組織建設第二章

分子結構與性質第二節分子的立體構型（第2課時雜化軌道理論簡介）

【問題引入】寫出碳原子的電子排布圖，思考為什么碳原子與氫原子結合形成CH4，而不是CH2？

碳原子的一個2s電子受外界影響躍遷到2p空軌道上，使碳原子具有四個單電子，因此碳原子與氫原子結合生成CH4。1s2s2p激發

【再問】按已學價鍵理論，甲烷的4個C－H鍵（單鍵）都是全等的σ鍵，形成正四面體的空間構型；但碳原子的4個價層原子軌道為1個球形的2s軌道和3個相互垂直的2p軌道，用它們與4個氫原子的1s原子軌道重疊，不可能得到正四面體構型的甲烷分子。矛盾？為了解決這一矛盾，鮑林提出了雜化軌道理論CH4正四面體CH4的形成：

由1個s軌道和3個p軌道混雜并重新組合成4個能量與形狀完全相同的軌道。我們把這種軌道稱之為sp3雜化軌道。

【提示】為了四個雜化軌道在空間盡可能遠離（價層電子對互斥理論），使軌道間的排斥力最小，4個雜化軌道的伸展成正四面體構型。

【結果】四個H原子分別以4個s軌道與C原子上的四個sp3雜化軌道相互重疊后，就形成了四個性質、能量和鍵角都完全相同的s-sp3σ鍵，從而構成一個正四面體構型的分子。109°28’三、雜化軌道理論簡介1、概念

在形成分子時，原子中能量相近的軌道重新組合，形成新的原子軌道，這個過程稱“雜化”，新的原子軌道稱“雜化軌道”。2、要點解讀（1）成鍵時能量相近的價電子軌道混合雜化，形成新的價電子軌道——雜化軌道。（2）雜化前后軌道數目不變。（3）雜化軌道是能量相同的軌道（即等價軌道）（4）雜化的目的是為了成鍵。①sp3雜化軌道組成：同一原子能量相近的一個s軌道與三個p軌道，雜化成四個sp3雜化軌道，每個雜化軌道的s成分為1/4，p成分為3/4。②sp3雜化軌道特點：sp3軌道夾角109○28′，4個軌道呈空間正四面體形--VSEPR模型。③雜化軌道只用于形成鍵或容納未成鍵的孤電子對。

鍵的形成，只能由未參與雜化的p軌道重疊形成。

④所有價層電子對數為4的中心原子均采用sp3雜化，形成分子的空間構型有：四面體形、三角錐形和V形。3、雜化軌道類型（1）sp3雜化（如CH4－C）（2）sp2雜化（如BF3－B）

為了三個雜化軌道在空間盡可能遠離，使軌道間的排斥力最小，三個雜化軌道的伸展方向分別指向平面三角形的三個頂點。三個F原子分別以3個p軌道與B原子上的三個sp2雜化軌道相互重疊后，形成了三個性質、能量和鍵角都完全相同的p-sp2σ鍵，從而構成一個平面三角形構型的分子。①sp2雜化軌道成分：同一個原子中能量相近的一個

s軌道與兩個p軌道雜化，得三個sp2雜化軌道，每個雜化軌道的s成分為1/3，p成分為2/3。②sp2雜化軌道特點：sp2軌道夾角120○，3個軌道呈平面三角形--VSEPR模型。

③所有價層電子對數為3的中心原子均采用sp2雜化，形成的分子的空間構型有：平面三角形和V形。（3）sp雜化（如BeCl2－Be）

為了兩個雜化軌道在空間盡可能遠離，使軌道間的排斥力最小，兩個雜化軌道的伸展方向分別指直線的兩端。兩個Cl原子分別以2個p軌道與Be原子上的兩個sp雜化軌道相互重疊后，就形成了兩個性質、能量和鍵角都完全相同的p-spσ鍵，從而構成一個直線形分子。①sp雜化軌道成分：同一個原子中能量相近的一個

s軌道與一個p軌道雜化，得兩個sp雜化軌道，每個雜化軌道的s成分為1/2，p成分為1/2。②sp雜化軌道特點：sp軌道夾角180○，2個軌道呈直線形--VSEPR模型。

③所有價層電子對數為2的中心原子均采用sp雜化，形成的分子的空間構型為直線形。雜化類型判斷方法：（1）ABm型分子或離子，其中心原子A的雜化軌道數＝價電子對數。中心原子(A)的雜化類型參與雜化的軌道生成雜化軌道數成鍵電子對數A原子的孤電子對數分子的空間構型實例分子式結構式sp1個s1個p220直線形BeCl2Cl－Be－Clsp21個s2個p330平面三角形BF3sp31個s3個p440正四面體形CH431三角錐形NH322V形H2O

（2）有機物中碳原子雜化類型的判斷：飽和碳原子采取sp3雜化（立體結構，如甲烷），連接雙鍵的碳原子采取sp2雜化（平面結構，如乙烯、苯），連接三鍵的碳原子采取sp雜化（直線型，如乙炔）。

【小試牛刀】乙烯分子中含有4個C—H和1個C=C雙鍵，6個原子在同一平面上。下列關于乙烯分子的成鍵情況分析正確的是（）A．每個C原子的2s軌道與2p軌道雜化，形成兩個sp雜化軌道B．每個C原子的1個2s軌道與1個2p軌道雜化，形成2個sp雜化軌道C．每個C原子的2s軌道與3個2p軌道雜化，形成4個sp3雜化軌道D．每個C原子的3個價電子占據3個雜化軌道，1個價電子占據1個2p軌道A雜化及雜化軌道概念雜化軌道類型判斷方法雜化軌道類型：sp、sp2、sp3雜化軌道理論小結：1、計算下列分子或離子中的價電子對數，并根據已學填寫下表物質價電子對數中心原子雜化軌道類型雜化軌道/電子對空間構型軌道夾角分子空間構型鍵角氣態BeCl2CO2BF3CH4NH4+H2ONH3PCl322344444spspsp2sp3直線形直線形平面三角形正四面體180°180°120°109.5°直線形直線形平面三角形正四面體V形三角錐形180°180°120°109.5°109.5°104.5°107.3°107.3°2、下列分子中的中心原子雜化軌道的類型相同的是（）A．CO2與SO2B．CH4與NH3

C．BeCl2與BF3