原子轨道杂化三原则
杂化轨道详细解说
高中化学7：杂化轨道1、概念理解原子在形成分子时，原子轨道不可能只重叠而本身不变，实际上个原子的价电子运动状态必然改变，而使成键能力尽可能增加，体系能量尽可能降低。
能量相近的不同原子轨道重新合成相同数目的新原子轨道。
通常有sp型、dsp型、spd型等。
杂化并非一个实际过程，而是一个数学概念。
为了得到波动方程有关价层电子的解，及波函数而采取的一个步骤。
和原有的s、p轨道相比，杂化轨道分布图具有一个肥大的正瓣，这一区域大大有利于成键轨道之间的重叠。
而且杂化轨道空间分布合理，降低了成键电子的排斥。
2个方面都有利于体系能量的下降。
2、价层电子对互斥理论（VSEPR理论）对轨道形状的推测2.1、价层电子对互斥理论（VSEPR理论）：对于一个ABm型分子（或离子），围绕中心A原子的价层对子对（包括成键电子对和未成键的孤电子对）的空间分布是受静电相互作用所支配。
电子对之间尽可能互相远离，这样斥力小，体系趋于稳定。
2.2、A原子价层电子对数的确定：[A原子价层电子数 + B原子提供的用于形成共价单键的电子数（双剑、三键均按生成一个单键考虑）]/2若是阴离子，电子数要加阴离子电荷数，阳离子则要减去。
B是H或卤素元素，每个原子提供一个共用电子。
B若是是氧族元素，规定不提供共用电子。
四氯化碲TeCl4分子：Te有6个价层电子，加上4个Cl提供的共用电子，中心Te原子价层电子数等于10，对数为5。
SO42-离子：S有6个价层电子，规定O原子不提供共用电子，加上离子电荷数2，中心S 原子价层电子数等于8，对数为4。
2.3、VSEPR理论推测分子形状：判断非过渡元素化合物的分子（或离子）的几何构型是相当成功的。
价层电子对数在4以内，未发现例外；价层电子对数为5、6时，发现个别例外；价层电子对数为7以上时，中心不单一，出入较大；步骤：1、确定中心原子的价层电子对数2、确定价层电子对对应的最佳分布构型：2直线、3平面三角、4正四面体、5三角双锥体、6正八面体。
轨道杂化类型判断公式
轨道杂化类型判断公式
轨道杂化类型判断公式是晶体结构中用来判断原子轨道杂化类型的重要方法。
它利用数学技巧，依靠晶体中原子坐标与轨道解析函数，能准确描述晶体中原子轨道杂化行为，最终判断出杂化类型。
下面是关于轨道杂化类型判断公式的相关详细介绍：
一、计算过程：
1、把原子结构描述成离散的原子网格，确定晶体中原子的坐标。
2、通过计算轨道解析函数，计算出晶体中原子的轨道值。
3、计算原子轨道中的能量等级，并按照杂化的定义，判断其杂化类型。
二、原子轨道杂化类型：
1、空轨道杂化：指轨道中没有电子；
2、单电子杂化：指占据某轨道的电子数为1；
3、双电子杂化：指占据某轨道的电子数为2；
4、三电子杂化：指占据某轨道的电子数为3；
5、四电子杂化：指占据某轨道的电子数为4；
6、五电子杂化：指占据某轨道的电子数为5；
三、原子轨道杂化的作用：
1、它有助于提高晶体与其他物质间的电磁相互作用，例如在铁电物质中发生反面磁滞现象，可以增强磁性材料的磁性特性；
2、可以影响晶体结构中原子之间的化学反应，例如氢化反应、腐蚀反应等；
3、有助于影响晶体物质的物理性质，比如热传导性、导电性、热导率等。
四、轨道杂化类型判断公式的优点：
1、有助于揭示晶体中原子轨道的杂化规律，使晶体结构的化学和物理性质得以正确解释；
2、简单易用，不需要大量计算和试验，方便快捷；
3、可以用于低温高真空条件下的晶体结构分析，提高准确率。
碳原子轨道的杂化
在乙烯中，每个碳原子采用sp2杂化轨道与另外两个碳原子形成三个等同的sp2轨道，构成角型分子结构，这种结构使得乙烯分子具有较高的稳定性。
碳原子轨道杂化对分子几何形状的影响
在乙烯中，碳原子轨道杂化方式的改变使得乙烯分子中的C=C双键变得不稳定，容易被亲电试剂进攻，发生加成反应。
加成反应
碳原子轨道杂化使得乙烯分子中的C=C双键打开，通过与其他乙烯分子的加成反应，形成高分子聚合物。
杂化轨道
碳原子在形成四个单键时，会以sp3杂化方式将四个能量相近的轨道杂化成四个等能量的杂化轨道。
sp3杂化
碳原子轨道杂化概念
激发
碳原子在形成化合物时，会吸收能量使电子从基态跃迁到激发态，激发态的电子不稳定，会跃迁回基态，释放能量。
重构
激发态的电子会重新排布，使得四个单键的能量相近，形成稳定的sp3杂化轨道。
聚合反应
碳原子轨道杂化对分子化学性质的影响
电子云分布
碳原子轨道杂化会改变电子云分布，从而影响分子的偶极矩、光学活性等物理性质。
红外光谱
碳原子轨道杂化会影响分子中的键长、键角等参数，从而改变分子在红外光谱中的吸收峰位置和强度。
碳原子轨道杂化对分子物理性质的影响
碳原子轨道杂化与化学键
04
形成共价键
苯的合成
碳原子轨道杂化在芳香烃合成中的应用
醇的合成是碳原子轨道杂化在其他有机物合成中的重要应用之一。在醇的合成中，碳原子轨道发生sp3和sp2杂化，形成四个sigma键和一个pi键。
醇的合成
类似地，醛的合成也可以通过碳原子轨道杂化的方式实现。例如，乙醛的合成中，碳原子轨道发生sp3和sp2杂化，形成四个sigma键和一个pi键。
碳原子轨道杂化类型
4-2-3 杂化轨道
电子数
平行p轨道数
共轭大π键
中心O原子和配 2 p sp 同于两原子间的键。 在三个或三个以上用 键联 位O原子都有 p 轨道，共有4个 O 结起来的原子之间，如能满足下列条件，则可以 电子小于轨道数 生成离域键： 的两倍6，满足 O O 上述条件即可形 (1) 这些原子都在同一平面上；每一原子有一互相 成离Π域键。
O
C O
O
C O
O
C
III 大键 的结构式
O
I 路易斯结构式
II 分子中有2套 平行p轨道
大键的表示方法:
电子数
平行p轨道数
§4.2.4 价层电子对互斥理论
（VSEPR法） 基本要点：
•分子或离子的空间构型与中心原子的 价层电子对数目有关。
价层电子对=σ键电子对+孤对电子对 (VP) (σBP) (LP)
乙炔分子直线形
H
激发 杂化
σ
C
C
σ
H
C
py pz
sp 杂化， sp－1s ， sp － sp 均为 σ 键 。分子为直线形 。
py _ py H
两点结论
_
C
σ
pz _ pz
C
_
H
1 ) 分子构型由 σ 键确定；
2 ) π 键在σ 键基础上形成。
例如
CO2
C 2s 2 2p 2
1 2 O 2s 2 2p1 2 p 2 p x z y
激发 2p 2s 2p
2s
杂化
O
σ
π
C
σ
π
2p sp
O
O
C
O
SP2
2° sp2 杂化
化学高端培训课程：第三讲《杂化轨道理论》
杂化轨道理论一、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[kǝu`veilent]bond[bכnd])。
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[lǝun]pair[pεǝ]electron[i`lektrכn])。
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。
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。
３、1928年－1932年，德国的洪特(F.Hund)和美国的马利肯(R.S.Mulliken)两位化学家提出分子轨道理论，简称MO理论。
马利肯(R.S.Mulliken)由于建立和发展分子轨道理论荣获得1966年诺贝尔化学奖。
杂化轨道的判断
3
4
第四步 确定杂化轨道类型：
sp2
sp3
二、杂化轨道与分子的空间结构的关系
杂化轨道数= 中心原子孤对电子对数＋中心原子结合的原子数 =中心原子的价层电子对数
代表物 杂化轨道数 杂化轨道类型 VSEPR模型名称 分子的立体构型
CO2
0+2=2 sp
CH2O 0+3=3 sp2
CH4
0+4=4 sp3
sp
CH≡CH分子中碳原子的2个sp杂化轨道有1个相互重叠形成sp-spσ键，另
外1个杂化轨道与氢原子1s轨道重叠形成1个s-spσ键，未参与杂化的2个
2P轨道相互重叠形成2个π键。
BeCl2
Be ↑↓
2s
2p
sp杂化 ↑ ↑
sp
BeCl2分子中铍原子的2个sp杂化轨道与氯原子p轨道重叠形成2个sp-pσ键
SO2
1+2=3 sp2
NH3 H2O
1+3=4 sp3 2+2=4 sp3
直线形 平面三角形 正四面体形 平面三角形 四面体形 四面体形
直线形 平面三角形 正四面体形 V形 三角锥形 V形
练习5.用杂化轨道理论分析CH≡CH和BeCl2的的成键情况和空间结构。
CH≡CH
C ↑↓ ↑ ↑
2s
2p
sp杂化 ↑ ↑ ↑ ↑
一、杂化轨道类型的确定
杂化轨道数=中心原子的价层电子对数=中心原子孤对电子对数＋中心原
子结合的原子数
例1.如何确定BF3和H3O+的中心原子的杂化轨道类型？
BF3
H3O+
第一步
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。
简述杂化轨道理论的基本要点
简述杂化轨道理论的基本要点导读：杂化轨道理论，在宏观上研究了分子结构和反应速率的关系。
1、杂化轨道理论的要点如下：该理论是描述化学反应速率常数随着原子序数和反应物浓度而变化的理论，它首先建立于量子力学，并经过大量的实验验证而得到进一步完善。
2、杂化轨道理论研究的内容包括：杂化轨道理论认为：不同元素的电负性强弱对反应速率影响的规律相同。
例如：负电荷较多的元素所形成的杂化轨道，在电场作用下，总是倾向于接受电子，所以总的来说，电负性强的原子（或原子团）容易形成给出电子的杂化轨道。
电负性强的元素可以形成电子的杂化轨道多，其余杂化轨道就少。
因此，除了少数几种情况，各元素的相对原子质量主要取决于它所带的电荷数，与所含的核外电子总数无关。
这就是“电负性规则”。
3、杂化轨道理论是个能量理论，描述各种粒子运动能量的高低。
其能量表达式为： E=mc2，其中E为总能量， M为原子核所带正、负电荷数， N为电子数。
能量最低的电子轨道称为“基态轨道”，能量最高的电子轨道称为“激发态轨道”。
激发态轨道具有大的能量，通常占据最高能级。
基态轨道能量最低，即形成分子的稳定结构。
“杂化”原子轨道中，核外电子按照轨道电子排布的特征分为两类：一类叫做非转移性轨道，简称ns轨道，一类叫做转移性轨道，简称rf轨道。
在s轨道上排布的电子云偏向于原子的外层，这样的轨道称为非转移性轨道，又称外轨道。
在f轨道上排布的电子云偏向于原子的中心，这样的轨道称为转移性轨道，又称内轨道。
不论哪一类电子轨道，最外层轨道与最内层轨道的电子云都是杂乱无章的。
当原子处于基态时，外层电子云将部分地或全部地被激发到较高能级的状态，叫做激发态；当原子处于激发态时，原子外层电子会向基态跃迁，能量逐渐降低。
在这一跃迁过程中，放出能量和一定数目的电子，这些电子叫做激发电子。
一般情况下，从最外层的价电子跃迁到最内层的原子轨道，至少需要能量最低的激发电子，叫做最小能量原则。
在此基础上，又引申出最大轨道间能量原则。
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。
化学竞赛课件之杂化轨道理论
在等性杂化中由分子构型（与电子对构型一 致）可以直接看出杂化方式。但在不等性杂化 中，分子结构当然与杂化方式有关，但要知道 孤电子对数，方可确定分子构型。关键是电子 对构型可以直接标志杂化方式，故电子对构型 非常重要。不等性杂化与配体数小于对数是对 应的。有未参加杂化的电子，一般形成π键或 大π键。
问题：1、水分子为“V”型结构，想想水
分子中氧的杂化形式。 2、PCl3是什么杂化？ 3、CO2的键角为何是1800？C原子或O原 子是否杂化？C2H4分子为何取1200键角？
.答案：1、水分子中，O原子SP3杂化，结构如下图
2、PCl3 sp3杂化 3、CO2中碳SP杂化，C2H4中碳SP2杂化
（5）sp3d2杂化
Sp3d2杂化
（6） H2O的不等性杂化（O发生sp3不等性杂 化） 两个含单电子的sp3杂化 轨道与2个H的1s轨道形 成σ键，含孤电子对的 两个sp3杂化轨道不成 键，故水呈V形结构。 水分子中的O–H键的夹 角本应为109°28’，但 由于孤电子对的斥力， 键角变小，为
氨分子的空间构型
这对没有成键的电 子称为孤对电子
N H H
H 10703‘
SP3杂化轨道本来是正四面体的，但在NH3分子中， 由于孤对电子对成键电子的排斥作用，使得NH3分子中 的键角缩小。NH3分子中所成的三个N—H键构成了三 角锥型。 一般,孤电子对、成键电子对 之间斥力大小顺序： 孤电子对和孤电子对>孤电子对和成键电子>成键电 子和成键电子。
2、杂化轨道的理论要点 ①成键原子中几个能量相近的轨道杂化成新的 杂化轨道； ②参加杂化的原子轨道数 = 杂化后的杂化轨道 数。总能量不变； ③杂化时轨道上的成对电子被激发到空轨道上 成为单电子，需要的能量可以由成键时释放的 能量补偿。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
原子轨道杂化三原则
1. 引言
原子轨道杂化是描述原子中电子分布的一种理论模型，它能够解释和预测化学键的形成、分子几何结构和反应机理等现象。
原子轨道杂化三原则是指根据原子轨道的能量和形状进行杂化的规则，包括sp杂化、sp2杂化和sp3杂化。
这些原则对于理解和解释有机和无机化学中的许多重要现象至关重要。
2. sp杂化
sp杂化是指一个s轨道与一个p轨道的线性组合形成的新的混合轨道。
这种混合轨道具有比s和p轨道更高的能量，形状类似于两个互相垂直的p轨道。
sp杂化常见于碳、硼等元素，它们通常形成线性分子几何结构。
2.1 sp杂化条件
•原子中存在一个未配对电子；
•原子中存在一个空的p轨道。
2.2 sp杂化例子
2.2.1 碳酸根离子CO3^2-
碳酸根离子CO32-中，碳原子通过sp杂化形成三个sp杂化轨道。
其中一个sp杂化轨道与氧原子形成σ键，另外两个sp杂化轨道分别与其他两个氧原子形成π键。
这种杂化使得CO32-离子呈现三角平面结构。
2.2.2 乙烯分子C2H4
乙烯分子C2H4中，碳原子通过sp杂化形成两个sp杂化轨道。
这两个sp杂化轨道分别与相邻的碳原子形成σ键，而p轨道上的电子则形成π键。
这种杂化使得乙烯分子呈现平面结构。
3. sp2杂化
sp2杂化是指一个s轨道与两个p轨道的线性组合形成的新的混合轨道。
这种混合轨道具有比s和p轨道更高的能量，形状类似于一个s和两个互相垂直的p轨道之间的夹角为120°的平面。
sp2杂化常见于碳、氮等元素，它们通常形成三角平面分子几何结构。
3.1 sp2杂化条件
•原子中存在一个未配对电子；
•原子中存在两个空的p轨道。
3.2 sp2杂化例子
3.2.1 脂肪酸分子CH3(CH2)nCOOH
脂肪酸分子CH3(CH2)nCOOH中，碳原子通过sp2杂化形成一个sp2杂化轨道和两个未杂化的p轨道。
其中一个sp2杂化轨道与氧原子形成σ键，另外一个未杂化的p轨道与其他碳原子形成π键。
这种杂化使得脂肪酸分子呈现平面结构。
3.2.2 苯分子C6H6
苯分子C6H6中，碳原子通过sp2杂化形成六个sp2杂化轨道。
这六个sp2杂化轨道与相邻的碳原子形成σ键，而p轨道上的电子则形成π键。
这种杂化使得苯分子呈现环状平面结构。
4. sp3杂化
sp3杂化是指一个s轨道与三个p轨道的线性组合形成的新的混合轨道。
这种混合轨道具有比s和p轨道更高的能量，形状类似于一个s和三个互相垂直的p轨道之间的夹角为109.5°的四面体。
sp3杂化常见于碳、硅等元素，它们通常形成四面体分子几何结构。
4.1 sp3杂化条件
•原子中存在一个未配对电子；
•原子中存在三个空的p轨道。
4.2 sp3杂化例子
4.2.1 甲烷分子CH4
甲烷分子CH4中，碳原子通过sp3杂化形成四个sp3杂化轨道。
这四个sp3杂化轨道与氢原子形成σ键。
这种杂化使得甲烷分子呈现四面体结构。
4.2.2 硅烷分子SiH4
硅烷分子SiH4中，硅原子通过sp3杂化形成四个sp3杂化轨道。
这四个sp3杂化轨道与氢原子形成σ键。
这种杂化使得硅烷分子呈现四面体结构。
5. 结论
原子轨道杂化三原则是描述原子中电子分布的重要规则，包括sp、sp2和sp3三种类型的杂化。
通过这些杂化，能够解释和预测许多有机和无机化学中的现象，如分子几何结构、反应机理等。
掌握了原子轨道杂化三原则，我们能够更好地理解和应用于实际的化学问题中。