第2節(jié)

共價(jià)鍵與分子的空間結(jié)構(gòu)——雜化軌道理論選擇性必修二第2章微粒間相互作用與物質(zhì)性質(zhì)交流·研討研究證實(shí)，甲烷（CH4)分子中的四個(gè)C-H鍵的鍵角均為109°28‘,從而形成非常規(guī)則的正四面體形結(jié)構(gòu)。原子之間若要形成共價(jià)鍵，它們的價(jià)電子中應(yīng)當(dāng)有未成對的電子。碳原子的價(jià)電子排布為2s22p2,也就是說，它只有兩個(gè)未成對的2p電子。若碳原子與氫原子結(jié)合，則應(yīng)形成CH2;即使碳原子的一個(gè)2s電子受外界條件影響躍遷到2p空軌道，使碳原子具有四個(gè)未成對電子，它與四個(gè)氫原子形成的分子也不應(yīng)當(dāng)具有規(guī)則的正四面體形結(jié)構(gòu)。

那么，甲烷分子的正四面體形結(jié)構(gòu)是怎樣形成的呢？雜化軌道理論分子空間結(jié)構(gòu)的理論分析為了解決這一矛盾，鮑林提出了雜化軌道理論，它的要點(diǎn)是：當(dāng)碳原子與4個(gè)氫原子形成甲烷分子時(shí)，碳原子的2s軌道和3個(gè)2p軌道會(huì)發(fā)生混雜，混雜時(shí)保持軌道總數(shù)不變，得到4個(gè)相同的sp3雜化軌道，夾角109

28′，表示這4個(gè)軌道是由1個(gè)s軌道和3個(gè)p軌道雜化形成的如下圖所示：2s2pC的基態(tài)2s2p激發(fā)態(tài)正四面體形sp3雜化態(tài)CHHHH109°28′激發(fā)雜化雜化結(jié)果：①雜化軌道不僅改變了原有s和p軌道的空間取向，而且使它在與其他原子的原子軌道成鍵時(shí)重疊的程度更大，形成的共價(jià)鍵更牢固。②雜化前后原子軌道數(shù)目不變且雜化軌道的能量相同。雜化軌道理論軌道雜化：同一原子中能量相近的某些原子軌道，在成鍵的過程中重新組合成一組能量相等的新軌道的過程叫做原子軌道雜化。雜化軌道：原子軌道組合雜化后形成的一組新軌道雜化軌道類型：sp、sp2、sp3等雜化軌道用于：容納σ鍵電子和孤對電子。只有在形成分子的過程才會(huì)發(fā)生軌道雜化，而孤立的原子是不可能發(fā)生雜化的。激發(fā)態(tài)雜化態(tài)雜化雜化軌道類型雜化軌道理論：在形成分子時(shí)，通常經(jīng)過激發(fā)、雜化、雜化軌道重疊等過程1.sp3雜化——以CH4為例（1）激發(fā)：基態(tài)激發(fā)態(tài)形成四個(gè)未成對電子，可以形成四個(gè)共價(jià)單鍵（2）雜化：sp3雜化：原子形成分子時(shí)，同一個(gè)原子中能量相近的一個(gè)

ns

軌道與三個(gè)np

軌道進(jìn)行混合組成四個(gè)新的原子軌道稱為sp3雜化軌道?！咀⒁狻?.參與雜化的原子軌道數(shù)目=形成的雜化軌道數(shù)目2.雜化軌道的能量相等雜化軌道類型1.sp3雜化——以CH4為例【思考】s和p軌道發(fā)生雜化后，雜化軌道形狀變化嗎？如何變化？S軌道p軌道雜化軌道【總結(jié)】1.sp3雜化軌道是由1個(gè)s軌道和3個(gè)p軌道雜化形成，每個(gè)sp3雜化軌道含有1/4s成分和3/4p成分2.雜化軌道比單純s/p軌道在某一方向更集中“一頭大一頭小”，成鍵時(shí)重疊程度更大，共價(jià)鍵更牢固。雜化軌道類型【問題】3個(gè)p軌道應(yīng)該互相垂直，為什么甲烷是正四面體，鍵角是109°28’？4個(gè)sp3雜化軌道的空間伸展方向是怎樣的呢？1.sp3雜化——以CH4為例為了四個(gè)雜化軌道在空間盡可能遠(yuǎn)離，使軌道間的排斥最小，4個(gè)雜化軌道的伸展方向分別指向正四面體的四個(gè)頂點(diǎn)?！究偨Y(jié)】雜化使得軌道空間取向發(fā)生變化，sp3雜化軌道間夾角為109°28’，空間構(gòu)型為正四面體雜化軌道類型（3）重疊：雜化態(tài)軌道重疊：這4個(gè)sp3雜化軌道分別與4個(gè)氫1s軌道重疊成鍵，就形成了四個(gè)性質(zhì)、能量和鍵角都完全相同的s-sp3σ鍵，形成一個(gè)正四面體構(gòu)型的CH4分子1.sp3雜化——以CH4為例甲烷分子中的共價(jià)鍵甲烷分子的球棍模型【注意】雜化軌道成鍵形成的是σ鍵雜化軌道類型【總結(jié)】雜化軌道類型2.sp2雜化

sp2雜化：一個(gè)s軌道與兩個(gè)p軌道雜化，得三個(gè)sp2雜化軌道，每個(gè)雜化軌道的s成分為1/3，p成分為2/3，三個(gè)雜化軌道在空間分布是在同一平面上，雜化軌道之間的夾角為120度，空間構(gòu)平面正三角形?！舅伎肌咳绾斡秒s化軌道理論解釋BF3的正三角形結(jié)構(gòu)？雜化軌道類型【學(xué)以致用】請嘗試分析BF3分子中硼原子的雜化過程2s2p2s2psp2BF3激發(fā)雜化成鍵三個(gè)雜化軌道的未成對電子與三個(gè)氟原子的2p電子配對形成____鍵。因?yàn)槿齻€(gè)共價(jià)鍵的鍵長、鍵角相同，所以BF3分子的空間結(jié)構(gòu)為____________。σ平面三角形2.sp2雜化BF

FFBF1200F雜化軌道類型【舉一反三】請結(jié)合雜化軌道理論分析乙烯分子的成鍵方式和空間構(gòu)型2.sp2雜化兩個(gè)碳原子各以一個(gè)sp2雜化軌道重疊形成一個(gè)σ鍵，同時(shí)以p軌道重疊形成一個(gè)π鍵，每個(gè)碳原子都以另外兩個(gè)sp2雜化軌道分別與兩個(gè)氫原子的1s軌道重疊形成兩個(gè)σ鍵。

雜化軌道類型乙烯填充模型乙烯球棍模型雜化軌道類型3.sp雜化sp雜化：一個(gè)s軌道與一個(gè)p軌道雜化后，得兩個(gè)sp雜化軌道，每個(gè)雜化軌道的s成分為1/2，p成分為1/2，雜化軌道之間的夾角為180度，且2個(gè)sp雜化軌道在一條直線上。雜化軌道類型【學(xué)以致用】請嘗試分析BeCl2分子中硼原子的雜化過程激發(fā)2s2pBe基態(tài)2s2p激發(fā)態(tài)雜化直線形sp雜化態(tài)鍵合直線形化合態(tài)ClBeCl180

3.sp雜化兩個(gè)雜化軌道的未成對電子與兩個(gè)氯原子的3p電子配對形成____鍵，BeCl2分子的空間結(jié)構(gòu)為____________。σ直線形雜化軌道類型【舉一反三】請結(jié)合雜化軌道理論分析乙炔分子的成鍵方式和空間構(gòu)型3.sp雜化兩個(gè)碳原子的sp雜化軌道沿各自對稱軸形成sp-sp鍵，另兩個(gè)sp雜化軌道分別與兩個(gè)氫原子的1s軌道重疊形成兩個(gè)sp-s鍵，每個(gè)原子的兩個(gè)p軌道分別從側(cè)面相互重疊，形成兩個(gè)相互垂直的P-P鍵，形成乙炔分子。雜化軌道類型雜化類型spsp2sp3參與雜化的原子軌道

一個(gè)ns一個(gè)np一個(gè)ns兩個(gè)np

一個(gè)ns三個(gè)np

雜化軌道數(shù)

2

3

4雜化軌道間夾角180°120°109°28′雜化軌道空間構(gòu)型直線型

平面三角形

正四面體

實(shí)例CO2、CS2、BeCl2等

BF3、BCl3、BBr3等CH4、SiH4、NH3等

【總結(jié)】1.雜化的過程：激發(fā)、雜化、雜化軌道成鍵2.經(jīng)雜化后軌道能量和成分均發(fā)生了變化，雜化的目的使軌道的成鍵能力增強(qiáng)3.雜化軌道一般形成σ鍵4.雜化軌道數(shù)＝參與雜化的原子軌道數(shù)【說明】雜化軌道理論的應(yīng)用1、對苯分子結(jié)構(gòu)的解釋（1）C為sp2雜化（2）C-C(sp2-sp2)σ鍵6個(gè);C-H(sp2-s)σ鍵6個(gè)（3）分子中6個(gè)碳原子未雜化的2p軌道上的未成對電子重疊結(jié)果形成了一個(gè)閉合的、環(huán)狀的大π鍵雜化軌道理論的應(yīng)用苯分子的平面正六邊形結(jié)構(gòu)6個(gè)碳原子和6個(gè)氫原子在同一平面內(nèi)，整個(gè)分子呈平面正六邊形，鍵角皆為120°苯分子填充模型苯分子球棍模型雜化軌道理論的應(yīng)用氨分子的空間填充模型【思考·交流】

氮原子的價(jià)電子排布為2s22p3,三個(gè)2p軌道中各有一個(gè)未成對電子，可分別與一個(gè)氫原子的1s電子形成一個(gè)σ鍵。如果真是如此，那么三個(gè)2p軌道相互垂直，所形成的氨分子中N-H鍵的鍵角應(yīng)約為90°。但是，實(shí)驗(yàn)測得的氯分子中N-H鍵的鍵角為107.3°.試解釋其鍵角不是90°的原因，并與同學(xué)們交流討論。氨分子球棍模型雜化軌道理論的應(yīng)用2、對氨分子結(jié)構(gòu)的解釋（1）N為sp3雜化（2）N-H(sp3-s)σ鍵3個(gè)σ鍵孤電子對占據(jù)sp3雜化軌道的一對孤電子對，由于不參加成鍵作用，電子云較密集于N原子周圍，孤對電子對其他電子的排斥能力較強(qiáng)，使鍵角偏離109.5°，而成為107.3°。雜化軌道理論的應(yīng)用【思考】水分子結(jié)構(gòu)為何為V型，且鍵角為104.5°？1、H2O

中O的sp3雜化2、兩對孤對電子對對成鍵電子對的排斥更大，使得鍵角更小，變成104.5°OHH對雜化軌道的幾點(diǎn)說明1、雜化軌道用于形成σ鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對。（1）當(dāng)雜化軌道中沒有孤電子對時(shí)，雜化軌道的空間結(jié)構(gòu)與分子空間結(jié)構(gòu)一致，形成的分子為對稱結(jié)構(gòu)。（2）當(dāng)雜化軌道中有未參與成鍵的孤電子對時(shí)，雜化軌道的空間結(jié)構(gòu)與分子空間結(jié)構(gòu)不一致，且孤電子對占據(jù)一定空間且對成鍵電子產(chǎn)生排斥，形成的分子空間結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化。2、中心原子雜化軌道類型相同時(shí)，孤電子對數(shù)越多，鍵角越小。例如水分子中氧原子的sp3雜化軌道中有2個(gè)雜化軌道由孤電子對占據(jù)，其分子不呈正四面體形，而呈角形；氨分子中氮原子的sp3