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(共22张PPT)
杂化轨道理论
杂化轨道的概念
杂化轨道的形成规律
杂化轨道类型及分子几何构型
目 录
Contents
1
2
3
杂化轨道的概念
1
杂化轨道的概念
Part 1
首先以 CH4 为例讨论其分子的成键情况和分子几何构型。
为了从理论上解释多原子分子或离子的立体结构，Pauling 在量子力学的基础上提出杂化轨道理论。
C 的电子构型为 2s2 2p2，电子轨道图为
只有 2 个成单电子。
因此，CH4 形成的过程中， C 原子的电子要发生重排。
杂化轨道的概念
Part 1
（1）激发
C 原子的基态电子结构为
1s2 2s2 2px1 2py1
激发
2p
2s
2p
2s
杂化轨道的概念
Part 1
（2） 杂化
2p
2s
杂化
sp3
杂化轨道具有一定的形状和方向
杂化轨道的数目等于参加杂化的原子轨道数目
杂化轨道的概念
Part 1
（3） 成键
CH4 形成的过程中， C 原子有激发的步骤，以得到 4 个单电子轨道，而这4个原子轨道并不维持原来的状态，而是发生 “杂化”，得到 4 个等同的轨道，再与氢原子的 1s 轨道成键。
杂化轨道的形成规律
2
杂化轨道的形成规律
Part 2
（1）原子轨道的杂化，只有在形成分子过程中才会发生，孤立的原子其轨道不可能发生杂化。
（4）原子轨道杂化后，其成键能力均强于未杂化的原子轨道的成键能力。不同类型的杂化轨道的成键能力不同，大致的顺序如下：sp（3）在成键的实际过程中，激发和杂化是同时发生的。
（2）只有能量相近的轨道才能发生杂化。
01
02
04
03
杂化轨道类型及分子几何构型
3
杂化轨道类型及分子几何构型
Part 3
根据组成杂化轨道的原子轨道的种类和数目的不同，可将杂化轨道分成以下类型：
（1） sp 杂化
1 个 ns 轨道和 1 个 np 轨道组成，s 和 p 的成份各占
两个 sp 杂化轨道的空间伸展方向呈直线形，夹角 180 。
+
s 轨道
+
p 轨道
+
sp 杂化轨道
杂化轨道类型及分子几何构型
Part 3
（1） sp 杂化
如 BeCl2 分子的化学键
Be 的价电子构型为 2s2 2p0
2 条 sp 杂化轨道呈直线形分布，分别与 2 个 Cl 的 3p 轨道成键，故 BeCl2 分子为直线形。
激发
杂化
2s
2p
sp
杂化轨道类型及分子几何构型
Part 3
（2） sp2 杂化
sp2 杂化轨道是由 1 个 ns 轨道和 2 个 np 轨道组成的。
在 sp2 杂化轨道中，s 和 p 的成份分别占 和 。
1
3
2
3
sp2 杂化轨道的空间伸展方向呈平面三角形，夹角 120 ，
3 条 sp2 杂化轨道指向正三角形的三个顶点 。
杂化轨道类型及分子几何构型
Part 3
（2） sp2 杂化
例如 BCl3 的成键，B 的价电子构型 2s22p1
3 个 sp2 杂化轨道呈平面三角形分布，分别与 3 个 Cl 的 3p 成 键。
2s
2p
sp2
激发
杂化
杂化轨道类型及分子几何构型
Part 3
（3） sp3 杂化
sp3 杂化轨道是由 1 个 ns 轨道和 3 个 np 轨道组成的。
在 sp3 杂化轨道中，s 和 p 的成份分别占 和 。
1
4
3
4
sp3 杂化轨道的空间伸展方向呈四面体型，夹角 109 28 ，
4 条 sp3 杂化轨道，指向正四面体的四个顶点。
杂化轨道类型及分子几何构型
Part 3
（3） sp3 杂化
激发
杂化
4 个 sp3 杂化轨道呈正四面体分布，分别与 4 个 H 的 1s 成 键。
故 CH4 中没有未参与杂化的轨道，且无双键。
例如 CH4 的成键 C 的价电子构型 2s22p2
杂化轨道类型及分子几何构型
Part 3
（4）其他杂化类型及其构型
sp3d杂化 5 条杂化轨道，
指向三角双锥形的五个顶点。
三种夹角 90 ，120 和 180
sp3d2 杂化 6 条杂化轨道，呈正八面体分布
两种夹角 90 和 180
杂化轨道类型及分子几何构型
Part 3
（4）其他杂化类型及其构型
例如 SF6 分子的成键
S 的价电子构型 2s22p4
杂化
sp3d2 杂化轨道
3s
3p
3d
杂化轨道类型及分子几何构型
Part 3
（4）其他杂化类型及其构型
6 个 sp3d2 杂化轨道呈正八面体形分布，分别与 6 个 F 的 2p 成 键。
故 SF6 分子呈正八面体形。
sp3d2 杂化轨道
杂化轨道类型及分子几何构型
Part 3
（5） 等性杂化和不等性杂化
杂化过程中形成的杂化轨道可能是一组能量相等的轨道，也可能是一组能量彼此不相等的轨道，因此轨道的杂化可以分为等性杂化和不等性杂化。
等性杂化 若参与杂化后的各原子轨道 s，p，d 等成分完全相等，则杂化轨 道的能量相等。
激发
杂化
如甲烷中 C 的 sp3 杂化，4 条 sp3 杂化轨道能量一致。
杂化轨道类型及分子几何构型
Part 3
（5） 等性杂化和不等性杂化
不等性杂化 若参与杂化的原子轨道不仅包含具有未成对电子的原子轨道，也包含具有成对电子的原子轨道，这种情况下导致杂化后的轨道中s，p，d 等成分不相等，则杂化轨道的能量不相等，这种杂化称为不等性杂化。
sp3
不等性杂化
例如 H2O 分子的成键，O 的价层电子构型为 2s22p4
有对电子的 sp3 杂化轨道能量较低，不参与成键，为孤电子对。故 H2O 分子呈 “V ” 字形结构。
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