928 28 ，四，四個個C-HC-H鍵的性質(zhì)完全相同鍵的性質(zhì)完全相同 2 2、根據(jù)價鍵理論，甲烷形成四個、根據(jù)價鍵理論，甲烷形成四個C-HC-H鍵都鍵都應(yīng)該是應(yīng)該是鍵，然而鍵，然而C C原子最外層的四個電子分別原子最外層的四個電子分別2 2個在球形個在球形2S2S軌道、軌道、2 2個在相互垂直個在相互垂直2P2P軌道上，軌道上，用它們跟用它們跟4 4個氫原子的個氫原子的1S1S原子軌道重疊，不可能原子軌道重疊，不可能形成四面體構(gòu)型的甲烷分子形成四面體構(gòu)型的甲烷分子如何解決上列一對矛盾？如何解決上列一對矛盾？ 值得注意的是價層電子對互斥模值得注意的是價層電子對互斥模型只能解釋化合物分子的空間

3、構(gòu)形，型只能解釋化合物分子的空間構(gòu)形，卻無法解釋許多深層次的問題。卻無法解釋許多深層次的問題。 為了解決這一矛盾，為了解決這一矛盾，鮑林鮑林提出了提出了雜雜化軌道理論化軌道理論三、雜化軌道理論簡介三、雜化軌道理論簡介-鮑林鮑林1 1、雜化：、雜化：雜化是指在形成分子時，由于原子的雜化是指在形成分子時，由于原子的相互影響，若干不同類型相互影響，若干不同類型能量相近能量相近的原子軌道的原子軌道混雜起來，重新組合成一組新的原子軌道。這混雜起來，重新組合成一組新的原子軌道。這種重新組合的過程叫做種重新組合的過程叫做雜化雜化，所形成的新的軌，所形成的新的軌道稱為道稱為雜化軌道。雜化軌道。2 2、雜化的過

4、程：、雜化的過程：雜化軌道理論認(rèn)為在形成分子雜化軌道理論認(rèn)為在形成分子時，通常存在時，通常存在激發(fā)、雜化激發(fā)、雜化和和軌道重疊軌道重疊等過程。等過程。激發(fā)s2p2p2s2雜化3spsp3CHCH4 4分子（分子（spsp3 3雜化）雜化）3.3.雜化軌道理論的要點雜化軌道理論的要點(1) (1) 發(fā)生軌道雜化的原子一定是發(fā)生軌道雜化的原子一定是中心原子。中心原子。(2) (2) 參加雜化的各原子軌道參加雜化的各原子軌道能量要相近能量要相近（同一能（同一能 級組或相近能級組的軌道）。級組或相近能級組的軌道）。(3) (3) 雜化軌道的能量、形狀完全相同。雜化軌道的能量、形狀完全相同。(4) (4

5、) 雜化前后原子軌道數(shù)目不變：參加雜化的軌雜化前后原子軌道數(shù)目不變：參加雜化的軌 道數(shù)目道數(shù)目等于等于形成的雜化軌道數(shù)目；雜化后原形成的雜化軌道數(shù)目；雜化后原 子軌道方向改變，雜化軌道在成鍵時更子軌道方向改變，雜化軌道在成鍵時更有利有利 于軌道間的重疊于軌道間的重疊(5) (5) 雜化軌道只用于形成雜化軌道只用于形成 鍵或用來容納未參與成鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對鍵的孤電子對1. sp3 雜化雜化原子形成分子時原子形成分子時,同一原子中能量相近的一個同一原子中能量相近的一個ns軌道與三個軌道與三個np軌道進行混合組成四個新的原子軌道稱為軌道進行混合組成四個新的原子軌道稱為sp3 雜化軌道

6、雜化軌道.三、雜化軌道理論簡介三、雜化軌道理論簡介2s2pC的基態(tài)的基態(tài)2s2p激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)正四面體形正四面體形sp3 雜化態(tài)雜化態(tài)CHHHH10928激發(fā)激發(fā)當(dāng)碳原子與當(dāng)碳原子與4 4個氫原子形成甲烷分子時個氫原子形成甲烷分子時, ,碳原子的碳原子的2s2s軌軌道和道和3 3個個2p2p軌道這軌道這4 4個軌道會發(fā)生混雜個軌道會發(fā)生混雜, ,混雜時保持軌混雜時保持軌道總數(shù)不變道總數(shù)不變, ,得到得到4 4個能量相等、成分相同的個能量相等、成分相同的spsp3 3雜化雜化軌道軌道, ,夾角夾角109 109 28 , 28 , 如下圖所示：如下圖所示：實例分析實例分析1：試解釋試解釋CCl4分

7、子的空間構(gòu)型。分子的空間構(gòu)型。 CCl4分子的中心原子是分子的中心原子是C，其價層電子組態(tài)為，其價層電子組態(tài)為2s22px12py1。在形成。在形成CCl4分子的過程中，分子的過程中，C原子的原子的2s軌道上的軌道上的1個電子被激發(fā)到個電子被激發(fā)到2p空軌道，價層電子空軌道，價層電子組態(tài)為組態(tài)為2s12px12py12pz1，1個個2s軌道和軌道和3個個2p軌道進軌道進行行sp3雜化，形成夾角均為雜化，形成夾角均為109028的的4個完全等同個完全等同的的sp3雜化軌道。其形成過程可表示為雜化軌道。其形成過程可表示為理論分析：理論分析：C原子的原子的4個個sp3雜化軌道分別與雜化軌道分別與4個

8、個Cl原子含有單電子的原子含有單電子的2p軌道重疊，形成軌道重疊，形成4個個sp3-p的的鍵。故鍵。故CCl4 分子的空間構(gòu)型是正四面體分子的空間構(gòu)型是正四面體.實驗測定：實驗測定：CCl4分子中有四個完全等同的分子中有四個完全等同的C-Cl鍵，鍵，其分子的空間構(gòu)型為正四面體。其分子的空間構(gòu)型為正四面體。2 2.sp.sp2 2雜化雜化：一個：一個s s軌道與兩個軌道與兩個p p軌道雜化，得軌道雜化，得三個三個spsp2 2雜化軌道，每個雜化軌道的雜化軌道，每個雜化軌道的s s成分為成分為1/31/3，p p成分為成分為2/32/3，三個雜化軌道在空間分布，三個雜化軌道在空間分布是在同一平面上

9、，互成是在同一平面上，互成120120實例分析實例分析2： 分析分析BF3分子的空間構(gòu)型。分子的空間構(gòu)型。 BF3分子的中心原子是分子的中心原子是B，其價層電子排布為，其價層電子排布為2s22px1 。在形成。在形成BF3分子的過程中，分子的過程中，B原子的原子的2s軌軌道上的道上的1個電子被激發(fā)到個電子被激發(fā)到2p空軌道，價層電子排布空軌道，價層電子排布為為2s12px12py1 ，1個個2s軌道和軌道和2個個2p軌道進行軌道進行sp2雜雜化，形成夾角均為化，形成夾角均為1200的的3個完全等同的個完全等同的SP2雜化雜化軌道。其形成過程可表示為：軌道。其形成過程可表示為：理論分析：理論分析

10、：B原子的三個原子的三個SP2雜化軌道分別與雜化軌道分別與3個個F原子含有單電子的原子含有單電子的2p軌道重疊，形成軌道重疊，形成3個個sp2-p的的鍵。故鍵。故BF3 分子的空間構(gòu)型是平面三角形。分子的空間構(gòu)型是平面三角形。實驗測定：實驗測定：BF3分子中有分子中有3個完全等同的個完全等同的B-F鍵，鍵，鍵角為鍵角為1200 ，分子的空間構(gòu)型為平面三角形。，分子的空間構(gòu)型為平面三角形。 +BF3分子的形成分子的形成： F 3F + B B F F120（平面三角形）（平面三角形）3 3. . spsp雜化雜化：同一原子中：同一原子中1 1個個s s軌道與軌道與1 1個個p p軌道軌道雜化形成

11、雜化形成2 2個個spsp雜化軌道。每個雜化軌道的雜化軌道。每個雜化軌道的s s成分為成分為1/21/2，p p成分為成分為1/21/2，雜化軌道之間的夾，雜化軌道之間的夾角為角為180180度。度。實例分析實例分析3： BeCl2分子的形成和空間構(gòu)型。分子的形成和空間構(gòu)型。 Be Be原子的價層電子排布為原子的價層電子排布為2s2s2 2 。在形成。在形成BeClBeCl2 2 分子的過程中，分子的過程中，BeBe原子的原子的1 1個個2s2s電子被激發(fā)到電子被激發(fā)到2p2p空空軌道，價層電子排布變?yōu)闉檐壍溃瑑r層電子排布變?yōu)闉?s2s1 1 2p 2px x1 1 。這。這2 2個含有個含有

12、單電子的單電子的2s2s軌道和軌道和2p2px x軌道進行軌道進行spsp雜化，組成夾角雜化，組成夾角為為1801800 0 的的2 2個能量相同的個能量相同的spsp雜化軌道，其形成過雜化軌道，其形成過程可表示為：程可表示為：理論分析：理論分析：Be原子上的兩個原子上的兩個SP雜化軌道分別與雜化軌道分別與2個個Cl原子中含有單電子的原子中含有單電子的3p軌道重疊，形成軌道重疊，形成2個個sp-p的的鍵，所以鍵，所以BeCl2分子的空間構(gòu)型為直線。分子的空間構(gòu)型為直線。實驗測定：實驗測定：BeCl2分子中有分子中有2個完全等同的個完全等同的Be-Cl鍵，鍵，鍵角為鍵角為1800 ，分子的空間構(gòu)

13、型為直線。，分子的空間構(gòu)型為直線。其他例子：其他例子： COCO2 2、HCCHHCCH2P2S激發(fā)雜化2PSPCCHH0.120nm0.106nm1801 1）spsp雜化雜化 乙炔中的碳原子為乙炔中的碳原子為spsp雜化雜化，分子呈，分子呈直線構(gòu)型直線構(gòu)型。兩個碳原子的兩個碳原子的spsp雜化軌道沿各自對稱軸形成雜化軌道沿各自對稱軸形成C CC C 鍵鍵，另兩個，另兩個spsp雜化軌道分別與兩個氫原子的雜化軌道分別與兩個氫原子的1s1s軌道重軌道重疊形成兩個疊形成兩個C CH H 鍵鍵，兩個，兩個p py y軌道和兩個軌道和兩個p pz z軌道分別軌道分別從側(cè)面相互重疊，形成兩個相互垂直的

14、從側(cè)面相互重疊，形成兩個相互垂直的C CC C 鍵，形鍵，形成乙炔分子。成乙炔分子。 2 2）空間結(jié)構(gòu)是直線型：）空間結(jié)構(gòu)是直線型： 三個三個鍵在一條直線上。鍵在一條直線上。 BClBCl3 3、COCO3 32 2、NONO3 3、H H2 2C=OC=O、SOSO3 3、烯烴烯烴C=CC=C結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)中的中心原子都是以中的中心原子都是以spsp2 2雜化的。雜化的。以以spsp2 2雜化軌道構(gòu)建結(jié)構(gòu)骨架的中心原子必有一雜化軌道構(gòu)建結(jié)構(gòu)骨架的中心原子必有一個垂直于個垂直于spsp2 2- -骨架的未參與雜化的骨架的未參與雜化的p p軌道，如果這個軌道，如果這個軌道跟鄰近原子上的平行軌道跟鄰近原

15、子上的平行p p軌道重疊，并填入電子，軌道重疊，并填入電子，就會形成就會形成鍵。如，乙烯鍵。如，乙烯H H2 2C=CHC=CH2 2、甲醛、甲醛H H2 2C=OC=O。石墨、苯中碳原子也是以石墨、苯中碳原子也是以spsp2 2雜化的：雜化的：2p2s激發(fā)2p2s雜化psp2 乙烯中的在軌道雜化時，乙烯中的在軌道雜化時，有一個軌道未有一個軌道未參與雜化，參與雜化，只是的只是的s與兩個與兩個p軌道發(fā)生雜軌道發(fā)生雜化，形成三個相同的化，形成三個相同的sp2雜化軌道，三個雜化軌道，三個sp2雜雜化軌道分別指向平面三角形的三個頂點。化軌道分別指向平面三角形的三個頂點。未雜未雜化化p軌道垂直于軌道垂直

16、于sp2雜化軌道所在平面。雜化軌道所在平面。雜化軌雜化軌道間夾角為道間夾角為120。的的sp2雜化雜化HCHCHH=HCHHCH鍵HCHOHCHO鍵 基態(tài)基態(tài)N的最外層電子構(gòu)型為的最外層電子構(gòu)型為 2s22p3，在，在H影響影響下，下，N 的一個的一個2s軌道和三個軌道和三個2p 軌道進行軌道進行sp3 不等性不等性雜化，形成四個雜化，形成四個sp3 雜化軌道。其中三個雜化軌道。其中三個sp3雜化軌雜化軌道中各有一個未成對電子，另一個道中各有一個未成對電子，另一個sp3 雜化軌道被雜化軌道被孤對電子所占據(jù)。孤對電子所占據(jù)。 N 用三個各含一個未成對電子用三個各含一個未成對電子的的sp3 雜化軌

17、道分別與三個雜化軌道分別與三個H 的的1s 軌道重疊，形成軌道重疊，形成三個三個 鍵。鍵。由于孤對電子的電子云密集在由于孤對電子的電子云密集在N 的的周圍，對三個周圍，對三個 鍵的電子云有比較大的排斥作鍵的電子云有比較大的排斥作用，使用，使 鍵之間的鍵角被壓縮到鍵之間的鍵角被壓縮到 ，因此，因此NH3 的空間構(gòu)型為三角錐形。的空間構(gòu)型為三角錐形。10718N HN HN H 基態(tài)基態(tài)O 的最外層電子構(gòu)型為的最外層電子構(gòu)型為2s22p4，在，在 H 的的影響下，影響下，O 采用采用sp3 不等性雜化，形成四個不等性雜化，形成四個sp3 雜雜化軌道，其中兩個雜化軌道中各有一個未成對電化軌道，其中兩

18、個雜化軌道中各有一個未成對電子，另外兩個雜化軌道分別被兩對孤對電子所占子，另外兩個雜化軌道分別被兩對孤對電子所占據(jù)。據(jù)。O 用兩個各含有一個未成對電子的用兩個各含有一個未成對電子的sp3雜化軌雜化軌道分別與兩個道分別與兩個H 的的 1s 軌道重疊，形成兩個軌道重疊，形成兩個 鍵。鍵。由于由于O的兩對孤對電子對兩個的兩對孤對電子對兩個 鍵的成鍵鍵的成鍵電子有更大的排斥作用，使電子有更大的排斥作用，使 鍵之間的鍵角被鍵之間的鍵角被壓縮到壓縮到 ，因此因此 H2O 的空間構(gòu)型為的空間構(gòu)型為V V型。型。 104 45O HO HO H雜雜 化化 類類 型型spspSpSp2 2spsp3 3參與雜化

19、的參與雜化的原子軌道原子軌道1 1個個 s + 1s + 1個個p p1 1個個s + 2s + 2個個p p1 1個個s + 3s + 3個個p p雜雜 化化 軌軌 道道 數(shù)數(shù)2 2個個spsp雜化軌道雜化軌道3 3個個spsp2 2雜化軌雜化軌道道4 4個個spsp3 3雜化軌雜化軌道道雜化軌道雜化軌道間夾角間夾角1801800 01201200 01091090 0 2828空空 間間 構(gòu)構(gòu) 型型直線直線形形平面平面三角形三角形 正四面體正四面體實實 例例BeClBeCl2 2 , , C C2 2H H2 2BF3 , C2H4CH4 , CCl43、s-p型的三種雜化比較型的三種雜化

20、比較（1）雜化軌道只用于形成）雜化軌道只用于形成鍵和用來容納孤對電子鍵和用來容納孤對電子（2）雜化軌道數(shù)）雜化軌道數(shù)=價層電子對數(shù)價層電子對數(shù)=中心原子孤對電子對數(shù)中心原子孤對電子對數(shù)中心原子結(jié)合的原子數(shù)中心原子結(jié)合的原子數(shù)4 4、雜化類型的判斷：、雜化類型的判斷：等于等于2 2，則中心原子發(fā)生，則中心原子發(fā)生spsp雜化；雜化；等于等于3 3，則中心原子發(fā)生，則中心原子發(fā)生spsp2 2雜化；雜化；等于等于4 4，則中心原子發(fā)生，則中心原子發(fā)生spsp3 3雜化；雜化；(3)(3)看中心原子有沒有形成看中心原子有沒有形成鍵，鍵，如果有如果有2 2個個鍵，形成的是鍵，形成的是spsp雜化；雜化；如果有如果有1 1個個鍵，形成的是鍵，形成的是spsp2 2雜化；雜化；如果全部是單鍵，則形成的是如果全部是單鍵，則形成的是spsp3 3雜化。雜化。0+2=2sp直線形直線形0+3=3sp2平面三角形平面三角形0+4=4sp3正四面體形正四面體形1+2=3sp2V形形1+3=4sp3三角錐形三角錐形2+2=4sp3V形形代表物代表物雜化軌道數(shù)雜化軌道數(shù) 雜化軌道類型雜化軌道類型 分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)CO2CH2OCH4SO2NH3H2O結(jié)合上述信息完成下表：結(jié)合上述信息完成下表：