简述杂化轨道理论的基本要点

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。

杂化轨道理论要点杂化轨道理论（hybrid orbital theory）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。

杂化轨道理论的要点：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（hybridization），杂化后形成的新轨道称为杂化轨道（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。

轨道杂化类型及实例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1. sp型杂化能量相近的n s轨道和n p轨道之间的杂化称为sp型杂化。

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、sp2、sp3三种杂化。

（1）sp杂化由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sp杂化，所形成的轨道称为sp杂化轨道。

每个sp杂化轨道均含有1/2的s轨道成分和1/2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9-1 sp杂化过程及sp杂化轨道的形状（2）sp2杂化由1个s轨道与2个p轨道组合成3个sp2杂化轨道的过程称为sp2杂化。

每个sp2杂化轨道含有1/3的s轨道成分和2/3的p轨道成分，为使轨道间的排斥能最小，3个sp2杂化轨道呈正三角形分布，夹角为120°[图9-2]。

中学杂化轨道理论学习要点作者：何传忠来源：《中学化学》2014年第04期1.杂化轨道的基本知识（1）原子中的价电子处于一种相对的平衡状态，不可能发生原子轨道杂化。

但原子在形成分子的过程中，原有价电子的平衡被破坏，在寻找新的平衡时就需要进行轨道杂化，以达到减小成键阻力、增强成键能力的目的。

所以，中心原子的轨道杂化是成键过程中受周围原子的作用而发生的，故多原子分子在形成时几乎都要发生轨道杂化。

（2）没有电子占据的原子轨道是不可能发生杂化的，除非在成键过程中有其他轨道的电子填入该轨道中；参与杂化的原子轨道（价电子轨道）的能量相近。

（3）参与了杂化的轨道在形成分子时未必都能成键。

对参与了杂化而又没有参与成键的轨道上的电子称为孤电子对；有杂化轨道参与的成键为σ键，没有杂化轨道参与的成键往往为π键；π键相对于σ键的键能较小，π键的形成能影响相邻轨道的杂化程度。

（4）中心原子上的孤电子对分布在中心原子未成键的杂化轨道上，成键的电子分布在杂化轨道与配位原子的原子轨道（或杂化轨道）重叠形成的成键轨道上。

（5）分子的构型与中心原子的轨道杂化类型直接相关。

中心原子的杂化类型通常可根据其周围价层电子对数的多少来判断。

成键电子对之间、孤电子对与成键电子对之间、孤电子对之间都存在着斥力，且上述三类斥力依次增强，这些斥力间的平衡就决定了分子的构型。

又由于只有坚固的σ键才能撑得起分子的“骨架”，所以分子的最终形状取决于σ键的多少和孤电子对的影响。

2.价层电子对数的确定方法价层电子对数的求法没有绝对的数学公式，目前流行的一些经验式求法，笔者觉得高中化学教材人教版选修3第二章介绍的方法，其适应性相对较好。

中心原子的价层电子对数=σ键电子对数（m）+孤电子对数（n）σ键电子对数（m）=中心原子周围的配位原子（或原子团）的数目孤电子对数（n）=12(a-mb)其中：a为中心原子的价电子数，b为每个配位原子（或原子团）能接受的电子数例下列物质中中心原子的价层电子对数分别为：SO3：3+12（6-3×2）=3SO2-3：3+12（6+2-3×2）=4NH+4：4+12（5-1-4×1）=4H2SO4： 4+12（6-2×2-2×1）=4（其中有2个-OH）3.中心原子的轨道杂化类型与分子空间构型的确定根据价层电子对互斥理论，价层电子对之间将尽可能远离，以达到相互间斥力最小，构型最稳定的效果。

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。

高中杂化轨道理论(图解）一、原子轨道角度分布图二、共价键理论和分子结构价键法（VB法）价键理论一：１、要点：⑴、共价键的形成条件：①、先决条件：原子具有未成对电子；②、配对电子参与成键的原子轨道要满足对称匹配、能量相近以及最大重叠的原则；③、两原子具有成单的自旋相反的电子配对，服从保里不相容原理。

⑵、共价键的本质：是由于原子相互接近时轨道重叠，原子间通过共用自旋相反的电子使能量降低而成键。

⑶、共价键的特征：①、饱和性，一个原子有几个未成对电子（包括激发后形成的未成对电子），便和几个自旋相反的电子配对成键；而未成对电子数是有限的，故形成化学键的数目是有限的。

②、根据原子轨道最大重叠原理，原子轨道沿其角度分布最大值方向重叠，即共价键具有一定的方向性。

⑷、共价键的类型：单键、双键和叁键。

①、σ键和π键。

ⅰ、σ键：沿键轴方向重叠，呈圆柱形对称，称为σ轨道，生成的键称为σ键σ是希腊字母，相当于英文的s，是对称Symmetry[`simitri]这个字的第一个字母）。

σ键形成的方式：ⅱ、π键：两个p轨道彼此平行地重叠起来，轨道的对称面是通过键轴的平面，这个对称面就叫节面，这样的轨道称为π轨道，生成的键称为π键（π相当于英文的p，是平行parallel[`p?r?lel]的第一个字母）。

π键的形成过程：，σ键和π键的比较 σ键 （共价键中都存在σ键） π键 （只存在不饱和共价键中）重叠方式（成建方向）沿两电子云（原子轨道）的键轴方向以“头碰头”的方式遵循原子轨道最大程度重叠原理进行重叠 两互相平行的电子云（原子轨道）以“肩并肩”的方式遵循原子轨道最大程度重叠原理进行重叠 重叠程度重叠程度较大 重叠程度较小电子云形状 共价键电子云（重叠部分）呈轴对称 共价键电子云（重叠部分）呈镜像对称 牢固程度 强度较大，键能大，较牢固，不易断裂强度较小，键能较小，不很牢固，易断裂 化学活泼性不活泼，比π键稳定 活泼，易发生化学反应 类型 s-s 、s-p 、、p-p 、s-SP 杂化轨道、s-SP 2杂化轨道、s-SP 3杂化轨道、杂化轨道间p －p π键，、p －p 大π键 是否能旋转 可绕键轴旋转 不可旋转，存在的规律 共价单键是σ键，共价双键有一个σ键，有一个π键；共价叁键有一个σ键，有两个π键。

高中杂化轨道理论(图解）一、原子轨道角度分布图二、共价键理论和分子结构价键法（VB法）价键理论一：１、要点：⑴、共价键的形成条件：①、先决条件：原子具有未成对电子；②、配对电子参与成键的原子轨道要满足对称匹配、能量相近以及最大重叠的原则；③、两原子具有成单的自旋相反的电子配对，服从保里不相容原理。

⑵、共价键的本质：是由于原子相互接近时轨道重叠，原子间通过共用自旋相反的电子使能量降低而成键。

⑶、共价键的特征：①、饱和性，一个原子有几个未成对电子（包括激发后形成的未成对电子），便和几个自旋相反的电子配对成键；而未成对电子数是有限的，故形成化学键的数目是有限的。

②、根据原子轨道最大重叠原理，原子轨道沿其角度分布最大值方向重叠，即共价键具有一定的方向性。

⑷、共价键的类型：单键、双键和叁键。

①、σ键和π键。

ⅰ、σ键：沿键轴方向重叠，呈圆柱形对称，称为σ轨道，生成的键称为σ键σ是希腊字母，相当于英文的s，是对称Symmetry[`simitri]这个字的第一个字母）。

σ键形成的方式：ⅱ、π键：两个p 轨道彼此平行地重叠起来，轨道的对称面是通过键轴的平面，这个对称面就叫节面，这样的轨道称为π轨道，生成的键称为π键（π相当于英文的p ，是平行parallel[`p ?r ?lel]的第一个字母）。

π键的形成过程：，σ键和π键的比较 σ键（共价键中都存在σ键） π键 （只存在不饱和共价键中）重叠方式 （成建方向）沿两电子云（原子轨道）的键轴方向以“头碰头”的方式遵循原子轨道最大程度重叠原理进行重叠两互相平行的电子云（原子轨道）以“肩并肩”的方式遵循原子轨道最大程度重叠原理进行重叠 重叠程度重叠程度较大 重叠程度较小 电子云形状共价键电子云（重叠部分）呈轴对称 共价键电子云（重叠部分）呈镜像对称 牢固程度强度较大，键能大，较牢固，不易断裂 强度较小，键能较小，不很牢固，易断裂 化学活泼性不活泼，比π键稳定 活泼，易发生化学反应健 型项 目类型s-s、s-p、、p-p、s-SP杂化轨道、s-SP2杂化轨道、s-SP3杂化轨道、杂化轨道间p－pπ键，、p－p大π键是否能旋转可绕键轴旋转不可旋转，存在的规律共价单键是σ键，共价双键有一个σ键，有一个π键；共价叁键有一个σ键，有两个π键。

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。