分子的空间构型杂化轨道理论
分子的空间结构(第3课时 杂化轨道理论简介)高二化学(人教版2019选择性必修2)
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CONTENTS
02 SP、SP2、 SP3三种杂化
02、SP、SP2、SP3三种杂化
sp3杂化
z
y x
z
y x
z 109°28′
y
x
z
y x
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杂化轨道的形状也为一头大，一头小， 含有 1/4 s 轨道和 3/4 p 轨道的成分每两个轨道间的夹角为109.5°，空间构型为正四面体形
02、SP、SP2、SP3三种杂化
sp3杂化
02、SP、SP2、SP3三种杂化
sp3杂化 CH4分子的形成
C：2s22p2 2s
2p
2p
激发 2s
sp3杂化
sp3
02、SP、SP2、SP3三种杂化
sp2杂化
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杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有 1/3 s 轨道和 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
课堂练习
4．下列关于空间构型的说法正确的是AA．CH4
是正四面体形 B．CH4是平面正方形C．CH4 是三角锥形 D．CH4是十字交叉形
课堂练习
C 5．氨分子的空间结构是三角锥形，而甲烷是正四面体形，这是因为A．两种分
子的中心原子杂化类型不同，NH3为sp2杂化，而CH4是sp3杂化B．NH3分子中 氮原子形成3个杂化轨道，CH4分子中碳原子形成4个杂化轨道C．NH3分子中有 一对未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强D．NH3分子中氮元素的 电负性比CH4分子中碳元素的电负性大
空间构型
孤对电子-孤对电子 ＞ 孤对电子-成键电子 ＞ 成键电子-成键电子
b. 在ABn中，若A与B之间通过双键或叁键结合时，则按单键处理。
实验内容
1.根据杂化轨道理论判断分子或者基团的空间构型
种 类 BeCl2 BCl3 [Zn(NH3)4 ]2+, CCl4 NH3 H2O [FeF6]3－
杂 化 类 型 键角
sp
180° 直线
sp2
120° 平面三 角
sp3
109°28 ′ 正四面体
不等性sp3 不等性sp3
107°18 ′ 三角锥 104°30 ′ 角(V)形
sp3d2
90° 正八面体
分子的几何 构型
2.价电子对数与理想几何构型关系
价层电子对数 2 3 平面三角形 4 120° 价层电子对的理想几何排 排 布 型 式 布 :－A－: 直 线 形 角 度 180°
价电子对数=（5+1×4-1）/2=4）； 如果是阴离子，价层电子总数应加上阴离子的电荷数，例如，PO43-， 价电子对数=（5+0+3）/2=4。
b. 如果是阳离子，价层电子总数应减去阳离子的电荷数，例如，NH4+，
(3) 价电子对数与理想几何构型关系
理想几何构型: 中心原子的价层电子对全是成键电子对。
空间结构的画法，以a为例
Cl
a
最后，判断空间构型
找出不同类型电子对之间排斥作用数（选90°） （a）（b）（c） 90°孤对电子对—孤对电子对排斥作用数 90°孤对电子对—成键电子对排斥作用数 90°成键电子对—成键电子对排斥作用数 0 6 6 1 3 2 0 4 2
最后，判断空间构型
排斥作用数越多排斥越大，此结构就越不稳定，在上述
杂化轨道理论(图解)
杂化轨道理论 (图解）一、原子轨道角度分布图S Px Py Pz dz2dx2 -y2dxy dxz dyz二、共价键理论和分子结构㈠、共价键理论简介１、经典的化学键电子理论：1916 年德国化学家柯塞尔(Kossel)和 1919 年美国化学家路易斯(Lewis) 等提出了化学键的电子理论。
他们根据稀有气体原子的电子层结构特别稳定这一事实，提出各元素原子总是力图（通过得失电子或共用电子对）使其最外层具有８电子的稳定结构。
柯塞尔用电子的得失解释正负离子的结合。
路易斯提出，原子通过共用电子对而形成的化学键称为共价键(covalent [k?u`veilent]bond[b ?nd]) 。
用黑点代表价电子（即最外层 s，p 轨道上的电子），可以表示原子形成分子时共用一对或若干对电子以满足稀有气体原子的电子结构。
为了方便，常用短线代替黑点，用“－”表示共用１对电子形成的共价单键，用“＝”表示２对电子形成的共价双键，“≡”表示３对电子形成的共价叁键。
原子单独拥有的未成键的电子对叫做孤对电子(lone[l?un ]pair[ pε?]electron[i`lektr ?n]) 。
Lewis 结构式的书写规则又称八隅规则（即８电子结构）。
评价贡献： Lewis 共价概念初步解释了一些简单非金属原子间形成共价分子的过程及其与离子键的区别。
局限性：①、未能阐明共价键的本质和特性；②、八隅规则的例外很多。
PC SF6 BeC BF NO ，NO2l5l23中心原子周围 10 1246含奇数价电子价电子数的分子③、不能解释某些分子的性质。
含有未成对电子的分子通常是顺磁性的（即它们在磁场中表现出磁性）例如O2。
２、 1927 年德国的海特勒Heitler和美籍德国人的伦敦London 两位化学家建立了现代价键理论，简称VB理论（电子配对法）。
1931 年，鲍林在电子配对的基础上提出了杂化轨道理论的概念，获1954 年诺贝尔化学奖。
杂化轨道理论
杂化轨道理论杂化轨道理论基本介绍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电子亚层中，具有能量较低的电子亚层的一个或多个电子会激发而变为激发态，进入能量较高的电子亚层中去，即所谓的跃迁现象，从而新形成了一个或多个能量较高的电子亚层。
此时，这一个与多个原来处于较低能量的电子亚层的电子所具有的能量增加到与原来能量较高的电子亚层中的电子相同。
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。
概述1931年,Linus Carl Pauling提出轨道杂化理论。
实验事实基础是许多分子的键角不等于原子轨道间夹角。
如氧原子与氢原子组成的水分子H－O－H的键角是104.5o，不等于氧的2py与2pz轨道间的夹角90o。
类似的，NH3分子中H－N－H的键角也不等于90o，实际测得107.3o。
实验测得甲烷分子CH4是四面体结构，H－C－H键角为109.5o。
要点⑴ 在形成分子（主要是化合物）时，同一原子中几个能量相近的不同类型的原子轨道 (一般为同一能级组的原子轨道)可以进行线性组合(杂化)，重新分配能量和确定空间方向，组成数目相等的新的一组原子轨道。
⑵杂化轨道成键能力大于原来的原子轨道。
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。
⑶ 形成的杂化轨道之间应尽可能地满足最小排斥原理（化学键间排斥力越小，体系越稳定），为满足最小排斥原理，杂化轨道之间的夹角应达到最大。
⑷ 分子的空间构型主要取决于分子中σ键形成的骨架，杂化轨道形成的键均为σ键，所以，杂化轨道的类型与分子的空间构型相关。
相关概念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线性组合成新的原子轨道，这个过程叫做原子轨道的杂化，产生的新轨道叫做杂化轨道。
分子的空间构型(课件PPT)
为平面正三角形。
BF3分子形成
2s
2p
激发 2s
2p
正三角形
B的基态
激发态
F
B
120°
F
F
sp2 杂化态
碳的sp2杂化轨道
sp2 杂 化 ： 三 个 夹 角 为 120° 的 平 面 三 角 形 杂 化轨道。
等性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。
4、教学必须从学习者已有的经验开始。——杜威 5、构成我们学习最大障碍的是已知的东西，而不是未知的东西。——贝尔纳 6、学习要注意到细处，不是粗枝大叶的，这样可以逐步学习摸索，找到客观规律。——徐特立 7、学习文学而懒于记诵是不成的，特别是诗。一个高中文科的学生，与其囫囵吞枣或走马观花地读十部诗集，不如仔仔细细地背诵三百首诗。——朱自清 8、一般青年的任务，尤其是共产主义青年团及其他一切组织的任务，可以用一句话来表示，就是要学习。——列宁 9、学习和研究好比爬梯子，要一步一步地往上爬，企图一脚跨上四五步，平地登天，那就必须会摔跤了。——华罗庚 10、儿童的心灵是敏感的，它是为着接受一切好的东西而敞开的。如果教师诱导儿童学习好榜样，鼓励仿效一切好的行为，那末，儿童身上的所有缺点就会没有痛苦和创伤地不觉得难受地逐渐消失。——苏霍姆林斯基
BeCl2分子形成
2p 2s
2p 2s
激发
直线形 杂化
Be基态
Cl
180
Be Cl
激发态
键合
sp杂化态 直线形
化合态
碳的sp杂化轨道
sp 杂 化 ： 夹 角 为 180° 的直线形杂化轨道。
分子的空间构型杂化轨道理论
C原子在形成乙炔分子时发生sp杂化，两个 碳原子以sp杂化轨道与氢原子旳1s轨道结合形成 σ键。各自剩余旳1个sp杂化轨道相互形成1个σ 键，两个碳原子旳未杂化2p轨道分别在Y轴和Z轴 方向重叠形成π键。所以乙炔分子中碳原子间以 叁键相结合。
大π 键
C6H6
sp2杂化
C6H6旳大π键（离域键）
思索
BeCl2分子形成过程
2p 2s
2p 2s 激发
Be基态
180
Cl Be
激发态
Cl
杂化 直线形
键合
sp杂化态 直线形
化合态
三、杂化理论简介
1.概念：在形成份子时，因为原子旳相互影响,若干 个不同类型但能量相近旳原子轨道混合起来，重新组 合成一组新轨道旳过程叫做原子轨道旳杂化，所形成 旳新轨道就称为杂化轨道。
杂化轨道 每个轨道旳成份 轨道间夹角( 键角)
sp
1/2 s，1/2 p
180°
sp2
1/3 s，2/3 p
120°
sp3
1/4 s，3/4p
109°28′
三、杂化理论简介
3.杂化轨道分类：
H2O原子 轨道杂化
单 不电等O子性原，杂子可：化形2：成s22参2p个4 加共杂价有化键2个，旳各原子轨道进行成份上旳 键角应该是90°不，W均h匀y?混合。某个杂化轨道有孤电子对
第二单元 分子构型与物质旳性质
分子旳空间构型（2）
C 2s
2px 2py 2pz
2s
2px
2py
2pz
C原子与H原子结合形成旳分子为何是CH4， 而不是CH2或CH3？CH4分子为何具有正四 面体旳空间构型（键长、键能相同，键角相 同为109°28′）？
4.1.2分子的空间结构(2)-杂化轨道理论-高二化学课件(苏教版2019选择性必修2)
1
3
平面
三角形
V形
0
3
平面
三角形
平面
三角形
0
4
正四
面体形
正四
面体形
SO2
CO32-
NH4
+
VSEPR理想
模型
VSEPR理想
模型名称
分子或离子的
空间结构
分子或离子的空
间结构名称
离子
空间构型
ClO直线形
ClO−
2
V形
ClO−
3
三角锥形
ClO−
4
正四面体形
6.含氮化合物在生产生活中有重要的应用。
(1)NH4NO3 和尿素(H2NCONH2)是重要的化学肥料。
THANKS
二、sp杂化——BeCl2
3.sp杂化：1个s轨道+1个p轨道
s
sp杂化
180℃
思考讨论
请同学们分析sp杂化(sp3杂化、 sp2杂化、 sp杂化)中原子轨道杂化前后的变与不
变，并归纳整理。
轨道数不变
s
p p
p
能量、形状不同
伸展方向不同
成键结合力不同
排斥力大
sp3
能量、形状相同
伸展方向不同
成键结合力相同，且增强
4.根据键线式确定
5.根据等离子体确定
二、等电子体原理
1.等电子体
具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子
2.等电子体原理
具有相同的结构特征，性质相近
C
O
N
N
1个σ键和2个π键
原子
总数
CO 2
N2 2
价电
子数
10
分子的立体构型之杂化轨道理论
杂化轨道理论为了更好地解释多原子分子的实际空间构型和性质，1931年鲍林和斯莱脱(Slater)在电子配对理论的基础上，提出了杂化轨道理论(hybrid orbital theory)，丰富和发展了现代价键理论。
1、杂化轨道理论的基本要点原子在形成分子时，为了增强成键能力，同一原子中能量相近的不同类型（s、p、d…）的几个原子轨道可以相互叠加进行重新组合，形成能量、形状和方向与原轨道不同的新的原子轨道。
这种原子轨道重新组合的过程称为原子轨道的杂化，所形成的新的原子轨道称为杂化轨道。
注意：①、只有在形成分子的过程中，中心原子能量相近的原子轨道才能进行杂化，孤立的原子不可能发生杂化。
②、只有能量相近的轨道才能互相杂化。
常见的有：ns、np 、nd；(n-1)d 、ns、np；③、杂化前后，总能量不变。
但杂化轨道在成键时更有利于轨道间的重叠，即杂化轨道的成键能力比未杂化的原子轨道的成键能力增强，形成的化学键的键能大。
这是由于杂化后轨道的形状发生了变化，电子云分布集中在某一方向上，成键时轨道重叠程度增大，成键能力增强。
④、杂化所形成的杂化轨道的数目等于参加杂化的原子轨道的数目，亦即杂化前后，原子轨道的总数不变。
⑤、杂化轨道的空间构型取决于中心原子的杂化类型。
不同类型的杂化，杂化轨道的空间取向不同，即一定数目和一定类型的原子轨道间杂化所得到的杂化轨道具有确定的空间几何构型，由此形成的共价键和共价分子相应地具有确定的几何构型。
☆什么叫杂化？同一原子的能量相近的原有的原子轨道“混杂”起来，重新组合形成新轨道的过程，叫做杂化。
☆什么叫杂化轨道？新组合的原子轨道叫做杂化轨道。
☆为什么要杂化？杂化轨道形成的化学键的强度更大，体系的能量更低。
☆杂化的动力：受周围原子的影响。
☆为什么杂化后成键，体系的能量降低？杂化轨道在一个方向上更集中，便于轨道最大重叠。
☆杂化轨道的构型决定了分子的几何构型：杂化轨道有利于形成σ键，但不能形成π键。