6、雜化軌道和分子空間構(gòu)型
雜化軌道和軌道雜化：
同一原子中能量相近的不同類型的原子軌道，在成鍵過(guò)程中重新組合成一組能量相等的新軌道，以增強(qiáng)成鍵能力，這種軌道重新組合的過(guò)程叫做軌道雜化，簡(jiǎn)稱雜化，通過(guò)雜化所組成的新軌道叫做雜化軌道。
雜化軌道的特性：
有幾個(gè)原子軌道參加雜化，就組成幾個(gè)雜化軌道。對(duì)于等性雜化來(lái)說(shuō)，每個(gè)雜化軌道中所含軌道的成分必須相等。
雜化的成鍵能力比原來(lái)軌道增強(qiáng)，這主要是由于①雜化軌道的外形發(fā)生改變。②雜化軌道的方向發(fā)生改變。
成鍵的三步驟：
無(wú)論在化合物中，或在單質(zhì)中，各種原子常以某種激發(fā)態(tài)和雜化態(tài)參加成鍵。因此，原子參加化學(xué)反應(yīng)，都要經(jīng)過(guò)激發(fā)、雜化、鍵合這三個(gè)步驟?，F(xiàn)以CH。的形成過(guò)程說(shuō)明如下：
激發(fā)
碳原子的基態(tài)電子結(jié)構(gòu)是1s22s22px12py1，只有兩個(gè)未成對(duì)電子。雜化軌道理論認(rèn)為，
在形成CH4分子時(shí)，首先把2s軌道中的一對(duì)電子拆開(kāi)，其中的一個(gè)電子升入空的2pz軌
道，使c原子取得1s22s12px12py12pz1結(jié)構(gòu)，擁有四個(gè)未成對(duì)電子，這種過(guò)程叫做電子激發(fā)，電子激發(fā)所需要的能量可由成鍵時(shí)釋放出來(lái)的能量予以補(bǔ)償。
雜化
在這四個(gè)未成對(duì)電子中，成鍵軌道不是純粹的2s，2px，2py，2pz軌道。而是由它們重新組合成四個(gè)新的能量相等的sp3雜化軌道，叫做等性sp3雜化軌道，其中每一個(gè)雜化軌道都含有1/4s和3/4p的成分，這種雜化軌道叫做等性sp3雜化軌道。
鍵合
碳原子的四個(gè)等性sp3雜化軌道分別與H原子的1s軌道重疊，形成的CH4分子也具有正四面體空間結(jié)構(gòu)，鍵角為109028’，與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的結(jié)果完全符合。
雜化類型和實(shí)例
s一p型雜化
sp雜化：一個(gè)s軌道和一個(gè)p軌道雜化，形成兩個(gè)等性的sp雜化軌道，其中每一個(gè)雜化軌道都含有1/2s和1/2p的成分，兩個(gè)雜化軌道間的夾角為1800，呈直線形構(gòu)型。如BeCl2等。
sp2雜化：一個(gè)s軌道和兩個(gè)p軌道雜化，形成三個(gè)sp2雜化軌道，其中每一個(gè)雜化軌道都含有1/3s成分和2/3p成分，雜化軌道的夾角為1200，呈平面三角形。如：BF3，BCl3等。
sp3雜化：由一個(gè)s軌道和三個(gè)p軌道組成四個(gè)等性的sp3雜化軌道，其中每個(gè)雜化軌道都含有1/4s和3/4p成分，雜化軌道間的夾角均為109028’，呈四面體結(jié)構(gòu)。如：CH4，CCl4，CF4等。
不等性雜化：前面介紹的三種雜化類型，它們的共同特點(diǎn)是參加雜化的各原子軌道中所含的未成對(duì)電子數(shù)相等，雜化后所生成的各雜化軌道的外形和能量完全等同?；蛘哒f(shuō)每個(gè)雜化軌道中所含s成分和p成分的比例均相等，這類雜化叫做等性雜化。
假如參加雜化的各原子軌道中所含的未成對(duì)電子數(shù)不相等，雜化后所生成的雜化軌道的外形和能量不完全等同，或者說(shuō)在每個(gè)雜化軌道中所含s成分和p成分的比例不完全相等，這類雜化叫做不等性雜化。
例3實(shí)驗(yàn)測(cè)得，NH3分子呈三角錐形結(jié)構(gòu)，鍵角為1070，N—H鍵長(zhǎng)為
102Pm，偶極矩為4．3×10－30cm說(shuō)明NH3是極性分子，試解釋之。
答：NH3分子中基態(tài)N原子的外層電子構(gòu)型為2s22px12py12pz1，根據(jù)電子配對(duì)理論，N原子中的三個(gè)2p軌道，可分別與H原子的1s軌道重疊，形成三個(gè)共
價(jià)鍵，鍵角為900，但是，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的N鍵角是1070。而不等性雜化認(rèn)為：NH3
／＼
HH
中N原子利用一個(gè)2s軌道和三個(gè)2p軌道，組成四個(gè)sp3雜化軌道，其中三個(gè)雜化軌道各被一個(gè)未成對(duì)電子占據(jù)，能量相等，它們分別與H原子的1s軌道重疊，形成三個(gè)σ鍵，剩下的一個(gè)雜化軌道被兩個(gè)成對(duì)電子所占據(jù)，能量較低，不參與成鍵，這種只參加雜化未參加成鍵的成對(duì)電子叫做孤對(duì)電子。N原子的四個(gè)sp3雜化軌道呈四面體構(gòu)型，除了三個(gè)雜化軌道形成N—H鍵外，其余一個(gè)被孤對(duì)電子占據(jù)，由于孤對(duì)電子只受N原子核的吸引，電子云比較密集，對(duì)成鍵電子有較大的排斥作用，使N—H鍵間的夾角壓縮到1070，整個(gè)NH，分子的空間構(gòu)型呈三角錐形。
同理H2O中，O原子也采取sp3雜化軌道，但兩個(gè)軌道被兩對(duì)孤對(duì)電子所占據(jù)，另兩個(gè)軌道為成鍵軌道，故H2O的空間構(gòu)型為V型，鍵角為104040’。
d－s－p或s－p－d型雜化
元素進(jìn)入第三周期后，其電子層中出現(xiàn)了d軌道，由于它們的d與ns、np或ns、np與nd能級(jí)比較接近，因此d軌道也可以參加雜化，進(jìn)行包括s、p、d三種軌道的雜化過(guò)程。叫做d－s－p或s－p－d型雜化。
雜化軌道和軌道雜化：
同一原子中能量相近的不同類型的原子軌道，在成鍵過(guò)程中重新組合成一組能量相等的新軌道，以增強(qiáng)成鍵能力，這種軌道重新組合的過(guò)程叫做軌道雜化，簡(jiǎn)稱雜化，通過(guò)雜化所組成的新軌道叫做雜化軌道。
雜化軌道的特性：
有幾個(gè)原子軌道參加雜化，就組成幾個(gè)雜化軌道。對(duì)于等性雜化來(lái)說(shuō)，每個(gè)雜化軌道中所含軌道的成分必須相等。
雜化的成鍵能力比原來(lái)軌道增強(qiáng)，這主要是由于①雜化軌道的外形發(fā)生改變。②雜化軌道的方向發(fā)生改變。
成鍵的三步驟：
無(wú)論在化合物中，或在單質(zhì)中，各種原子常以某種激發(fā)態(tài)和雜化態(tài)參加成鍵。因此，原子參加化學(xué)反應(yīng)，都要經(jīng)過(guò)激發(fā)、雜化、鍵合這三個(gè)步驟?，F(xiàn)以CH。的形成過(guò)程說(shuō)明如下：
激發(fā)
碳原子的基態(tài)電子結(jié)構(gòu)是1s22s22px12py1，只有兩個(gè)未成對(duì)電子。雜化軌道理論認(rèn)為，
在形成CH4分子時(shí)，首先把2s軌道中的一對(duì)電子拆開(kāi)，其中的一個(gè)電子升入空的2pz軌
道，使c原子取得1s22s12px12py12pz1結(jié)構(gòu)，擁有四個(gè)未成對(duì)電子，這種過(guò)程叫做電子激發(fā)，電子激發(fā)所需要的能量可由成鍵時(shí)釋放出來(lái)的能量予以補(bǔ)償。
雜化
在這四個(gè)未成對(duì)電子中，成鍵軌道不是純粹的2s，2px，2py，2pz軌道。而是由它們重新組合成四個(gè)新的能量相等的sp3雜化軌道，叫做等性sp3雜化軌道，其中每一個(gè)雜化軌道都含有1/4s和3/4p的成分，這種雜化軌道叫做等性sp3雜化軌道。
鍵合
碳原子的四個(gè)等性sp3雜化軌道分別與H原子的1s軌道重疊，形成的CH4分子也具有正四面體空間結(jié)構(gòu)，鍵角為109028’，與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的結(jié)果完全符合。
雜化類型和實(shí)例
s一p型雜化
sp雜化：一個(gè)s軌道和一個(gè)p軌道雜化，形成兩個(gè)等性的sp雜化軌道，其中每一個(gè)雜化軌道都含有1/2s和1/2p的成分，兩個(gè)雜化軌道間的夾角為1800，呈直線形構(gòu)型。如BeCl2等。
sp2雜化：一個(gè)s軌道和兩個(gè)p軌道雜化，形成三個(gè)sp2雜化軌道，其中每一個(gè)雜化軌道都含有1/3s成分和2/3p成分，雜化軌道的夾角為1200，呈平面三角形。如：BF3，BCl3等。
sp3雜化：由一個(gè)s軌道和三個(gè)p軌道組成四個(gè)等性的sp3雜化軌道，其中每個(gè)雜化軌道都含有1/4s和3/4p成分，雜化軌道間的夾角均為109028’，呈四面體結(jié)構(gòu)。如：CH4，CCl4，CF4等。
不等性雜化：前面介紹的三種雜化類型，它們的共同特點(diǎn)是參加雜化的各原子軌道中所含的未成對(duì)電子數(shù)相等，雜化后所生成的各雜化軌道的外形和能量完全等同?；蛘哒f(shuō)每個(gè)雜化軌道中所含s成分和p成分的比例均相等，這類雜化叫做等性雜化。
假如參加雜化的各原子軌道中所含的未成對(duì)電子數(shù)不相等，雜化后所生成的雜化軌道的外形和能量不完全等同，或者說(shuō)在每個(gè)雜化軌道中所含s成分和p成分的比例不完全相等，這類雜化叫做不等性雜化。
例3實(shí)驗(yàn)測(cè)得，NH3分子呈三角錐形結(jié)構(gòu)，鍵角為1070，N—H鍵長(zhǎng)為
102Pm，偶極矩為4．3×10－30cm說(shuō)明NH3是極性分子，試解釋之。
答：NH3分子中基態(tài)N原子的外層電子構(gòu)型為2s22px12py12pz1，根據(jù)電子配對(duì)理論，N原子中的三個(gè)2p軌道，可分別與H原子的1s軌道重疊，形成三個(gè)共
價(jià)鍵，鍵角為900，但是，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的N鍵角是1070。而不等性雜化認(rèn)為：NH3
／＼
HH
中N原子利用一個(gè)2s軌道和三個(gè)2p軌道，組成四個(gè)sp3雜化軌道，其中三個(gè)雜化軌道各被一個(gè)未成對(duì)電子占據(jù)，能量相等，它們分別與H原子的1s軌道重疊，形成三個(gè)σ鍵，剩下的一個(gè)雜化軌道被兩個(gè)成對(duì)電子所占據(jù)，能量較低，不參與成鍵，這種只參加雜化未參加成鍵的成對(duì)電子叫做孤對(duì)電子。N原子的四個(gè)sp3雜化軌道呈四面體構(gòu)型，除了三個(gè)雜化軌道形成N—H鍵外，其余一個(gè)被孤對(duì)電子占據(jù)，由于孤對(duì)電子只受N原子核的吸引，電子云比較密集，對(duì)成鍵電子有較大的排斥作用，使N—H鍵間的夾角壓縮到1070，整個(gè)NH，分子的空間構(gòu)型呈三角錐形。
同理H2O中，O原子也采取sp3雜化軌道，但兩個(gè)軌道被兩對(duì)孤對(duì)電子所占據(jù)，另兩個(gè)軌道為成鍵軌道，故H2O的空間構(gòu)型為V型，鍵角為104040’。
d－s－p或s－p－d型雜化
元素進(jìn)入第三周期后，其電子層中出現(xiàn)了d軌道，由于它們的d與ns、np或ns、np與nd能級(jí)比較接近，因此d軌道也可以參加雜化，進(jìn)行包括s、p、d三種軌道的雜化過(guò)程。叫做d－s－p或s－p－d型雜化。