轨道杂化理论

•杂化轨道理论基本概念•s-p 杂化轨道•p-d 杂化轨道•d-f 杂化轨道•杂化轨道理论与分子构型关系•杂化轨道理论在化学领域应用•总结与展望目录01杂化轨道理论基本概念原子轨道与杂化轨道原子轨道杂化轨道sp 杂化sp2杂化sp3杂化030201杂化类型及特点杂化轨道形成过程激发原子中能量相近的不同类型原子轨道在成键过程中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。

杂化重新组合后的原子轨道称为杂化原子轨道，简称杂化轨道。

成键杂化后的原子轨道能量相等、成分相同，仅空间方位不同。

杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理。

02s-p杂化轨道s-p杂化原理及类型s-p杂化原理s-p杂化类型根据参与杂化的s和p轨道数目不同，可分为sp、sp²、sp³等类型。

s-p杂化实例分析乙烯分子中的C=C双键炔烃分子中的C≡C三键s-p杂化性质总结s-p杂化轨道具有方向性和饱和性01s-p杂化影响分子构型和性质02s-p杂化与化学键稳定性0303p-d杂化轨道p-d杂化原理及类型p-d杂化原理p-d杂化类型p-d杂化实例分析实例一PCl5分子。

磷原子中的3个p轨道和1个d轨道发生杂化，形成5个sp3d杂化轨道，分别与5个氯原子形成共价键。

这种杂化解释了PCl5分子的三角双锥构型。

实例二SF6分子。

硫原子中的3个p轨道和2个d轨道发生杂化，形成6个sp3d2杂化轨道，分别与6个氟原子形成共价键。

这种杂化解释了SF6分子的八面体构型。

化学键性质p-d 杂化轨道中的电子分布和键合情况决定了分子的化学键性质，如键长、键角、键能等。

这些性质与分子的稳定性和反应性密切相关。

几何构型p-d 杂化轨道形成的分子具有特定的几何构型，如三角双锥、八面体等，这些构型与参与杂化的轨道数目和类型密切相关。

光学性质p-d 杂化轨道对分子的光学性质也有影响，如吸收光谱、发射光谱等。

这些性质与分子中的电子跃迁和能级结构有关。

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。

杂化轨道理论价键理论简明地阐明了共价键的形成过程和本质，成功解释了共价键的方向性和饱和性，但在解释一些分子的空间结构方面却遇到了困难。

例如CH 4分子的形成，按照价键理论，C 原子只有两个未成对的电子，只能与两个H 原子形成两个共价键，而且键角应该大约为90°。

但这与实验事实不符，因为C 与H 可形成CH 4分子，其空间构型为正四面体，∠HCH = 109.5°。

为了更好地解释多原子分子的实际空间构型和性质，1931年鲍林提出了杂化轨道理论（hybrid orbital theory ），丰富和发展了现代价键理论。

1953年，我国化学家唐敖庆等统一处理了s-p-d-f 轨道杂化，提出了杂化轨道的一般方法，进一步丰富了杂化理论的内容。

1．杂化轨道理论的基本要点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，中心原子所用的原子轨道（即波函数）不是原来纯粹的s 轨道或p 轨道，而是若干不同类型、能量相近的原子轨道经叠加混杂、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原子轨道——杂化轨道(hybrid orbital)，以满足化学结合的需要。

这一过程称为原子轨道的杂化（hybridization ）。

下面以CH 4分子的形成为例加以说明。

基态C 原子的外层电子构型为2s 22p x 12p y 1。

在与H 原子结合时，2s 上的一个电子被激发到2p z 轨道上，C 原子以激发态2s 12p x 12p y 12p z 1参与化学结合。

当然，电子从2s 激发到2p 上需要能量，但由于可多生成二个共价键，放出更多的能量而得到补偿。

在成键之前，激发态C 原子的四个单电子分占的轨道2s 、2p x 、2p y 、2p z 会互相“混杂”，线性组合成四个新的完全等价的杂化轨道。

此杂化轨道由一个s 轨道和三个p 轨道杂化而成，故称为sp 3杂化轨道。

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。

轨道杂化理论
杂化轨道理论是一种科学理论。

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、某原子在成键时，在键合原子的作用下,同一原子中不同类型能量相近的原子轨道可能改变原有的状态,混杂起来并重新组合成一组有利于成键的新轨道（即杂化轨道）。

这一过程称为原子轨道的杂化，简称杂化。

2 、同一原子中能量相近的n 个原子轨道，组合后只能得到n 个杂化轨道。

例如，同一原子的一个ns 轨道和一个npx轨道，只能杂化成两个sp杂化轨道。

这两个sp杂化轨道的形状一样，但其角度分布最大值在x轴上的取向相反。

3 、杂化轨道比原来未杂化的轨道成键能力强，形成的化学键键能大，使生成的分子更稳定。

由于成键原子轨道杂化后，轨道角度分布图的形状发生了变化，形成的杂化轨道一头大一头小。

大的一头与别的原子成键时电子云可以得到更大程度的重叠，所以形成的化学键比较牢固。

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 orbitaltheory)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。

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 [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。

PCl5SF6BeCl2BF3NO，NO2…中心原子周围价电子数10 12 4 6 含奇数价电子的分子…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。

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。

目录1基本简介2基本要点3基本种类1基本简介杂化轨道（英语：H y b r i d i z e d o r b i t a l）是指原子轨道经杂化后所形成的能量简并的新轨道，用以定量描述原子间的键结性质。

与价层电子对互斥理论可共同用来解释分子轨道的形状。

杂化概念是莱纳斯·鲍林于1931年提出。

2基本要点价键理论对共价键的本质和特点做了有力的论证，但它把讨论的基础放在共用一对电子形成一个共价键上，在解释许多分子、原子的价键数目及分子空间结构时却遇到了困难。

杂化轨道理论例如C原子的价电子是2s22p2，按电子排布规律，2个s电子是已配对的，只有2个p电子未成对，而许多含碳化合物中C都呈4价而不是2价，可以设想有1个s电子激发到p轨道去了。

那么1个s轨道和3个p轨道都有不成对电子，可以形成4个共价键，但s和p的成键方向和能量应该是不同的。

而实验证明：C H4分子中，4个C-H共价键是完全等同的，键长为114p m，键角为109.5°。

B C l3，B e C l2，P C l3等许多分子也都有类似的情况。

为了解释这些矛盾，1928年鲍林提出了杂化轨道概念，丰富和发展了的价键理论。

他根据量子力学的观点提出：在同一个原子中，能量相近的不同类型的几个原子轨道在成键时，可以互相叠加重组，成为相同数目、能量相等的新轨道，这种新轨道叫杂化轨道。

C原子中1个2s电子激发到2p后，1个2s轨道和3个2p轨道重新组合成4个s p3杂化轨道，它们再和4个H原子形成4个相同的C-H键，C位于正四面体中心，4个H位于四个顶角。

3基本种类杂化轨道种类很多，如三氯化硼(B C l3)分子中B有s p2杂化轨道，即由1个s轨道和2个p轨道组合成3个s p2杂化轨道，在氯化铍(B e C l2)中有s p杂化轨道，在过渡金属化合物中还有d轨道参与的s p3d和s p3d2杂化轨道等。

以上几例都是阐明了共价单键的性质，至于乙烯和乙炔分子中的双键和三键的形成，又提出了σ键和π键的概念。