杂化轨道理论简介
杂化轨道理论要点
sp杂化轨道是s轨道和一个p轨道的线性组合， 形成两个等价的sp杂化轨道。
除了sp3、sp2和sp杂化轨道外，还存在其他 类型的杂化轨道，如dsp3、sp3d等。
杂化轨道的形成原理
1
轨道杂化形成过程
2
通过改变s和p轨道的比例和重叠程度，
可以形成具有不同方向性和能量的杂化
轨道。
3
电子排斥原理
电子在轨道中相互排斥，若s和p轨道重 叠，会使电子能量增加，因此形成了杂 化轨道。
能量最低原则
形成的杂化轨道应具有最低能量，以保 持系统的稳定性。
sp3杂化轨道
形状
应用
sp3杂化轨道呈四面体形状，分布在空间中四个等角。 sp3杂化轨道解释了甲烷分子中碳原子与四个氢原子 形成的四条等长和等角的化学键。
sp2 杂化轨道
形状
sp2杂化轨道呈平面三角形形 状，与未杂化的p轨道垂直。
应用
杂化轨道用于描述共价键中 电子的空间分布与方向性。
杂化轨道的类型
1 sp3杂化道
2 sp2杂化轨道
sp3杂化轨道是s轨道和三个p轨道的线性组合， 形成四个等价的sp3杂化轨道。
sp2杂化轨道是s轨道、两个p轨道和一个未杂 化的p轨道的线性组合，形成三个等价的sp2 杂化轨道。
3 sp杂化轨道
4 其他类型
sp2杂化轨道解释了烯烃分子 中碳原子之间形成的双键和 单键的几何构型。
π键
未杂化的p轨道形成了烯烃分 子中的π键。
sp杂化轨道
1
形状
sp杂化轨道呈直线形状，与未杂化的p轨道平行。
2
应用
sp杂化轨道解释了炔烃分子中碳原子之间形成的三键和单键的几何构型。
3
π键
杂化轨道理论
杂化轨道理论按照共价键的成键过程中,一个原子有几个未成对电子,通常只能和几个自旋相反的电子形成共价键,所以在共价分子中,每个原子形成共价键的数目是一定,这就是共价键的“饱和性”.如HF而不是H2F。
C原子的电子排布式是1s22s22p2,从轨道表示式看出只有两个未成对电子，只能形成两个共价键,但甲烷CH4分子中形成四个共价键，形成的每个共价键相同且键角是109.50，怎么解释?为解决这一矛盾,鲍林提出了杂化轨道理论.一.杂化轨道理论简介原子在形成分子时,为了增强成键能力,使分子的稳定性增加,趋向于将不同类型的原子轨道重新组合成能量、形状和方向与原来不同的新原子轨道；这种重新组合称为杂化；杂化后的原子轨道称为杂化轨道.【注意】(1)只有能量相近的轨道才能相互杂化。
(2)形成的杂化轨道数目等于参加杂化的原子轨道数目。
(轨道数不变)(3)杂化轨道成键能力大于原来的原子轨道（成键能力提高），因为杂化轨道的形状变成一头大一头小了,用大的一头与其他原子的轨道重叠,重叠部分显然会增大。
二.杂化轨道类型1. sp3 杂化原子形成分子时，同一原子中能量相近的一个ns轨道与三个np轨道进行混合组成四个新的原子轨道称为sp3 杂化轨道.当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时,碳原子的2s 轨道和3个2p 轨道这4个轨道会发生混杂，混杂时保持轨道总数不变，得到4个能量相等、成分相同的sp3杂化轨道,夹角109 28′，如图所示：2. sp2 杂化同一个原子的一个ns 轨道与两个np 轨道进行杂化组合为sp 2杂化轨道。
sp 2杂化:三个夹角为120°的平面三角形杂化轨道BF 3分子形成3. sp 杂化同一原子中ns-np 杂化成新轨道：一个s 轨道和一个p 轨道杂化组合成两个新的sp 杂化轨道。
夹角为180°的直线形杂化轨道BeCl 2分子形成。
轨道杂化理论
轨道杂化理论
轨道杂化理论，又称占据轨道杂化理论，是化学领域中著名的理论，它有助于研究原
子核中子核与电子之间的相互作用。
轨道杂化理论揭示了原子在不同状态下的构造，它可
以帮助人们了解化学性质，特别是分子的稳定性。
轨道杂化理论的基本思想是将原子轨道分为占据轨道和空置轨道。
原子的放射性是由
吸收能量而完成的，这涉及到电子从高能带跃迁到低能带的过程。
在这个过程中，邻近的
模式之间发生杂化，即高能轨道中的电子会跑进低能轨道中，同时低能轨道中的电子也会
跑进高能轨道中。
这种杂化现象导致了原子核中电子的混和，从而形成了电子的构型。
通过轨道杂化理论，可以绘制出原子的轨道排列，从而说明其稳定性。
由于原子在低
能轨道中的电子较多，称为芝加莱轨道，芝加莱轨道的分子极其稳定，因此叫做芝加莱分子。
此外，轨道杂化理论还可以解释原子电荷数及其配位数之间的关系。
在化学反应中，
遵循六电价定律，即原子与原子之间的电子转移都需要满足一定的条件，这些条件都可以
由轨道杂化理论来描述。
轨道杂化理论普遍应用于现代物理化学研究，它是一种能够准确模拟原子核中子核与
电子相互作用的理论模型。
这种理论对于研究化学反应有很大的帮助，能够帮助人们较好
的了解化学性质，特别是分子的稳定性，更有助于理解化学反应的遵循六电价定律的原因。
杂化轨道解释
杂化轨道解释
杂化轨道是指原子中的各个电子轨道（s、p、d等）在化学键
形成过程中重新排列和重新组合形成的一系列新的轨道。
原子中的电子在形成化学键时，会发生轨道重叠，电子会重新排列在空间中形成新的轨道，这些轨道被称为杂化轨道。
杂化轨道的形成可以通过薛定谔方程进行计算。
在计算过程中，原子的电子云会被重新组合成一些新的轨道，这些新的轨道与原来的轨道具有不同的性质和形状。
最常见的杂化轨道包括sp、sp²和sp³轨道。
例如，在形成氨分子（NH₃）的化学键时，氮原子的一个2s
轨道和三个2p轨道会发生杂化，形成四个新的sp³杂化轨道，这四个轨道平面形成一个四面体。
杂化轨道的形成可以解释很多分子的几何结构和化学性质。
通过杂化轨道的探讨，可以帮助我们理解分子中原子之间的键合和空间排列。
杂化轨道理论在化学中得到广泛应用，是解释分子结构和反应机理的重要工具。
轨道杂化理论
轨道杂化理论
轨道杂化理论是一种用来解释物质由粒子状态转变为分子状态的理论。
它是由德国物理学家马克斯·冯·霍夫曼提出的，于1924年发表在英国物理学会上。
轨道杂化理论被认为是后来分子物理学发展的基础，它提出了电子能级交换的概念，即电子能级混合时产生的能量可以被用来维持分子结构。
轨道杂化理论主要是描述电子态之间的相互作用。
它认为，原子核和外电子是分子的两个重要组成部分，电子能级的混合可以使分子稳定，并使每个分子的总能量达到最小值。
因此，当原子核和外电子相互作用时，电子能级就会发生混合，从而产生了分子状态。
轨道杂化理论在分子物理学中发挥了重要作用，它提出了电子能级混合的概念，而这种混合是分子稳定的关键。
轨道杂化理论还为研究分子物理学和化学提供了基础，从而可以在不同的分子结构中找到最佳的组合，这对于研究各种化学反应都有重要意义。
轨道杂化理论是一种重要的理论，它用来解释物质从粒子状态转变为分子状态的过程，而这也是形成分子的基础。
它为化学反应和物理学研究提供了一种新的方法，也为人类提供了更多的知识和发现。
轨道杂化理论
2024/1/29
23
轨道杂化理论在化学领域应用
2024/1/29
解释分子形状和键角
01
轨道杂化理论可以解释许多分子的形状和键角，如甲烷的正四
面体结构、乙烯的平面结构等。
预测分子性质和反应活性
02
通过轨道杂化理论，可以预测分子的极性、键能、反应活性等
性质，有助于理解化学反应的机理和过程。
指导新材料设计
sp3d2杂化可以解释某些分子的八面体几何构型，例如SF6等分子。
在sp3d2杂化中，s、p和d轨道混合形成六个等价的sp3d2杂化轨道，这些杂化轨道指向八 面体的六个顶点，可以容纳六个配体或基团。同时，由于八面体结构的对称性较高，因此 sp3d2杂化分子通常具有较高的稳定性和反应性。
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04
轨道杂化对物质性质影响
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空间构型与键角变化
杂化轨道的空间构型
杂化后的轨道空间构型发生变化，如sp3杂化形成四面体构型，sp2杂化形成平 面三角形构型。
键角变化
由于杂化轨道的空间构型改变，导致分子中的键角也发生变化。例如，甲烷分子 中C-H键的键角为109.5°，而乙烯分子中C=C键的键角为120°。
sd杂化可以解释某些分子的几何构型和化学键性质，例如 过渡金属配合物的形成和稳定性。
在sd杂化中，s轨道和d轨道混合形成新的杂化轨道，这些 杂化轨道具有不同的能量和形状，可以容纳更多的电子， 从而增加了分子的稳定性和反应性。
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12
sp3d杂化
sp3d杂化是指s、p和d轨道之间的杂 化，通常发生在中心原子具有一个空 的d轨道和三个或四个s和p电子的情 况下。
能带理论--杂化轨道理论
能带理论--杂化轨道理论是1931年由Pauling L等人在价键理论的基础上提出，它实质上仍属于现代价键理论，但它在成键能力、分子的空间构型等方面丰富和发展了现代价键理论。
1.在成键过程中，由于原子间的相互影响，同一原子中几个能量相近的不同类型的原子轨道（即波函数），可以进行线性组合，重新分配能量和确定空间方向，组成数目相等的新的原子轨道，这种轨道重新组合的过程称为，杂化后形成的新轨道称为（hybrid orbital）。
2.杂化轨道的角度波函数在某个方向的值比杂化前的大得多，更有利于原子轨道间最大程度地重叠，因而杂化轨道比原来轨道的成键能力强。
3.杂化轨道之间力图在空间取最大夹角分布，使相互间的排斥能最小，故形成的键较稳定。
不同类型的杂化轨道之间的夹角不同，成键后所形成的分子就具有不同的空间构型。
按参加杂化的原子轨道种类，轨道的杂化有sp和spd两种主要类型。
按杂化后形成的几个杂化轨道的能量是否相同，轨道的杂化可分为等性杂化和不等性杂化。
sp型和spd型杂化能量相近的ns轨道和np轨道之间的杂化称为。
按参加杂化的s轨道、p轨道数目的不同，sp型杂化又可分为sp、23sp 、sp 三种杂化。
1sp由1个s轨道和1个p轨道组合成2个sp杂化轨道的过程称为，所形成的轨道称为sp杂化轨道。
每个sp杂化轨道均含0有的s轨道成分和的p轨道成分。
为使相互间的排斥能最小，轨道间的夹角为180 。
当2个sp杂化轨道与其他原子轨道重叠成键后就形成直线型分子。
图9-3 sp杂化过程及sp杂化轨道的形状22spsp2杂化轨道的空间取向示意图2(图9-4 BF的平面三角形构型和sp杂化轨道的空间取向) 322 由1个s轨道与2个p轨道组合成3个sp 杂化轨道的过程称为。
每个sp 杂化轨道含有的s轨道成分和的p202轨道成分，为使轨道间的排斥能最小，3个sp杂化轨道呈正三角形分布，夹角为120[图9-4]。
当3个sp杂化轨道分别与其他3个相同原子的轨道重叠成键后，就形成正三角形构型的分子。
杂化轨道理论
杂化轨道理论在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量相近的原子轨道重新组合，形成一组新的轨道，这个过程叫做轨道的杂化，产生的新轨道叫做杂化轨道。
1基本介绍杂化轨道理论（hybrid orbital theory)是1931年由鲍林(Pauling L)等人在价键理论的基础上提出，它实质上仍属于现代价键理论，但是它在成键能力、分子的空间构型等方面丰富和发展了现代价键理论。
核外电子在一般状态下总是处于一种较为稳定的状态，即基态。
而在某些外加作用下，电子也是可以吸收能量变为一个较活跃的状态，即激发态。
在形成分子的过程中，由于原子间的相互影响，单个原子中，具有能量相近的两个能级中，具有能量较低的能级的一个或多个电子会激发而变为激发态，进入能量较高的能级中去，即所谓的跃迁现象，从而新形成了一个或多个能量较高的能级。
此时，这一个或多个原来处于较低能量的能级的电子所具有的能量增加到与原来能量较高的能级中的电子相同。
这样，这些电子的轨道便混杂在一起，这便是杂化，而这些电子的状态也就是所谓的杂化态。
用化学语言讲，杂化轨道理论从电子具有波动性、波可以叠加的观点出发，认为一个原子和其他原子形成分子时，中心电子所用的电子轨道不是原来纯粹的s轨道或p轨道，而是若干不同类型、能量相近的电子轨道经叠加混杂、重新分配轨道的能量和调整空间伸展方向，组成了同等数目的能量完全相同的新的电子轨道——杂化轨道，以满足化学结合的需要。
这一过程称为电子轨道的杂化。
2基本要点只有最外电子层中不同能级中的电子可以进行轨道杂化，且在第一层的两个电子不参与反应。
不同能级中的电子在进行轨道杂化时，电子会从能量低的层跃迁到能量高的层，并且杂化以后的各电子轨道能量相等又高于原来的能量较低的能级的能量而低于原来能量较高的能级的能量。
当然的，有几个原子轨道参加杂化，杂化后就生成几个杂化轨道。
杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理。
杂化后的电子轨道与原来相比在角度分布上更加集中，从而使它在与其他原子的原子轨道成键时重叠的程度更大，形成的共价键更加牢固。
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例1：sp杂化——BeCl2的形成
Cl
Be
Cl
180
。
px
Cl 2p 2s
sp
px
Cl
2p 激发 2s
sp Sp杂化
SP杂化轨道的形成过程
z z z z
y x x
y x
y x
y
sp杂化： 1个s 轨道与 1个p 轨道进行的杂化 , 形成2个sp杂化轨道。
每个sp杂化轨道含有1/2 s 和1/2 p 轨道成分 两个轨道间的夹角为180°，呈直线型
7 、 下列判断正确的是 （ D ） A、BF3 是三角锥形分子 B、铵根离子呈平面形结构 C、甲烷分子中的4个C-H键都是氢原子的1s轨道与碳子的 p轨道形成的s-pσ键 D、甲烷分子中的4个C-H键都是氢原子的1s轨道与碳原子 的4 个 sp3杂化轨道重 叠形成的σ键 9 、根据价层电子对互斥理论及原子的杂化理论判断NF3分子 的空间构型和中心 原子的杂化方式为（ ） D A.直线形 sp杂化B.三角形 sp2杂化 C.三角锥形 sp2杂化 D.三角锥形 SP3杂化
第二节 分子的立体构型
第三课时——杂化轨道理论简介
复习：
1 、从原子轨道角度共价键可分哪两种 基本类型 ？ σ键和π键
2、价层电子对互斥理论模型有哪些？ 3、基态c原子的电子排布式是 1s22s22p2
最外层有 2 个未成对电子、只能形成 2 个共价 键。
活动：请根据价层电子对互斥理论 分析CH4的立体构型
例3：sp3杂化——CH4分子的形成
C： 2s2 2p2
2p 2s 激发 2s
2p
sp3 Sp3杂化
Sp3杂化轨道的形成过程
z y y x x x x y z z 。 109.5 z
sp3杂化： 1个s 轨道与 3个p 轨道进行的杂化 ,形成 4个sp3 杂化轨道。每个sp3杂化轨道含有 1/4s 和 3/4 p轨道成分每两个轨道间的夹角为109.5°， 空间构型 为正四面体型。
三、杂化理论简介
1.杂化理论提出背景及概述：在形成分子 时，在外界条件影响下若干不同类型能量 相近的原子轨道混合起来，重新组合成一 组新轨道的过程叫做原子轨道的杂化，所 形 成 的 新 轨 道 就 称 为 杂 化 轨 道 。
三、杂化理论简介
2、要点：
（1）参与杂化的各原子轨道 能量要相近 在同一能 级组如ns 和 np 或相近能级组 如(n-1)d 、ns 、 np 的轨道； （2）杂化前后原子轨道 数目不变：参加杂化的轨 道数目等于形成的杂化轨道数目；但杂化轨道改变了 原子 轨道的形状方向，在成键时更有利于轨道间的 重叠； （3）杂化前后原子轨道为使相互间排斥力最小，故 在空间取最大夹角分布，不同的杂化轨道伸展方向不 同.
三、杂化理论简介
4 .杂化轨道小结：
杂化轨道 Sp
每个轨道的成分
1/2 s
轨道间夹角( 键角) 180 °
1/2 p
sp2
sp3
1/3 s
2/3 p
3/4p
120 °
109.5°
1/4 s
杂化轨道只能用于形成σ键和容纳孤电子对，所以 杂化轨道数==== 中心原子孤电子对数+中心原子结合的原子数
三、杂化理论简介
C原子的轨道排布图 2s2 1s2 H原子轨道排布图 1s1
为什么碳原子与氢原子结合形成CH4而不是CH2?
2p2
依据价键理论，甲烷是 4 个 C — H σ单 键，而碳的 4 个价层原子轨道是3个相互垂 直的2p和1个球形的 2s，那么用它们和氢原 子的1s形成共价键的角应该是90度而不是109 度28分的四面体构型？ 为了解决这些矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论
例2：sp2杂化——BF3分子的形成
F
。
120 B
B ：1s22s22p1没有3个成键单电子
F
F 2p 2s 2s 激发 2p
Sp2杂化
sp2
Sp2杂化轨道的形成过程
z y x x x y z y z y
z
sp2杂化： 1个s 轨道与 2个p 轨道进行的 杂化 ,形成3个sp2 杂化轨道。 每个sp2杂化轨道含有 1/3 s 和 2/3 p 轨道 的成分 每两个轨道间的夹角为120°，呈平 面三角形
5. 杂化类型判断： 杂化类型的判断方法：先确定分子或 离子的VSEPR模型，然后就可以比较方 便地确定中心原子的杂化轨道类型。
三、杂化理论简介
5 .杂化类型判断（参考课本第41页）
对于ABm 型分子或离子，其中心原子 A 的杂化轨道数恰好与A的价 电子对数相等。
A的价电子对数
A的杂化轨道数 杂化类型
2
2 sp
3
3 sp2
4
4 sp3
A的杂化轨道空间构型
ABm 型分子或离子空间 构型
直线型
直线型
平面三角形
正四面体
平面三角形或 正四面体三角锥型或v型 v型
巩固练习
4 、对SO2 和CO2 说法正确的是（ D ） A、都是直线形结构 B、中心原子都采取SP杂化轨道 C、S原子和C原子上都没有孤对电子 D、SO2 是V形结构，CO2 是直线形结构
思考பைடு நூலகம்交流
试确定H3O+的中心原子的杂化轨道类型