2012巖土工程師考試基礎(chǔ)知識輔導(dǎo)雜化軌道和分子空間構(gòu)型

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雜化軌道和分子空間構(gòu)型
    (一)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,在成鍵過程中重新組合成一組能量相等的新軌道,以增強成鍵能力,這種軌道重新組合的過程叫做軌道雜化,簡稱雜化,通過雜化所組成的新軌道叫做雜化軌道。
    (二)雜化軌道的特性:
    (1)有幾個原子軌道參加雜化,就組成幾個雜化軌道。對于等性雜化來說,每個雜化軌道中所含軌道的成分必須相等。
    (2)雜化的成鍵能力比原來軌道增強,這主要是由于①雜化軌道的形狀發(fā)生改變。②雜化軌道的方向發(fā)生改變。
    (三)成鍵的三步驟:
    無論在化合物中,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)過激發(fā)、雜化、鍵合這三個步驟。
    (1)激發(fā)
    碳原子的基態(tài)電子結(jié)構(gòu)是1s22s22px12py1 ,只有兩個未成對電子。雜化軌道理論認(rèn)為,
    在形成CH4分子時,首先把2s軌道中的一對電子拆開,其中的一個電子升入空的2pz軌
    道,使c原子取得1s22s12px12py12pz1 結(jié)構(gòu),擁有四個未成對電子,這種過程叫做電子激發(fā),電子激發(fā)所需要的能量可由成鍵時釋放出來的能量予以補償。
    (2)雜化
    在這四個未成對電子中,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,其中每一個雜化軌道都含有1/4s和3/4 p的成分,這種雜化軌道叫做等性 sp3雜化軌道。
    (3)鍵合
    碳原子的四個等性 sp3雜化軌道分別與H原子的1 s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’,與實驗測得的結(jié)果完全符合。
    (四)雜化類型和實例
    s一p型雜化
    (1)sp雜化:一個s軌道和一個p軌道雜化,形成兩個等性的sp雜化軌道,其中每一個雜化軌道都含有1/2s和1/2p的成分,兩個雜化軌道間的夾角為1800,呈直線形構(gòu)型。如BeCl2等。
    (2)sp2雜化:一個s軌道和兩個p軌道雜化,形成三個sp2雜化軌道,其中每一個雜化軌道都含有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。
    (3)s p3雜化:由一個s軌道和三個p軌道組成四個等性的s p3雜化軌道,其中每個雜化軌道都含有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。
    (4)不等性雜化:前面介紹的三種雜化類型,它們的共同特點是參加雜化的各原子軌道中所含的未成對電子數(shù)相等,雜化后所生成的各雜化軌道的形狀和能量完全等同?;蛘哒f每個雜化軌道中所含s成分和p成分的比例均相等,這類雜化叫做等性雜化。
    如果參加雜化的各原子軌道中所含的未成對電子數(shù)不相等,雜化后所生成的雜化軌道的形狀和能量不完全等同,或者說在每個雜化軌道中所含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。