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杂化轨道理论(sp)

2007-11-07 11:27阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1254435440


3、sp杂化与碳碳叁键

碳原子还可以进行sp杂化，即由1个2s轨道与1个2p轨道杂化形成2个sp杂化轨道（sp-hybrid orbital）。每个sp杂化轨道含有1/2的s轨道成分，1/2的p轨道成分，其能量高于2s轨道，低于2p轨道。sp杂化轨道的形状类似sp3杂化轨道。
杂化轨道理论(sp)
由于电子间的相互排斥作用，这两个轨道处于相互远离的方向，即轨道间夹角为180 o，处于同一直线上。余下两个2py、2pz轨道与两个sp杂化轨道所在的直线相互垂直。sp杂化碳原子的轨道示意如下图所示。
杂化轨道理论(sp)
乙炔分子中两个碳原子之间相互以sp－sp杂化轨道形成一个σ键，并各自用一个sp杂化轨道与氢原子的1s形成一个σ键，这样形成一个直线型分子。同时两个
碳原子之间分别以2py－2py，2pz－2pz侧面重叠形成两个相互垂直的π键，这两个π键分别处于C－Cσ键的上下两方和前后两方。乙炔的成键情况与分子球棍模型以及比例模型如下图所示。
杂化轨道理论(sp)

4、碳正离子、碳负离子和碳自由基的结构与稳定性

在反应过程中，成键的碳原子由于共价键的断裂方式不同可以形成带有正电荷、负电荷或一个未成对电子的碳原子，这些碳原子分别被称为碳正离子（carbon cations）、碳负离子（carbon anions）或碳自由基（carbon radicals）。
实验事实表明碳正离子和碳自由基具有平面结构，而碳负离子则呈角锥状，因此杂化轨道理论指出在碳正离子和碳自由基中，碳原子都采用sp2杂化方式，并使用3个sp2杂化轨道形成3个σ键，形成一个平面的分子。不同的是，在碳正离子中，2p轨道上没有电子，而在碳自由基中，2p轨道上有一个单电子。
碳负离子的结构与碳正离子或碳自由基不同，因为带负电荷的碳原子最外层有3对成键电子和1对未成键电子，这样的4对电子需要采取相互远离的方式排列，因此碳负离子采用sp3杂化轨道成键，未成键电子对与3个共价键形成一个四面体结构。碳正离子、碳自由基和碳负离子的结构对比如下图所示。
杂化轨道理论(sp)
碳正离子、碳自由基和碳负离子的结构与稳定性直接受到与之相连接的基团的影响。它们稳定性的一般规律如下：
（1）苄基型或烯丙型一般较稳定；
（2）碳正离子或碳自由基是：3°＞2°＞1°；
（3）碳负离子则是1°＞2°＞3°。

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