電子軌道雜化理論

2021-08-30 07:15:00 字數 3712 閱讀 2221

1樓:匿名使用者

雜化軌道理論(hybrid orbital theory)是2023年舉例 雜化軌道理論由鮑林(pauling l)等人在價鍵理論的基礎上提出,它實質上仍屬於現代價鍵理論,但是它在成鍵能力、分子的空間構型等方面豐富和發展了現代價鍵理論。

[編輯本段]要點

1.在成鍵的過程中,由於原子間的相互影響,同一原子中幾個能量相近的不同型別的原子軌道(即波函式),可以進行線性組合,重新分配能量和確定空間方向,組成數目相等的新原子軌道,這種軌道重新組合的方式稱為雜化(hybridization),雜化後形成的新軌道稱為雜化軌道(hybrid orbital)。2.

雜化軌道的角度函式在某個方向的值比雜化前的大得多,更有利於原子軌道間最大程度地重疊,因而雜化軌道比原來軌道的成鍵能力強(軌道是在雜化之後再成鍵)。電子雲的形狀

3.雜化軌道之間力圖在空間取最大夾角分布,使相互間的排斥能最小,故形成的鍵較穩定。不同型別的雜化軌道之間夾角不同,成鍵後所形成的分子就具有不同的空間構型。

[編輯本段]型別

按參加雜化的原子軌道種類,軌道雜化有sp和spd兩種主要型別,分為sp雜化電子雲圖sp,sp2,sp3,dsp2,sp3d,sp3d2,d2sp3,按雜化後形成的幾個雜化軌道的能量是否相同,軌道的雜化可分為等性和不等性雜化。

於2023年,鮑林提出

乙個原子中的幾個原子軌道經過再分配而組成的互相等同的軌道。原子在化合成分子的過程中,根據原子的成鍵要求,在周圍原子影響下,將原有的原子軌道進一步線性組合成新的原子軌道。這種在乙個原子中不同原子軌道的線性組合,稱為原子軌道的雜化。

雜化後的原子軌道稱為雜化軌道。雜化時,軌道的數目不變,軌道在空間的分布方向和分布情況發生改變。組合所得的雜化軌道一般均和其他原子形成較強的σ鍵或安排孤對電子,而不會以空的雜化軌道的形式存在。

在某個原子的幾個雜化軌道中,全部由成單電子的軌道參與的雜化,稱為等性雜化軌道;有孤對電子參與的雜化,稱為不等性雜化軌道。

雜化軌道具有和s,p等原子軌道相同的性質,必須滿足正交,歸一性。

價鍵理論對共價鍵的本質和特點做了有力的論證,但它把討論的基礎放在共用一對電子形成乙個共價鍵上,在解釋許多分子、原子的價鍵數目及分子空間結構時卻遇到了困難。例如c原子的價電子是2s22p2,按電子排布規律,2個s電子是已配對的,只有2個p電子未成對,而許多含碳化合物中c都呈4價而不是2價,可以設想有1個s電子激發到p軌道去了。那麼1個s軌道和3個p軌道都有不成對電子,可以形成4個共價鍵,但s和p的成鍵方向和能量應該是不同的。

而實驗證明:ch4分子中,4個c-h共價鍵是完全等同的,鍵長為114pm,鍵角為109.5°。

bcl3,becl2,pcl3等許多分子也都有類似的情況。為了解釋這些矛盾,2023年pauling提出了雜化軌道概念,豐富和發展了的價鍵理論。他根據量子力學的觀點提出:

在同乙個原子中,能量相近的不同型別的幾個原子軌道在成鍵時,可以互相疊加重組,成為相同數目、能量相等的新軌道,這種新軌道叫雜化軌道。sp3雜化電子雲圖c原子中1個2s電子激發到2p後,1個2s軌道和3個2p軌道重新組合成4個sp3雜化軌道[1],它們再和4個h原子形成4個相同的c-h鍵,c位於正四面體中心,4個h位於四個頂角。

雜化軌道種類很多,如三氯化硼(bcl3)分子中b有sp2雜化軌道,即由1個s軌道和2個p軌道組合成3個sp2雜化軌道,在氯化鈹(becl2)中有sp雜化軌道,在過渡金屬化合物中還有d軌道參與的sp3d和sp3d2雜化軌道等。以上幾例都是闡明了共價單鍵的性質,至於乙烯和乙炔分子中的雙鍵和三鍵的形成,又提出了σ鍵和π鍵的概念。如把兩個成鍵原子核間聯線叫鍵軸,把原子軌道沿鍵軸方向「頭碰頭」的方式重疊成鍵,稱為σ鍵。

把原子軌道沿鍵軸方向「肩並肩」的方式重疊,稱為π鍵。例如在乙烯(c2h4)分子中有碳碳雙鍵(c=c),碳原子的激發態中2px,2py和2s形成sp2雜化軌道,這3個軌道能量相等,位於同一平面並互成120℃夾角,另外乙個2pz軌道未參與雜化,位於與平面垂直的方向上。碳碳雙鍵中的sp2雜化如下所示。

這3個sp2雜化軌道中有2個軌道分別與2個h原子形成σ單鍵,還有1個sp2軌道則與另乙個c的sp2軌道形成頭對頭的σ鍵,同時位於垂直方向的pz軌道則以肩並肩的方式形成了π鍵。也就是說碳碳雙鍵是由乙個σ鍵和乙個π鍵組成,即雙鍵中兩個鍵是不等同的。π鍵原子軌道的重疊程度小於σ鍵,π鍵不穩定,容易斷裂,所以含有雙鍵的烯烴很容易發生加成反應,如乙烯(h2c=ch2)和氯(cl2)反應生成氯乙烯(cl—ch2—ch2—cl)。

乙炔分子(c2h2)中有碳碳三鍵(hc≡ch),激發態的c原子中2s和2px軌道形成sp雜化軌道。這兩個能量相等的sp雜化軌道在同一直線上,其中之一與h原子形成σ單鍵,另外乙個sp雜化軌道形成c原子之間的σ鍵,而未參與雜化的py與pz則垂直於x軸並互相垂直,它們以肩並肩的方式與另乙個c的py,pz形成π鍵。即碳碳三鍵是由乙個σ鍵和兩個π鍵組成。

這兩個π鍵不同於σ鍵,軌道重疊也較少並不穩定,因而容易斷開,所以含三鍵的炔烴也容易發生加成反應。

vsepr(價電子層互斥模型)

通過成鍵電子對數與孤電子對數可判斷中心原子雜化模型,成鍵電子對數:abn中n的值;孤電子對數:(a價電子數-a成鍵電子數)/2。

價電子對總數即兩者之和,如價電子對總數為2時為sp雜化(直線形),為3時為sp2雜化(平面三角形),為4時為sp3雜化(四面體),5——sp3d(三角雙錐),6——sp3d2(八面體)。而成鍵電子對數與孤電子對數的不同使得分子的幾何構型不同。

軌道的相互疊加過程叫原子軌道的雜化。原子軌道疊加後產生的新的原子軌道叫雜化軌道。

⑴ 在形成分子(主要是化合物)時,同一原子中能量相近的原子軌道 (一般為同一能級組的原子軌道) 相互疊加(雜化)形成一組的新的原子軌道。

⑵ 雜化軌道比原來的軌道成鍵能力強,形成的化學鍵鍵能大,使生成的分子更穩定。由於成鍵原子軌道雜化後,軌道角度分布圖的形狀發生了變化(形狀是一頭大,一頭小),雜化軌道在某些方向上的角度分布,比未雜化的p軌道和s軌道的角度分布大得多,它的大頭在成鍵時與原來的軌道相比能夠形成更大的重疊,因此雜化軌道比原有的原子軌道成鍵能力更強。

⑶ 形成的雜化軌道之間應盡可能地滿足最小排斥原理(化學鍵間排斥力越小,體系越穩定),為滿足最小排斥原理, 雜化軌道之間的夾角應達到最大。

⑷ 分子的空間構型主要取決於分子中σ鍵形成的骨架,雜化軌道形成的鍵為σ鍵,所以,雜化軌道的型別與分子的空間構型相關。兩個p軌道形成的大π鍵

雜化型別有

1)sp雜化

同一原子內由乙個ns軌道和乙個np軌道發生的雜化,稱為sp雜化。雜化後組成的軌道稱為sp雜化軌道。sp雜化可以而且只能得到兩個sp雜化軌道。

實驗測知,氣態becl2中的鈹原子就是發生sp雜化,它是乙個直線型的共價分子。be原子位於兩個cl原子的中間,鍵角180°,兩個be-cl鍵的鍵長和鍵能都相等

2)sp2雜化

同一原子內由乙個ns軌道和二個np軌道發生的雜化,稱為sp2雜化。雜化後組成的軌道稱為sp2雜化軌道。氣態氟化硼(bf3)中的硼原子就是sp2雜化,具有平面三角形的結構。

b原子位於三角形的中心,三個b-f鍵是等同的,鍵角為120°

(3)sp3雜化

同一原子內由乙個ns軌道和三個np軌道發生的雜化,稱為sp3雜化,雜化後組成的軌道稱為sp3雜化軌道。sp3雜化可以而且只能得到四個sp3雜化軌道。ch4分子中的碳原子就是發生sp3雜化,它的結構經實驗測知為正四面體結構,四個c-h鍵均等同,鍵角為109°28′。

這樣的實驗結果,是電子配對法所難以解釋的,但雜化軌道理論認為,激發態c原子(2s12p3)的2s軌道與三個2p軌道可以發生sp3雜化,從而形成四個能量等同的sp3雜化軌道

2樓:匿名使用者

s和p軌道是無機化學裡的概念,但是這兩種軌道分布特性是由量子力學計算而得。

s軌道成圓形,d軌道是由兩個橢圓構成。

用雜化軌道理論描述甲烷成鍵過程,用雜化軌道理論解釋H2O和CH4的鍵角

焦錫茂 雜化軌道理論認為在形成分子時,通常存在激發 雜化和軌道重疊等到過程。ch4分子的形成過程 碳原子2s軌道中1個電子吸收能量躍遷到2p空軌道上,這個過程稱為激發,但此時各個軌道的能量並不完全相同,於是1個2s軌道和3個2p軌道混合起來,形成能量相等 成分相同的4個sp 3雜化軌道,然後4個sp...

化學問題,求sp雜化理論的詳細解釋

碳原子的電子構型為bai1s22s22px12py12pz,其中1s軌道中du的zhi兩個電子不參與成鍵dao。由能專量較低的2s軌道與能量較高的3個2p軌道進行雜化 屬,形成4個簡併 即能量相同的 的sp3雜化軌道 sp3 hybrid orbital 每個sp3雜化軌道含有1 4的s軌道成分,3...

請教下如何用雜化軌道解釋乙烯的構型,就是如何求它的中心原子C的價層電子對數

乙烯碳採取sp2雜化,平面構型。每個碳分別用兩個雜化軌道與氫成鍵,用乙個雜化軌道與另乙個碳成 鍵,兩個碳未雜化的p軌道重疊形成 鍵。價層電子對數是價層電子對互斥理論中的概念,似乎不能歸入雜化軌道理論。前者一般只用於單中心分子 如mln 不用來研究乙烯這種分子。中心碳原子價層電子對數是3,由等性sp2...