杂化轨道理论
2008-05-11 08:44阅读：
四 杂化轨道理论
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AlCl3 分子中键角为 120°,
NH4+离子中键角为109°28 ′,
在成键过程轨道之间的夹角怎样形成的，如何解释构型的存在呢？CH4
为什么是正四面体结构？这些问题用一般价键理论难以解释. Pauling 1913年发表 V.B.
法，提出杂化轨道理论，在解释构型方面非常成功. |
1. 理论要点
1) 杂化概念
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。
形成CH4分子时，中心碳原子的 2s 和 2px, 2py,
2pz等四条原子轨道发生杂化，形成一组（四条）新的杂化轨道，即 4 条  杂化轨道，这些
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杂化轨道不同于 s 轨道，也不同于 p 轨道，有自己的波函数、能量、形状和空间取向。
2) 杂化轨道的数目, 形状, 成分和能量
在杂化过程中形成的杂化轨道的数目等于参加杂化的轨道的数目. CH
4 中参加杂化的有 2s,
2p
x, 2p
y, 2p
z 4条原子轨道, 形成的杂化轨道也是 4
条: 4 条完全相同的
杂化轨道.
杂化实质是波函数Ψ线性组合, 得到新的波函数, 即杂化轨道的波函数. 例如: s 和 p
x 杂化,
产生两个杂化轨道, 分别用Φ
1和Φ
2表示
杂化轨道中有波函数，当然也有自身的轨道角度分布:
在sp杂化轨道中， s 和 p 的成份各 1/2，
杂化中， s
占1/3，p占2/3。
p 的成份大时，轨道分布向某方向集中，s 无方向性，故
比sp集中，在成键时重叠程度较大，键较强，体系能量低，这就是杂化过程的能量因素。
s 和 p 之间形成的杂化轨道，其能量高于 s ，低于 p ，但p 的成份越多能量越高。
3)
杂化轨道的种类
a) 按参加杂化的轨道分类
s－p 型： sp 杂化、 杂化和
杂化
s－p－d型: d杂化、
d2杂化
b) 按杂化轨道能量是否一致分类:
等性杂化， 如C 的 杂化:
4 个 杂化轨道能量一致。
形成 3 个能量相等的 杂化轨道，属于等性杂化。
判断是否是等性杂化，要看各条杂化轨道的能量是否相等，不看未参加杂化的轨道的能量。
4) 各种杂化轨道在空间的几何分布
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2.
用杂化轨道理论解释构型
1) sp 杂化
BeCl2 分子 直线形，用杂化轨道理论分析其成键情况，说明直线形的原因。 Be:  sp
杂化:
2 条sp杂化轨道是直线形分布，分别与 2 个 Cl 的3p轨道成键，故分子为直线形。
二氧化碳，直线形 C sp 杂化 ，C 与 O 之间 sp-2px 两个  键, 所以，
O-C-O 成直线形。 
C中未杂化的py与两侧 O 的两个py沿纸面方向成大π键， C
中未杂化的pz与两侧 O 的pz沿垂直于纸面的方向成π键，故 CO2
中,
2） 杂化
BCl3 平面三角形构型， B的 3 个 杂化轨道呈三角形分布，分别与 3 个 Cl 的 3p 成σ键，分子构型为三角形。属于
杂化
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3 )
杂化
4 ) s-p-d 杂化
PCl5 三角双锥, P 
5个 d
杂化轨道呈三角双锥形分布，分别与 5 个Cl 的 3p成σ键。空间图形为:
5) 不等性杂化
单电子占据的
杂化轨道分别与 H 的1s成σ键，孤对电子占据的
单独占据四面体的一个顶角. 由于孤对电子的影响, HNH键 角小于 109°28′, 为 107°18′.
在等性杂化中由分子构型（与电子对构型一致）可以直接看出杂化方式。但在不等性杂化中，分子结构当然与杂化方式有关，但要知道孤电子对数,
方可确定分子构型. 关键是电子对构型可以直接标志杂化方式,
故电子对构型非常重要。不等性杂化与配体数小于对数是对应的。有未参加杂化的电子，一般形成  键或大
键。 |
3.
杂化理论与价层电子对互斥理论的关系
1) 电子对构型与杂化类型: 一致 2) 等性、不等性杂化与孤电对数和配体数: 等性, 配位体数 = 杂化轨道数; 不等性,
配位体 = 杂化轨道 - 孤电对 3) 未参加杂化的电子与重键: 未参加杂化的单电子形成重键, 则有 电对数 - 重键数 = 配体数, 如: 乙烯
H2C=CH2,
价层电子: 1x2 + 4 + 2 = 8, 电对数 = 8/2 = 4, 重键为1, 所以: 配体数(实际形成σ键) = 4 -
1 = 3, (决定分子为三角形) 或 价层电子数- 未杂化电子数 =
决定分子构型的电子数, 8 - 2 = 6, 配体数(实际形成σ键) = 6/2 = 3, 分子为三角形.
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