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钯原子的常见杂化类型有哪些?

在高考备考化学试卷里,经常会遇到含钯的催化剂。本文将就钯原子的常见杂化类型作一个全面归类:

钯(Pd)原子的价电子排布唯一一个没有s电子,导致有一些特殊性。常见杂化类型为 dsp²、sp³,特殊配位环境下存在 d²sp³,偶尔出现 sp²,杂化类型直接由配位数、氧化态及配位化合物的空间构型决定。

一、最常见:dsp² 杂化(平面正方形构型)

杂化轨道组成:1 个 4d 轨道 + 1 个 5s 轨道 + 2 个 5p 轨道,共 4 个等价 dsp² 杂化轨道。

空间构型:平面正方形(4 个配位原子位于同一平面,键角 180° 或 90°)。

典型氧化态:+2(钯最稳定的氧化态之一)。

代表化合物:

二氯化钯(PdCl₂):固态为聚合物,每个 Pd²⁺与 4 个 Cl⁻配位,呈平面正方形结构。

四氯合钯 (II) 离子([PdCl₄]²⁻):溶液中稳定存在,是检验钯离子的特征物种。

醋酸钯(Pd (OAc)₂):有机合成常用催化剂,Pd²⁺与醋酸根形成平面正方形配位。

二、常见:sp³ 杂化(四面体构型)

杂化轨道组成:1 个 5s 轨道 + 3 个 5p 轨道,共 4 个等价 sp³ 杂化轨道。

空间构型:正四面体(4 个配位原子均匀分布,键角 109°28′)。

典型氧化态:0(零价钯配合物)。

代表化合物:

四三苯基膦合钯(Pd (PPh₃)₄):零价钯催化剂的核心物种,用于 Suzuki 偶联等反应。

四氰合钯 (0) 离子([Pd (CN)₄]⁴⁻):少数稳定的零价钯四面体配合物。

四羰基合钯(Pd (CO)₄):气相中存在,Pd⁰与 CO 形成四面体配位。

三、特殊:d²sp³ 杂化(八面体构型)

杂化轨道组成:2 个 4d 轨道 + 1 个 5s 轨道 + 3 个 5p 轨道,共 6 个等价 d²sp³ 杂化轨道。

空间构型:正八面体(6 个配位原子对称分布,键角 90° 或 180°)。

典型氧化态:+4(高价钯配合物,相对少见)。

代表化合物:

六氟合钯 (IV) 离子([PdF₆]²⁻):稳定的高价钯配合物,呈八面体结构。

二氯四氨合钯 (IV) chloride([Pd (NH₃)₄Cl₂] Cl₂):Pd⁴⁺与 NH₃、Cl⁻形成八面体配位。

四、少见:sp² 杂化(平面三角形构型)

杂化轨道组成:1 个 5s 轨道 + 2 个 5p 轨道,共 3 个等价 sp² 杂化轨道。

空间构型:平面三角形(3 个配位原子位于同一平面,键角 120°)。

典型氧化态:0 或 + 1(低氧化态、低配位数配合物)。

代表化合物:

三三苯基膦合钯 (I) 离子([Pd (PPh₃)₃]⁺):少数三配位钯配合物,呈平面三角形。

某些钯的卡宾配合物:低配位环境下形成 sp² 杂化,用于特殊有机催化反应。

核心规律总结

配位数为 4 时:Pd²⁺多为 dsp² 杂化(平面正方形),Pd⁰多为 sp³ 杂化(四面体)。

配位数为 6 时:高价 Pd⁴⁺多为 d²sp³ 杂化(八面体)。

配位数为 3 时:低氧化态钯可能形成 sp² 杂化(平面三角形),实例较少。

钯原子杂化类型 - 配位数 - 氧化态 - 实例对比表

杂化类型

配位数

典型氧化态

空间构型

代表化合物 / 物种

关键备注

dsp²

4

+2

平面正方形

1. 二氯化钯(PdCl₂,固态聚合物)2. 四氯合钯 (II) 离子([PdCl₄]²⁻)3. 醋酸钯(Pd (OAc)₂)4. 二氨二氯合钯 (II)([Pd (NH₃)₂Cl₂])

钯最常见的杂化类型,Pd²⁺的特征杂化,配位化合物稳定性高

sp³

4

0(主要)

正四面体

1. 四三苯基膦合钯(Pd (PPh₃)₄)2. 四羰基合钯(Pd (CO)₄)3. 四氰合钯 (0) 离子([Pd (CN)₄]⁴⁻)

多为零价钯配合物,是有机催化(如偶联反应)的核心活性物种

d²sp³

6

+4(主要)

正八面体

1. 六氟合钯 (IV) 离子([PdF₆]²⁻)2. 二氯四氨合钯 (IV) 氯化物([Pd (NH₃)₄Cl₂] Cl₂)3. 六氯合钯 (IV) 离子([PdCl₆]²⁻)

高价钯的特征杂化,化合物相对少见,多为强氧化性配体(如 F⁻、Cl⁻)稳定

sp²

3

0 / +1

平面三角形

1. 三三苯基膦合钯 (I) 离子([Pd (PPh₃)₃]⁺)2. 某些钯卡宾配合物(如 Pd (NHC)₃,NHC 为氮杂环卡宾)

低配位数杂化,实例稀少,仅存在于特殊配位环境中

补充说明

表格中 “代表化合物” 均为该杂化类型的典型物种,便于快速关联记忆,优先选择实验室或工业中常用的钯配合物。

核心规律强化:配位数是判断杂化类型的关键 —— 配位数 4 对应 dsp²(+2 价)或 sp³(0 价),配位数 6 对应 d²sp³(+4 价),配位数 3 对应 sp²(低氧化态)。

氧化态与杂化类型强相关:Pd²⁺以 dsp² 为主,Pd⁰以 sp³ 为主,Pd⁴⁺以 d²sp³ 为主,可通过氧化态快速锁定杂化类型范围。

(责任编辑:化学自习室)
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