2012年岩土工程师考试基础知识辅导杂化轨道和分子空间构型

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杂化轨道和分子空间构型
(一)杂化轨道和轨道杂化：
同一原子中能量相近的不同类型的原子轨道，在成键过程中重新组合成一组能量相等的新轨道，以增强成键能力，这种轨道重新组合的过程叫做轨道杂化，简称杂化，通过杂化所组成的新轨道叫做杂化轨道。
(二)杂化轨道的特性：
(1)有几个原子轨道参加杂化，就组成几个杂化轨道。对于等性杂化来说，每个杂化轨道中所含轨道的成分必须相等。
(2)杂化的成键能力比原来轨道增强，这主要是由于①杂化轨道的形状发生改变。②杂化轨道的方向发生改变。
(三)成键的三步骤：
无论在化合物中，或在单质中，各种原子常以某种激发态和杂化态参加成键。因此，原子参加化学反应，都要经过激发、杂化、键合这三个步骤。
(1)激发
碳原子的基态电子结构是1s22s22px12py1 ，只有两个未成对电子。杂化轨道理论认为，
在形成CH4分子时，首先把2s轨道中的一对电子拆开，其中的一个电子升入空的2pz轨
道，使c原子取得1s22s12px12py12pz1 结构，拥有四个未成对电子，这种过程叫做电子激发，电子激发所需要的能量可由成键时释放出来的能量予以补偿。
(2)杂化
在这四个未成对电子中，成键轨道不是纯粹的2s,2px,2py,2pz 轨道。而是由它们重新组合成四个新的能量相等的sp3 杂化轨道，叫做等性 sp3杂化轨道，其中每一个杂化轨道都含有1/4s和3/4 p的成分，这种杂化轨道叫做等性 sp3杂化轨道。
(3)键合
碳原子的四个等性 sp3杂化轨道分别与H原子的1 s轨道重叠，形成的CH4分子也具有正四面体空间结构，键角为109028’，与实验测得的结果完全符合。
(四)杂化类型和实例
s一p型杂化
(1)sp杂化：一个s轨道和一个p轨道杂化，形成两个等性的sp杂化轨道，其中每一个杂化轨道都含有1/2s和1/2p的成分，两个杂化轨道间的夹角为1800，呈直线形构型。如BeCl2等。
(2)sp2杂化：一个s轨道和两个p轨道杂化，形成三个sp2杂化轨道，其中每一个杂化轨道都含有1/3s成分和2/3p成分，杂化轨道的夹角为1200，呈平面三角形。如：BF3，BCl3等。
(3)s p3杂化：由一个s轨道和三个p轨道组成四个等性的s p3杂化轨道，其中每个杂化轨道都含有1/4s和3/4p成分，杂化轨道间的夹角均为109028’，呈四面体结构。如：CH4，CCl4，CF4等。
(4)不等性杂化：前面介绍的三种杂化类型，它们的共同特点是参加杂化的各原子轨道中所含的未成对电子数相等，杂化后所生成的各杂化轨道的形状和能量完全等同。或者说每个杂化轨道中所含s成分和p成分的比例均相等，这类杂化叫做等性杂化。
如果参加杂化的各原子轨道中所含的未成对电子数不相等，杂化后所生成的杂化轨道的形状和能量不完全等同，或者说在每个杂化轨道中所含s成分和p成分的比例不完全相等，这类杂化叫做不等性杂化。