杂化轨道理论的解读
时间:2014-09-16 09:05 来源:未知 作者:汪峰 点击:次 所属专题: 杂化轨道
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杂化轨道理论是高中化学新添加的内容,部分学生对于杂化轨道理论理解的不是十分充分,对此往往十分痛苦。为了让学生更好的理解杂化轨道理论,我主要从杂化轨道理论提出的原因、杂化轨道理论的基本内容、杂化轨道理论的应用和杂化轨道理论的解题思路来分析理解杂化轨道理论。
一、杂化轨道理论的提出。杂化轨道理论是在无法通过一般的共价键理论解析物质(如:CH4)成键原因而提出来的一种解释理论,也就是说,杂化轨道理论的正确与否在于它能不能解释相关现象。所以,我们对于杂化轨道理论不需要弄清楚他为什么是这样,最重要是的理解如何利用它来解释物质结构中的一些性质。如:甲烷按照一般的共价键理论,C只有两个未成对电子,他应该只能连接两个氢原子,但是按照杂化轨道理论就可以解释碳为什么可以连接四个氢原子,因为碳发生了sp3杂化,C通过杂化形成了四个等同的杂化轨道和四个为成对电子。
二、杂化轨道理论的基本内容。杂化轨道理论主要包括杂化的基本含义、杂化的类型、杂化轨道的形状、杂化轨道的成键和物质的空间构型。杂化指的是能量相近的原子轨道相互融合形成新的能量相同的原子轨道,电子按照电子排布的基本要求重新进行排布。其主要思想为:杂化前后原子轨道数目不变,杂化后原子轨道能量相同,杂化后原子轨道形状发生改变。在高中范围内,我们需要了解的杂化类型为sp3杂化、sp2杂化和sp杂化。其中sp3杂化轨道的形状为正四面体构型,sp2杂化轨道的形状为平面正三角形,sp杂化轨道的形状为直线型。但是,我们需要知道不是所有的杂化轨道都可以成键,只有未成对电子的杂化轨道才能成键,已经有孤对电子对的杂化轨道它并没有成键。而分子的构型主要取决于成键原子轨道的形状,所有相同的杂化类型会有不同的空间构型。如:CH4和NH3中的碳和氮都是采取sp3杂化,但是甲烷中C的所有杂化轨道都参与成键,故甲烷的空间构型与杂化类型相同,都为正四面体;而NH3中N的四个杂化轨道只有三个参与成键,还有一个是被孤对电子对占据,故NH3的杂化轨道形状为正四面体,但是NH3的空间构型为三角锥形。
三、杂化轨道理论的应用。杂化轨道理论主要是来解释物质成键和分子的空间构型。在高中范围内,有关杂化轨道理论的题目主要存在于判断物质中某个原子的杂化类型和某种分子的空间构型。
四、杂化轨道理论的解题思路。遇到杂化轨道理论相关题目时,我们首先要判断杂化的类型,其次了解杂化轨道的成键情况,最后才是判断分子的空间构型。判断杂化轨道类型的方法主要有——利用碳原子的连接原子个数和结构判断和利用公式判断。
碳原子连接原子个数和结构与杂化轨道类型的关系
碳原子连接的原子个数 | 结构 | 杂化轨道类型 |
4 | 单键 | sp3杂化 |
3 | 双键 | sp2杂化 |
2 | 三键或两个双键 | sp杂化 |
杂化轨道类型的判断公式(只针对ABn形分子):
N(杂化轨道数目)=(A的价电子数+n(O、S除外))/2,如果N=4,则为sp3杂化,N=3,则为sp3杂化,N=2,则为sp3杂化。
理解了杂化类型的判断,下面需要处理的是杂化轨道的成键情况和分子的空间构型。
杂化轨道类型、杂化轨道成键情况和分子空间构型之间的关系
杂化类型 | 杂化轨道形状 | 杂化轨道数目 | 杂化轨道成键情况 | 分子空间构型 | 实例 |
sp3杂化 | 正四面体 | 4 | 4 | 正四面体 | CH4、CCl4、NH4+ |
3 | 三角锥形 | NH3、H3O+ | |||
2 | V型 | H2O、H2S | |||
1 | 直线型 | HCl | |||
sp2杂化 | 平面三角形 | 3 | 3 | 平面三角形 | BF3、SO3 |
2 | V型 | SO2 | |||
sp杂化 | 直线型 | 2 | 2 | 直线型 | BeCl2、CO2 |
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