杂化轨道理论
杂化轨道理论PPT课件
sp sp2
直线 平形面三角
方法：
sp3
形正四面体
根据价层电子对数；
sp2
形 V形
或杂化轨道夹角。
sp3
三角锥形
第 20 页
杂化轨道理论
探究导学
探究一、杂化轨道类型的判断与分子空间构型确定 2、杂化轨道立体构型与分子立体构型
类型 杂化轨道构型
s
p
直线
sp2
平面三角
sp3
正四面体
分子立体构型
直线形
平面三角形 平面形 V形
第 18 页
探究导学
问题 根据以上事实总结：如何判断一个化合物中心原子杂化类型
探究
及分子空间构型？
杂化轨道理论
探究一、杂化轨道类型的判断与分子空间构型确定 1、杂化轨道类型的判断
杂化轨道只能用于形成σ键或用来容纳孤电子 对 杂化轨道数 = 中心原子价层电子对数
第 19 页
探究导学
0+2=2 0+3=3 0+4=4 1+2=3 1+3=4
sp
(2)NH4+___直0_+_线4_=_形4___、__________、_s_p_3_______；
3
(3)H2O __正2_+_四2_=_面4__体__形、__________、s_p_3________；
1029．°杂28化′轨道与参与杂化的原子轨道数目相同，但能量不同。
3．杂化轨道符合VSEPR模型，尽量占空间，使它们间斥力最小。
第 22 页
杂化轨道理论
习题导学
1．计算下列各微粒中心原子的杂化轨道数，中心原子的杂化轨道类
型，写出VSEPR模型名称。 孤电子对数＋结合的原子数
高中化学物质结构杂化轨道理论
第2课时 杂化轨道理论[学习目标定位] 知道杂化轨道理论的基本内容，能根据杂化轨道理论确定简单分子的立体构型。
一 杂化轨道理论1.杂化轨道及其理论要点(1)阅读教材内容，并讨论甲烷分子中四个C—H 键的键能、键长，为什么都完全相同？ 答案 在形成CH 4分子时，碳原子的一个2s 轨道和三个2p 轨道发生混杂，形成四个能量相等的sp 3杂化轨道。
四个sp 3杂化轨道分别与四个H 原子的1s 轨道重叠成键形成CH 4分子，所以四个C—H 是等同的。
可表示为(2)由以上分析可知①在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道重新组合形成一组新轨道的过程叫做原子轨道的杂化，重新组合后的新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。
②轨道杂化的过程：激发→杂化→轨道重叠。
(3)杂化轨道理论要点①原子在成键时，同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道。
②参与杂化的原子轨道数等于形成的杂化轨道数。
③杂化改变了原子轨道的形状、方向。
杂化使原子的成键能力增加。
2.杂化轨道类型和立体构型 (1)sp 杂化——BeCl 2分子的形成 ①BeCl 2分子的形成杂化后的2个sp 杂化轨道分别与氯原子的3p 轨道发生重叠，形成2个σ键，构成直线形的BeCl 2分子。
②sp 杂化：sp 杂化轨道是由一个n s 轨道和一个n p 轨道杂化而得，每个sp 杂化轨道含有12s和12p 轨道的成分。
sp 杂化轨道间的夹角为180°，呈直线形(如BeCl 2)。
③sp 杂化后，未参与杂化的两个n p 轨道可以用于形成π键，如乙炔分子中的C ≡C 键的形成。
(2)sp 2杂化——BF 3分子的形成 ①BF 3分子的形成②sp 2杂化：sp 2杂化轨道是由一个n s 轨道和两个n p 轨道杂化而得，每个sp 2杂化轨道含有13s 和23p 的成分。
sp 2杂化轨道间的夹角为120°，呈平面三角形(如BF 3)。
杂化轨道理论
sp杂化 sp杂化
sp杂化的特点（ C≡C ） sp杂化的特点（
1、每个C原子的一个2s轨道和1个2p轨道形成 、每个C原子的一个2s轨道和1 2p轨道形成 了sp杂化，杂化后的2个sp杂化轨道在一条直 sp杂化，杂化后的2 sp杂化轨道在一条直 线上。键角180 线上。键角1800。 2、每个C原子各以1个sp杂化轨道与其它1个 、每个C原子各以1 sp杂化轨道与其它1 原子形成1 原子形成1个σ 键。2个C原子之间又各以1个sp 键。2 原子之间又各以1 杂化轨道形成一个碳碳 σ 键。 3、此外，每个C原子中未参加杂化的2个P轨 、此外，每个C原子中未参加杂化的2 道互相平行重叠形成二个π 道互相平行重叠形成二个π 键。
杂化轨道理论
杂化轨道理论
一、碳原子核外电子排布 碳原子核外电子排布是：1S轨道上有2个 电子，2S轨道上有2个电子，2P轨道上有 2个电子。 二、有机化合物中C的价键特点：每个C 原子需形成4个共价键。
S电子云和P电子云 电子云和P
S轨道和P轨道的杂化 轨道和P
激发
2s 2p 2s 2p
杂化 sp3
sp3杂化
sp3杂化的特点（C-H或C-C） 杂化的特点（C
1、每个C原子的一个2s轨道和3个 、每个C原子的一个2s轨道和3 2p轨道形成了sp3杂化，杂化后的4 2p轨道形成了sp 杂化，杂化后的4 个sp3杂化轨道呈正四面体形。 2、每个C原子与其它4个原子形成4 、每个C原子与其它4个原子形成4 个 σ键。 3、4个键互成109028， 个键互成109
σ键与 π键的比较 1、σ键强度大，不易断裂； π键强度小，易断裂。 2、组成 σ 键的两个原子可以 围绕键轴旋转，不影响键的 强度。组成π 强度。组成π 键的两个原子 不可以围绕键轴旋转。
无机化学 杂化轨道理论
VB法能否解释分子的空间构型？ 请用VB法解释H2 O分子空间构型？
按照价键理论，H2O分子中O原子的价电子排布为：
2S22Px22Py12Pz1，在2Py和2Pz轨道上各有1个成单电子，分别与
2个H原子成键后，其键角也应该为900 。
NH3 PH3
H2O H2S
B Hg B C,Si N,P O,S
其二，杂化轨道方向改变。不同的杂化方式导致杂化轨 道的空间分布不同，由此决定了分子的空间几何构型 不同。
满足化学键间最小排斥原理
注意： （a）孤立原子轨道本身不会发生杂化; （b）只有能量相近的原子轨道才能发生杂化。
例： (2s，2p) (3s，3p) (4s，3d，4p)等
原子形成杂化轨道的一般过程
F
B
F
F
平面三角形结构的BF3分子
3、sp3杂化
2s
2p 激发 2s 2p
sp3杂化
sp3
CH4形成 时的sp3杂化。
CH4分子的形成
H
o
C
H
H
H
正四面体结构的CH4分子
杂化轨道： SP
SP2
SP3
分子构型： 直线 平面三角形 正四面体
4、等性与不等性杂化 （1）等性杂化：所有的杂化轨道都是等同的。 （2）不等性杂化：
2. 形成的杂化轨道的数目等于参加杂化的原子轨道数目。 CH4 分子的形成中
中心碳原子： 2s ＋ 2px＋2py＋2pz
杂化
四条新杂化轨道
不同于 s 轨道，也不同于 p 轨道。 有自己的波函数、能量、形状和空间取向
3. 杂化轨道有更强的方向性和更强的成键能力
杂化轨道理论简介
怎样才干使CH４分子中旳C原子与四个H原子形成完全等同旳四个共价键呢？
原子轨道？伸展方向？
一.杂化轨道
⒈sp3杂化
CH4分子旳形成和空间构型
C旳电子排布:1s22s22p2
由1个s轨道和3个p轨道混杂并重新组合成4个能量与形状完全相同旳轨道。
为了四个杂化轨道在空间尽量远离，使轨道间旳排斥最小，4个杂化轨道旳伸展方向分别指向正四面体旳四个顶点。
理论分析：C原子旳4个sp3杂化轨道分别与4个Cl原子具有单电子旳2p轨道重叠，形成4个sp3-p旳σ键。故CCl4 分子旳空间构型是正四面体.
试验测定：CCl4分子中有四个完全等同旳C-Cl键，其分子旳空间构型为正四面体。
练习： 用杂化轨道理论分析下列物质旳杂化类型、成键情况和分子旳空间构型。（1） CO2 （2）H2O（3）HCHO （4）HCN
杂化轨道解释某些分子旳空间构型
联想·质疑： １、写出C原子电子排布旳轨道表达式，并由此推测：CH４分子旳C原子有无可能形成四个共价键？怎样才干形成四个共价键？
２、假如C原子就以１个２Ｓ轨道和３个２Ｐ轨道上旳单电子，分别与四个Ｈ原子旳１Ｓ轨道上旳单电子重叠成键，所形成旳四个共价键能否完全相同？这与CH４分子旳实际情况是否吻合？
『思索』:经过分析CH2=CH2分子旳构造，你以为分子中旳C原子是否也需要“杂化”？它又应该进行怎样旳“杂化”？
⑵ C2H4分子旳形成和空间构型
根据以上对SP2杂化过程旳分析，自己尝试推测一下乙烯分子中C原子旳杂化类型和成键情况，尤其是C=C旳形成情况？目前你能否解释乙烯分子旳构造特点了？
sp2杂化：乙烯Leabharlann 苯中碳原子也是以sp2杂化旳：
⒊sp1杂化
BeCl2分子旳形成和空间构型
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。
杂化轨道理论简介课件
本ppt课件介绍杂化轨道理论的基本概念和重要性，包括杂化轨道的形成条件 和特点，以及在化学中的实际应用。通过本课件，你将理解杂化轨道的意义 和其在分子构型预测和反应活性中的关键作用。
杂化轨道的定义和作用
1 定义
杂化轨道是原子轨道的线性组合，用于描述 分子中电子分布的形态。
sp3 杂化轨道的形成和特点
1 形成
一个s轨道和三个p轨道线性组合。
2 特点
形成四个等能量的sp3杂化轨道，角度为109.5°。
sp3 d杂化轨道的形成和特点
1 形成
一个s轨道，三个p轨道和一个d轨道线性组合。
2 特点
形成五个等能量的sp3d杂化轨道，角度为90°和120°。
sp3 d2 杂化轨道的形成和特点
杂化轨道的重叠形成了共价键。
2 杂化轨道形成共价键角
杂化轨道的角度决定了分子的形状。
2 作用
杂化轨道确定了分子的几何形状和化学性质。
s、p、d杂化轨道的形成条件
1 s轨道
只需一个原子轨道即可。
2 p轨道
需要一个s轨道和两个p轨 道。
3 d轨道
需要一个s轨道，三个p轨 道和五个d轨道。
sp杂化轨道的形成和特点
1 形成
一个s轨道和一个p轨道线性组合。
2 特点
形成两个等能量的sp杂化轨道，角度为180°。
1 形成
2 特点
一个s轨道，三个p轨道和两个d轨道线性组合。
形成六个等能量的sp3d2杂化轨道，角度为 90°。
杂化轨道理论的实际应用
1 分子构型的预测
杂化轨道性
杂化轨道理论可解释分子的反应活性和化学性质。
杂化轨道与化学键的关系
1 杂化轨道形成了化学键
第一节 杂化轨道理论
1931年，Pauli和Slater提出了杂化轨道的概念。
杂化轨道概念开始仅属于VB理论的范畴，后经MO法的运用，使杂化 轨道理论逐步发展成现代化学键理论的重要内容。 我国著名理论化学家唐敖 庆院士和刘若庄院士等对杂化
轨道理论进行了深入研究，提
出了计算一般键函数的矩阵变 换法，并将杂化轨道中的群论
【理由2】 由 LCAO-MO的基本原则告诉我们：对称性相匹配、能量相近的原子
轨道可从最大重叠方向进行线性组合。
【理由3】 原子轨道通过“杂化”（线性组合）后，有利于增强原子轨道的成
键能力。
由前面对原子轨道的讨论得知，原子轨道可以写成径向部分和角度
部分的乘积。即：
Φk = Ri(r)·Yi(θ,φ)
决于杂化轨道之间的夹角。
由于杂化轨道种类很多，例如： sp1杂化 sp2杂化 sp3杂化 θkl = 180º ——直线形 θkl = 120º ——平面正三角形 θkl = 109°28’——正四面体
sp2d1杂化 ——平面正方形 sp3d1杂化 ——三角双锥 sp3d2杂化 ——正八面体 „„ 在此，我们仅以s-p杂化轨道为例进行讨论。
φsp2
因为：Biblioteka 1 = φs+ 3
2 φ = p 3
1 （φs + 3
2 φ p）
λ2
1 2 = / = 2 3 3
y
即，在 sp2 等性杂化轨道中，s 轨道与 p 轨道的贡献为（1:2）。 于是： 1 + 2cosθkl = 0 θkl = arc cos(- 0.5) = 120° θkl
+
s px
后形成的新轨道称为杂化轨道(hybrid orbital)。
杂化轨道和分子轨道理论
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杂化轨道理论主要关注分子中的成键电子，而分子轨道理论则更全面地考虑了所有电子的运动状态。
杂化轨道理论是分子轨道理论的一个简化模型，用于解释分子的几何构型和成键性质。
杂化轨道理论中的杂化类型（如sp、sp2、sp3等）与分子轨道理论中的能级分裂和电子排布有关。
杂化轨道理论和分子轨道理论在解释分子的性质和反应机理方面相互补充，共同构成了现代化学键理论的基础。
分子轨道的能级顺序与原子轨道能级有关
分子轨道的形状和极性影响分子的物理和化学性质
成键轨道
非键轨道
反键轨道
半键轨道
分子磁学：研究分子的磁学性质，如磁性、顺磁性等
化学反应机理：解释和预测化学反应的过程和产物
分子光谱学：解释和预测分子的光谱性质
分子设计：基于分子轨道理论，设计和优化分子的性质和功能
PART FOUR
汇报人：XX
XX,a click to unlimited possibiliT ONE
PART TWO
1931年，鲍林提出了杂化轨道理论
该理论是为了解释共价键的形成机制
鲍林认为，原子在形成共价键时，会形成杂化轨道
杂化轨道理论为共价键的形成提供了更深入的理解
原子轨道：原子内部的电子运动形成的轨道
sp³d杂化：由一个s轨道、三个p轨道和一个d轨道杂化形成，生成五个sp³d杂化轨道，呈三角双锥形
解释化合物稳定性：杂化轨道理论可以解释不同元素之间的化合物稳定性，预测化合物的性质和反应活性。
预测分子几何结构：杂化轨道理论可以预测分子的几何结构，如键长、键角等，从而了解分子的物理和化学性质。
指导药物设计：杂化轨道理论在药物设计中具有指导作用，可以预测药物与生物大分子之间的相互作用，从而优化药物的设计和性能。
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。
2024/1/29
14
04
轨道杂化对物质性质影响
2024/1/29
15
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。
2024/1/29
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。
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分子结构(Sp杂化类型,化学键,共价键理论,价键理论,概念)
【知识引入】
杂化轨道理论（hybrid orbital theory）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。
按参加杂化的原子轨道种类，轨道杂化有sp和spd两种主要类型，
分为sp,sp2,sp3,dsp2,sp3d,sp3d2,d2sp3,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和不等性杂化。
【正文】
（一）杂化轨道理论的基本要点
1．在成键过程中，由于原子间的相互影响，同一原子中参加成键的几个能量相近的原子轨道可以进行混合，重新分配能量和空间方向,组成数目相等的新原子轨道。
这种轨道重新组合的过程称为轨道杂化，简称杂化。
所组成的新原子轨道叫做杂化轨道。
2．杂化轨道之间互相排斥，力图在空间取得最大的键角，使体系能量降低。
原子轨道杂化以后所形成的杂化轨道更有利于成键。
因为杂化后原子轨道的开头发生了变化，如s轨道和p轨道杂化形成的杂化轨道，使本来平分在对称两个方向上的p轨道比较集中在一个方向上，变成一头大一头小，成键时在较大一头重叠，有利于最大重叠。
因此杂化轨道的成键能力比单纯轨道的成键能力强。
（二）杂化轨道类型
根据原子轨道的种类和数目不同，可以组成不同类型的杂化轨道。
这里我们只介绍s轨道和p轨道之间的杂化。
1．Sp杂化
一个s轨道和一个p轨道杂化可组成两个sp杂化轨道。
每个sp杂化轨道各含有1/2s和1/2p成分。
两个杂化轨道夹角为180°。
两个sp杂化轨道的对称轴在同一条直线上，只是方向相反（图4-12）。
因此sp杂化轨道又叫直线形杂化轨道。
图4-12 sp杂化轨道的形成
图4-13BeCL2分子型
2．sp2杂化
一个s轨道和两个p轨道杂化可组成三个sp2杂化轨道。
每个sp2杂化轨道有1/3s成分，2/3p成分。
两个sp2杂化轨道间的夹角120°。
图4-15 BF分子构成
3．sp3杂化
一个s轨道和三个p轨道杂化形成四个sp3杂化轨道，每个sp3杂化轨道含有1/4s和3/4p成分。
每两个杂化轨道间的夹角为109°28’。
【知识拓展】
我国有机化学研究水平居世界前沿
新华网11月5日电日前，中国科学技术大学结构分析和选键化学重点实验室在富勒烯单分子结构和电子态的表征研究中又获重要突破。
他们成功地建立了扫描隧道电流微分谱测量技术及理论模拟方法，能够同时对单分子的电子态进行位置空间和能量空间的表征。
通过对香港科技大学合成的Dy@C82单分子的研究表明：该单分子中包裹的金属原子镝与碳原子存在着轨道杂化。
这些杂化轨道的空间分布可以通过不同能量条件下的扫描隧道电流微分谱图像显示出来。
将实验结果与理论计算进行比较，就可以推论出金属原子在碳笼内的相对位置。
这一成果为基于单个富勒烯分子的纳米器件的原位探测提供了新技术，也为解决单分子结构表征与探测研究中一些悬而未决的科学问题，提供了新的途径。
5月4日从国家自然科学基金委了解到，在国家科学基金的长期资助下，我国在有机合成方法学、有机氟化学、有机超分子化学和糖肽化学等多个方面取得了一系列科研突破，相关成果居世界前沿，产生了重要的国际影响力。
据介绍，中科院上海有机所陈庆云研究员等完成的有机氟化学中若干前沿领域研究课题，实现了选择性合成含氟烷基的卟啉化合物；利用三氟甲基化反应，成功地合成了半个世纪前科学家提出的非芳香性卟啉化合物；发现了碘-氧、溴-氮、氧-氯、溴-氧之间的弱相互作用；实现了二氟亚甲基尼古丁等含氟杂环化合物的合成。
研究成果获得专利授权13项。
中科院化学所王梅祥研究员等承担的新型大环主体分子体系的超分子化学研究项目也取得了一系列创新成果。
他们建立和完善了片段偶联法，高效合成了多种氮原子和氧原子桥连杯芳烃新型大环化合物；发展了一系列具有结构与功能特色的三蝶烯超分子化学新体系，实现了酸碱、离子调控的不同类型组装体之间的转化过程，揭示了含三蝶烯化合物结构与功能之间的关系。
【授课脉络:】
一，知识引入
二，正文
1，相关知识链接2，正文
三，知识延伸。