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化学竞赛

高中化学竞赛辅导讲座学案《杂化轨道理论》学案word版

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高中化学竞赛辅导讲座学案《杂化轨道理论》

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高中化学竞赛辅导讲座学案《杂化轨道理论》学案word版

价键理论(二)-----杂化轨道理论

价键理论简明地阐明了共价键的形成过程和本质,成功解释了共价键的方向性和饱和性,但在解释一些分子的空间结构方面却遇到了困难。例如CH4分子的形成,按照价键理论,C原子只有两个未成对的电子,只能与两个H原子形成两个共价键,而且键角应该大约为90°。但这与实验事实不符,因为C与H可形成CH4分子,其空间构型为正四面体,∠HCH =109°28′。为了解释键角的变化,更好地解释多原子分子的实际空间构型和性质,1931年鲍林和斯莱脱(Slater)在电子配对理论的基础上,提出了杂化轨道理论(hybrid orbital theory),丰富和发展了现代价键理论(Valence Bond Theory)简称VB法,又叫做电子配对法。(鲍林获1954年诺贝尔化学奖。)

一、价键理论(二):杂化轨道理论

1、杂化轨道理论的基本要点

原子在形成分子时,为了增强成键能力,同一原子中能量相近的不同类型(s、p、d…)

的几个原子轨道可以相互叠加进行重新组合,形成能量、形状和方向与原轨道不同的新的原子轨道。这种原子轨道重新组合的过程称为原子轨道的杂化,所形成的新的原子轨道称为杂化轨道。

注意:①、只有在形成分子的过程中,中心原子能量相近的原子轨道才能进行杂化,孤立的原子不可能发生杂化。②、只有能量相近的轨道才能互相杂化。常见的有:ns  np  nd,

(n-1)d  ns  np;③、杂化前后,总能量不变。但杂化轨道在成键时更有利于轨道间的重叠,即杂化轨道的成键能力比未杂化的原子轨道的成键能力增强,形成的化学键的键能大。这是由于杂化后轨道的形状发生了变化,电子云分布集中在某一方向上,成键时轨道重叠程度增大,成键能力增强。④、杂化所形成的杂化轨道的数目等于参加杂化的原子轨道的数目,亦即杂化前后,原子轨道的总数不变。⑤、杂化轨道的空间构型取决于中心原子的杂化类型。不同类型的杂化,杂化轨道的空间取向不同,即一定数目和一定类型的原子轨道间杂化所得到的杂化轨道具有确定的空间几何构型,由此形成的共价键和共价分子相应地具有确定的几何构型。

什么叫杂化?同一原子的能量相近的原有的原子轨道“混杂”起来,重新组合形成新轨道的过程,叫做杂化。

什么叫杂化轨道?新组合的原子轨道叫做杂化轨道。

为什么要杂化?杂化轨道形成的化学键的强度更大,体系的能量更低。

杂化的动力:受周围原子的影响。

为什么杂化后成键,体系的能量降低?杂化轨道在一个方向上更集中,便于轨道最大重叠。

杂化轨道的构型决定了分子的几何构型:杂化轨道有利于形成σ键,但不能形成π键。由于分子的空间几何构型是以σ键为骨架,故杂化轨道的构型就决定了其分子的几何构型。

  杂化的规律

  杂化前后轨道数目不变,空间取向改变 ;

  杂化轨道能与周围原子形成更强的σ键,或安排孤对电子,而不会以空的杂化轨道存在。

  杂化后轨道伸展方向、形状发生改变,成键能力增强,成键能力大小顺序(s成分越多

成键能力越强)sp>sp2>sp3>dsp2>sp3d>sp3d2

 

2、杂化轨道的特点

①、所组成的几个杂化轨道具有相同的能量;②、形成的杂化轨道数目等于原有的原子轨道数目;③、杂化轨道的空间伸展方向一定(亦即,杂化轨道的方向不是任意的,杂化轨道之间有一定的夹角);④、杂化轨道的成分:每个杂化轨道的成分之和为1;每个参加杂化的原子轨道,在所有杂化轨道中的成分之和为1(单位轨道的贡献)。




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