化学里面什么是杂化性质?杂化轨道?

化学里面什么是杂化性质?杂化轨道?
化学里面什么是杂化性质?杂化轨道?

化学里面什么是杂化性质?杂化轨道?
杂化轨道理论（hybrid orbital theory） 杂化轨道理论（hybrid orbital theory)是1931年由鲍林(Pauling L)等人在价键理论的基础上提出,它实质上仍属于现代价键理论,但是它在成键能力、分子的空间构型等方面丰富和发展了现代价键理论.
[编辑本段]要点
1.在成键的过程中,由于原子间的相互影响,同一原子中几个能量相近的不同类型的原子轨道（即波函数）,可以进行线性组合,重新分配能量和确定空间方向,组成数目相等的新原子轨道,这种轨道重新组合的方式称为杂化（hybridization),杂化后形成的新轨道称为杂化轨道（hybrid orbital).2.杂化轨道的角度函数在某个方向的值比杂化前的大得多,更有利于原子轨道间最大程度地重叠,因而杂化轨道比原来轨道的成键能力强（轨道是在杂化之后再成键）.
3.杂化轨道之间力图在空间取最大夹角分布,使相互间的排斥能最小,故形成的键较稳定.不同类型的杂化轨道之间夹角不同,成键后所形成的分子就具有不同的空间构型.
[编辑本段]类型
按参加杂化的原子轨道种类,轨道杂化有sp和spd两种主要类型,分为sp,sp2,sp3,dsp2,sp3d,sp3d2,d2sp3,按杂化后形成的几个杂化轨道的能量是否相同,轨道的杂化可分为等性和不等性杂化.
于1931年,鲍林提出
一个原子中的几个原子轨道经过再分配而组成的互相等同的轨道.原子在化合成分子的过程中,根据原子的成键要求,在周围原子影响下,将原有的原子轨道进一步线性组合成新的原子轨道.这种在一个原子中不同原子轨道的线性组合,称为原子轨道的杂化.杂化后的原子轨道称为杂化轨道.杂化时,轨道的数目不变,轨道在空间的分布方向和分布情况发生改变.组合所得的杂化轨道一般均和其他原子形成较强的σ键或安排孤对电子,而不会以空的杂化轨道的形式存在.在某个原子的几个杂化轨道中,全部由成单电子的轨道参与的杂化,称为等性杂化轨道；有孤对电子参与的杂化,称为不等性杂化轨道.
杂化轨道具有和s,p等原子轨道相同的性质,必须满足正交,归一性.
价键理论对共价键的本质和特点做了有力的论证,但它把讨论的基础放在共用一对电子形成一个共价键上,在解释许多分子、原子的价键数目及分子空间结构时却遇到了困难.例如C原子的价电子是2s22p2,按电子排布规律,2个s电子是已配对的,只有2个p电子未成对,而许多含碳化合物中C都呈4价而不是2价,可以设想有1个s电子激发到p轨道去了.那么1个s轨道和3个p轨道都有不成对电子,可以形成4个共价键,但s和p的成键方向和能量应该是不同的.而实验证明：CH4分子中,4个C-H共价键是完全等同的,键长为114pm,键角为109.5°.BCl3,BeCl2,PCl3等许多分子也都有类似的情况.为了解释这些矛盾,1928年Pauling提出了杂化轨道概念,丰富和发展了的价键理论.他根据量子力学的观点提出：在同一个原子中,能量相近的不同类型的几个原子轨道在成键时,可以互相叠加重组,成为相同数目、能量相等的新轨道,这种新轨道叫杂化轨道.C原子中1个2s电子激发到2p后,1个2s轨道和3个2p轨道重新组合成4个sp3杂化轨道,它们再和4个H原子形成4个相同的C-H键,C位于正四面体中心,4个H位于四个顶角.
杂化轨道种类很多,如三氯化硼(BCl3)分子中B有sp2杂化轨道,即由1个s轨道和2个p轨道组合成3个sp2杂化轨道,在氯化铍(BeCl2)中有sp杂化轨道,在过渡金属化合物中还有d轨道参与的sp3d和sp3d2杂化轨道等.以上几例都是阐明了共价单键的性质,至于乙烯和乙炔分子中的双键和三键的形成,又提出了σ键和π键的概念.如把两个成键原子核间联线叫键轴,把原子轨道沿键轴方向“头碰头”的方式重叠成键,称为σ键.把原子轨道沿键轴方向“肩并肩”的方式重叠,称为π键.例如在乙烯( )分子中有碳碳双键(C=C),碳原子的激发态中2px,2py和2s形成sp2杂化轨道,这3个轨道能量相等,位于同一平面并互成120℃夹角,另外一个2pz轨道未参与杂化,位于与平面垂直的方向上.碳碳双键中的sp2杂化如下所示.
这3个sp2杂化轨道中有2个轨道分别与2个H原子形成σ单键,还有1个sp2轨道则与另一个C的sp2轨道形成头对头的σ键,同时位于垂直方向的pz轨道则以肩并肩的方式形成了π键.也就是说碳碳双键是由一个σ键和一个π键组成,即双键中两个键是不等同的.π键原子轨道的重叠程度小于σ键,π键不稳定,容易断裂,所以含有双键的烯烃很容易发生加成反应,如乙烯(H2C=CH2)和氯(Cl2)反应生成氯乙烯(Cl—CH2—CH2—Cl).
乙炔分子(C2H2)中有碳碳三键(HC≡CH),激发态的C原子中2s和2px轨道形成sp杂化轨道.这两个能量相等的sp杂化轨道在同一直线上,其中之一与H原子形成σ单键,另外一个sp杂化轨道形成C原子之间的σ键,而未参与杂化的py与pz则垂直于x轴并互相垂直,它们以肩并肩的方式与另一个C的py,pz形成π键.即碳碳三键是由一个σ键和两个π键组成.这两个π键不同于σ键,轨道重叠也较少并不稳定,因而容易断开,所以含三键的炔烃也容易发生加成反应.
VSEPR(价电子层互斥模型)
通过成键电子对数与孤电子对数可判断中心原子杂化模型,成键电子对数：ABn中n的值；孤电子对数：（A价电子数-A成键电子数）/2.
价电子对总数即两者之和,如价电子对总数为2时为sp杂化（直线形）,为3时为sp2杂化（平面三角形）,为4时为sp3杂化（四面体）,5——sp3d（三角双锥）,6——sp3d2（八面体）.而成键电子对数与孤电子对数的不同使得分子的几何构型不同.
轨道的相互叠加过程叫原子轨道的杂化.原子轨道叠加后产生的新的原子轨道叫杂化轨道.
⑴ 在形成分子（主要是化合物）时,同一原子中能量相近的原子轨道 (一般为同一能级组的原子轨道) 相互叠加（杂化）形成一组的新的原子轨道.
⑵ 杂化轨道比原来的轨道成键能力强,形成的化学键键能大,使生成的分子更稳定.由于成键原子轨道杂化后,轨道角度分布图的形状发生了变化（形状是一头大,一头小）,杂化轨道在某些方向上的角度分布,比未杂化的p轨道和s轨道的角度分布大得多,它的大头在成键时与原来的轨道相比能够形成更大的重叠,因此杂化轨道比原有的原子轨道成键能力更强.
⑶ 形成的杂化轨道之间应尽可能地满足最小排斥原理（化学键间排斥力越小,体系越稳定）,为满足最小排斥原理, 杂化轨道之间的夹角应达到最大.
⑷ 分子的空间构型主要取决于分子中σ键形成的骨架,杂化轨道形成的键为σ键,所以,杂化轨道的类型与分子的空间构型相关.
杂化类型有
1）sp杂化
同一原子内由一个ns轨道和一个np轨道发生的杂化,称为sp杂化.杂化后组成的轨道称为sp杂化轨道.sp杂化可以而且只能得到两个sp杂化轨道.实验测知,气态BeCl2中的铍原子就是发生sp杂化,它是一个直线型的共价分子.Be原子位于两个Cl原子的中间,键角180°,两个Be－Cl键的键长和键能都相等
2）sp2杂化
同一原子内由一个ns轨道和二个np轨道发生的杂化,称为sp2杂化.杂化后组成的轨道称为sp2杂化轨道.气态氟化硼（BF3）中的硼原子就是sp2杂化,具有平面三角形的结构.B原子位于三角形的中心,三个B－F键是等同的,键角为120°
（3）sp3杂化
同一原子内由一个ns轨道和三个np轨道发生的杂化,称为sp3杂化,杂化后组成的轨道称为sp3杂化轨道.sp3杂化可以而且只能得到四个sp3杂化轨道.CH4分子中的碳原子就是发生sp3杂化,它的结构经实验测知为正四面体结构,四个C－H键均等同,键角为109°28′.这样的实验结果,是电子配对法所难以解释的,但杂化轨道理论认为,激发态C原子（2s12p3）的2s轨道与三个2p轨道可以发生sp3杂化,从而形成四个能量等同的sp3杂化轨道