杂化轨道理论高中

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、c键和n键。 i、c键：沿键轴方向重叠，呈圆柱形对称，称为c轨道，生成的键称为c键c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） C键形成的方式:

ii、n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n轨道，生成的键称为n键（n相当于英文的 p，是平行 parallel['p?r?lel] 的第一个字母）。

n键的形成过程:

c键和n键的比较

\ c键

（共价键中都存在c键） n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■程度 重叠程度较大 重叠程度较小 电云状 共价键电子云（重叠部分）呈轴对 共价键电子云（重叠部分）呈镜像对

J r ! N: 路易斯 结枸式 价犍

结樹式 称 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

化学活性 不活泼，比n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- SP2杂化轨道、s- SP3杂化轨道、 杂化轨

道间

p—pn键，、p—p大n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c键，共价双键有一个c键，有一个n键；共价叁键有一个c键，有两个 n

键。

可单独存在任何共价键中 不单独存在，与c键共存

概念 含有未成对（单）电子的原子轨道 沿两电叠子云（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所形 成的具有沿键呈轴对称特征的共价

含有未成对（单）电子的两个互相平 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 理进行重叠所形成的具有镜像对称特 征的共价键 键 2、价键理论二：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 CH4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分子， 其空间构型为正四面体，/ HCH= 109° 28'。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。

⑴、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c键，但不能形成n键。由 / :.于分子的空间几何构型是以c键为骨架，故 杂化轨道的构型就决定了其分子的几何构型 。

丿杂化的规律 J杂化前后轨道数目不变，空间取向改变 ；

」杂化轨道能与周围原子形成更强的c键，或安排孤对电子，而不会以空的杂化轨道存在。 丿杂化后轨道伸展方向、形状发生改变，成键能力增强，成键能力大小顺序（ S成分越多 成键能力越强）spvsp2vsp3 ⑵、杂化轨道的特点 ■:①、所组成的几个杂化轨道具有相同的能量；②、形成的杂化轨道数目等于原有的原子轨 /

-道数目；③、杂化轨道的空间伸展方向一定（亦即，杂化轨道的方向不是任意的，杂化轨 /

.道之间有一定的夹角）：④、杂化轨道的成分：每个杂化轨道的成分之和为1;每个参加杂

化的原子轨道，在所有杂化轨道中的成分之和为1（单位轨道的贡献） 。

杂化轨道类型 sp 2 sp 3 sp 参加杂化的原子 轨道 1个s和1个p

和2 个p

杂化轨道数目 2个sp杂化轨 2 3个sp杂化轨 3 4个sp杂化轨

道 道 道

每个杂化轨道的 1 1、 1 2、 1 3、

—s, — p —s， —s， — p

成分 2 2 3 3 4 4

杂化轨道间的夹 180° 120°

109° 28'

角

空间几何构型 直线型 平面二角形 正四面体形 实例 BeCb, HgCb BF3 CH, SiF4

中心原子 Be, Hg B C, Si ⑶、最常见的杂化轨 道类型简介 MX MX MX 2 3 sp sp sp Be原子的杂化。两

个sp杂化轨道的夹角为180o,空间构型：直线型

② 、SP2杂化轨道：是一个原子的1个nS轨道和2个nP轨道之间进行杂化，形成3个等价 的SP杂化轨道。3个SP杂化轨道互成120°, sp2杂化形成平面正三角形分子。例如 BCla 的成键过程，B原子的杂化。

③ 、SF3杂化轨道：是一个原子的1个S轨道和3个P轨道之间进行杂化，形成4个等价的 SF3杂化轨道。4个SF3杂化轨道互成109.5 °，sp3杂化形成正四面体结构分子。例如 CH

的成键过程，C原子的杂化。 相关链接：BeCI 2是共价化合物，在气态为双聚分子(BeCI 2) 2(在773~873K下)，温度再高 时，二聚体解离为单体BeCb,在1273K完全离解。固态BeCb具有无限长链结构。在BeCb(g) 中Be为sp杂化，直线型。在双聚体(BeCl2)2 (g)中Be为SP杂化。在固态BeCb中Be为 SP杂化。

直线型：CO, BeCl2，[Ag(NH3)2]+, HgCb, ZnCI2，HOCH( C原子 sp 杂化)； 平面三角形：BF3, SO(g) , NO- 3, CO2- 3, I4C=CH(C原子 sp 杂化)； 正四面体形:CH, SO2- 4, SiF4, NH , [Zn(NHa) 4] ; CIO：, MnO-4, MnO2- 4(Mn原子 d s 杂化)；

平面正方形：[Cu(NH3)4]2+, [Zn(CN)4]2-, [PdCI 4]2-; ⑷、等性杂化与s-p型不等性杂化 ① 、等性杂化：由不同类型的原子轨道“混合”起来，重新组合成一组完全等同的杂化轨 道的过程称为等性杂化，形成的轨道为等性杂化轨道。 各个杂化轨道的形状和能量完全相

①sp杂化轨道：是 np轨道杂化形成2 1个ns轨道与1

个 个

sp杂化轨道。

BeCb的成键过程,