杂化轨道理论

第二节分子的立体结构（第三课时）2010.12.29中心原子分子类型中心原子结合的原子数代表物空间构型无孤对电子AB22CO2AB33CH2OAB44CH4有孤对电子AB22H2OAB33NH3直线形平面三角形正四面体V形三角锥形二、价层电子对互斥模型(VSEPR模型)一、形形色色的分子复习回顾3.如果C原子就以１个２s轨道和３个２p轨道上的单电子，分别与四个Ｈ原子的１s轨道上的单电子重叠成键，所形成的四个共价键能否完全相同？这与CH４分子的实际情况是否吻合？思考与交流1.回忆：CH４分子中C原子形成几个共价键？分子空间构型怎样？2.写出基态C原子价电子的电子排布图,并推测：CH４分子的C原子怎样才能形成四个共价键？键长、键能相同，键角相同为109°28′2s2px2py2pz为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论，它的要点是：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轨道会发生混杂，混杂时保持轨道总数不变，得到4个相同的sp3杂化轨道，夹角10928′,正四面体形。三、杂化轨道理论简介2s2pC的基态2s2p激发态正四面体形sp3杂化态激发杂化sp3杂化C原子由1个2s轨道和3个2p轨道混杂并重新组合成4个能量与形状完全相同的轨道。由于每个轨道中都含有1/4的s轨道成分和3/4的p轨道成分，因此我们把这种轨道称之为sp3杂化轨道。为了四个杂化轨道在空间尽可能远离，使轨道间的排斥最小，4个杂化轨道的伸展方向分别指向正四面体的四个顶点。四个H原子分别以1s轨道与C原子上的四个sp3杂化轨道相互重叠后，就形成了四个性质、能量和键角都完全相同的s-sp3σ键，形成一个正四面体构型的分子。通过以上的学习，以CH4为例，谈谈你对“杂化”及“杂化轨道”的理解。1.C原子为什么要进行“杂化”？2.什么是杂化？C原子是如何进行“杂化”的？3.“杂化轨道”有哪些特点？思考与交流在形成分子时，由于原子的相互影响，同一原子中的若干不同类型、能量相近的原子轨道混合起来，重新分配能量和调整空间方向组成数目相同、能量相等的新的原子轨道这种轨道重新组合的过程称为原子轨道的“杂化”（混合平均化）1.杂化轨道概念三、杂化轨道理论简介2.杂化轨道理论的要点(1)发生轨道杂化的原子一定是中心原子。(2)参加杂化的各原子轨道能量要相近（同一能级组或相近能级组的轨道）。(3)杂化轨道的能量、形状完全相同。(4)杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目；杂化后原子轨道方向改变，杂化轨道在成键时更有利于轨道间的重叠(5)杂化轨道在空间构型上都具有一定的对称性（以减小化学键之间的排斥力）。(6)分子的构型主要取决于原子轨道的杂化类型。180°实验测得:两个共价键，直线形分子（键角180°）Cl—Be—Cl探究1：BeCl2分子的形成Be原子价电子排布式：2s2没有未成对电子ClClBe一个2s和一个2p轨道杂化,形成sp杂化轨道为使轨道间的排斥能最小，轨道间的夹角为180°。sp杂化轨道的形成和空间取向示意图每个sp杂化轨道的形状为一头大，一头小；含有1/2s轨道和1/2p轨道的成分；两个轨道间的夹角为180°，呈直线型。1个s轨道与1个p轨道进行的杂化,形成2个sp杂化轨道。sp杂化——BeCl2分子的形成BeCl2分子结构ClClsppxpx规律：第ⅡA族、ⅡB族元素与第ⅦA族元素所形成的MX2型共价化合物，中心原子采取sp杂化。如BeBr2、HgCl2。ClBeCl实验测得，三个共价键，平面三角形分子（键角120°）。B原子价电子排布式：2s22p1，有一个未成对电子120°FFFB探究2：BF3分子的形成1个2s轨道与2个2p轨道进行的杂化,形成3个sp2杂化轨道。sp2杂化轨道的形成和空间取向示意图sp2杂化——BF3分子的形成每个sp2杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有1/3s轨道和2/3p轨道的成分,每两个轨道间的夹角为120°，呈平面三角形sp2杂化：1个s轨道与2个p轨道进行的杂化,形成3个sp2杂化轨道。规律：第ⅢA族元素与第ⅦA族元素所形成的MX3型共价化合物，中心原子采取sp2杂化。如BBr3。sp3杂化——CH4分子的形成sp3杂化：1个s轨道与3个p轨道进行的杂化,形成4个sp3杂化轨道。每个sp3杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有1/4s轨道和3/4p轨道的成分每两个轨道间的夹角为109°28′，正四面体形规律：第ⅣA族元素与第ⅠA族、ⅦA族元素所形成的MX4型共价化合物，中心原子采取sp3杂化。如CCl4、SiF4、CHCl3。杂化类型spsp2sp3参与杂化的原子轨道杂化轨道数杂化轨道间夹角空间构型实例3.三种sp杂化轨道类型的比较1个s+2个p1个s+1个p1个s+3个p2个sp杂化轨道3个sp2杂化轨道4个sp3杂化轨道180°120°109°28′直线形平面三角形正四面体形BeCl2BF3CH4用杂化轨道理论分析下列物质的杂化类型、成键情况和分子的空间构型。（1）CH2＝CH2（2）CH≡CH提醒：杂化轨道只能用于形成σ键或容纳孤对电子，剩余的未杂化p轨道还可形成∏键。应用反馈C原子在形成乙烯分子时，碳原子的2s轨道与2个2p轨道发生杂化，形成3个sp2杂化轨道，伸向平面正三角形的三个顶点。每个C原子的2个sp2杂化轨道分别与2个H原子的1s轨道形成2个相同的σ键，各自剩余的1个sp2杂化轨道相互形成一个σ键.各自没有杂化的l个2p轨道则垂直于杂化轨道所在的平面，彼此肩并肩重叠形成π键。所以，在乙烯分子中双键由一个σ键和一个π键构成。C原子在形成乙炔分子时发生sp杂化。两个碳原子以sp杂化轨道与氢原子的1s轨道结合形成σ键。各自剩余的1个sp杂化轨道相互形成1个σ键，两个碳原子的未杂化2p轨道分别在Y轴和Z轴方向重叠形成π键。所以乙炔分子中碳原子间以叁键相结合。注意：杂化轨道一般形成σ键，没有杂化的p轨道形成π键。根据以下事实总结：如何判断一个化合物的中心原子的杂化类型？C－Csp3sp2spC＝CC≡C问题探究★注意：杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳孤对电子杂化轨道数=中心原子价层电子对数=中心原子孤对电子对数＋中心原子结合的原子数0+2=2sp直线形0+3=3sp2平面三角形0+4=4sp3正四面体形1+2=3sp2V形1+3=4sp3三角锥形2+2=4sp3V形代表物杂化轨道数杂化轨道类型分子结构CO2CH2OCH4SO2NH3H2O4.中心原子杂化类型判断的一般方法知识小结三、杂化轨道理论简介1.杂化轨道概念2.杂化轨道理论的要点3.三种sp杂化轨道类型的比较sp杂化轨道—直线形，夹角180°2个sp2杂化轨道—平面三角形，夹角120°3个sp3杂化轨道—正四面体形，夹角109°28′4个4.中心原子杂化类型判断的一般方法杂化轨道数=中心原子价层电子对数=中心原子孤对电子对数＋中心原子结合的原子数1：下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是A．CO2与SO2B．CH4与NH3()C．BeCl2与BF3D．C2H2与C2H4B2：对SO2与CO2说法正确的是()A．都是直线形结构B．中心原子都采取sp杂化轨道C．S原子和C原子上都没有孤对电子D．SO2为V形结构，CO2为直线形结构D3：指出中心原子可能采用的杂化轨道类型，并预测分子的几何构型。(1)PCl3(2)BCl3(3)CS2(4)C12O4、下列微粒中心元素以sp3杂化的是（）A．ICl4-B．ClO4-C．BrF4+D．SF45．有关乙炔分子中的化学键描述不正确的是（）A．两个碳原子采用sp杂化方式B．两个碳原子采用sp2杂化方式C．每个碳原子都有两个未杂化的2p轨道形成π键D．两个碳原子形成两个π键BB