化學(xué)教學(xué)中的分子雜化軌道學(xué)習(xí)

潘育才

中圖分類號(hào)：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1002-7661（2016）08-261-01

高中化學(xué)中物質(zhì)結(jié)構(gòu)專題三中的分子軌道雜化形式是學(xué)生比較頭痛的一個(gè)問題，現(xiàn)在針對這幾年的教學(xué)中分子軌道雜化方式闡述如下：

一、引入分子雜化軌道理論的必要性：

由于分子軌道理論如甲烷CH4中碳原子的四個(gè)共用電子對處于相同位置，但如果從分子軌道來看我們可以看出四個(gè)共價(jià)鍵則應(yīng)該是S-S所組成的σ鍵以及三個(gè)P-P形成的三個(gè)σ鍵，但如果這樣看的話四個(gè)鍵則有一個(gè)不同，所以分子軌道理論不能有效的解釋這種情況，因此為了解釋甲烷的正四面體結(jié)構(gòu)。說明碳原子四個(gè)鍵的等價(jià)性，鮑林在1928一1931年，提出了雜化軌道的理論。該理論的根據(jù)是電子運(yùn)動(dòng)不僅具有粒子性，同時(shí)還有波動(dòng)性。而波又是可以疊加的。所以鮑林認(rèn)為，碳原子和周圍口個(gè)氫原子成鍵時(shí)，所使用的軌道不是原來的s軌道或p軌道，而是二者經(jīng)混雜、疊加而成的“雜化軌道”，這種雜化軌道在能量和方向上的分配是對稱均衡的。雜化軌道理論，很好地解釋了甲烷的正四面體結(jié)構(gòu)。那么向?qū)W生介紹這些之后我們自然而然的引入的分子雜化軌道理論。

二、分子雜化軌道理論介紹

在形成多原子分子的過程中，中心原子的若干能量相近的原子軌道重新組合，形成一組新的軌道，這個(gè)過程叫做軌道的雜化，產(chǎn)生的新軌道叫做雜化軌道以CH4分子的形成為例。

基態(tài)C原子的外層電子構(gòu)型為2s22px12py1。在與H原子結(jié)合時(shí)，2s上的一個(gè)電子被激發(fā)到2pz軌道上，C原子以激發(fā)態(tài)2s12px12py12pz1參與化學(xué)結(jié)合。當(dāng)然，電子從2s激發(fā)到2p上需要能量，但由于可多生成二個(gè)共價(jià)鍵，放出更多的能量而得到補(bǔ)償。

在成鍵之前，激發(fā)態(tài)C原子的四個(gè)單電子分占的軌道2s、2px、2py、2pz會(huì)互相“混雜”，線性組合成四個(gè)新的完全等價(jià)的雜化軌道。此雜化軌道由一個(gè)s軌道和三個(gè)p軌道雜化而成，故稱為sp3雜化軌道。經(jīng)雜化后的軌道一頭大，一頭小，其方向指向正四面體的四個(gè)頂角，能量不同于原來的原子軌道形成的四個(gè)sp3雜化軌道與四個(gè)H原子的1s原子軌道重疊，形成（sp3-s）σ鍵，生成CH4分子。

由于雜化軌道的電子云分布更為集中，雜化軌道的成鍵能力比未雜化的各原子軌道的成鍵能力強(qiáng)，故形成CH4分子后體系能量降低，分子的穩(wěn)定性增強(qiáng)。

雜化類型軌道雜化一般發(fā)生在s軌道與p軌道之間，簡稱為sp型雜化

1、SP3雜化：如CH4，NH3，H2O 空間四面體（等性雜化為正四面體）

2、sp2雜化：如：BCl3、平面三角形（等性雜化為平面正三角形）

3、sp雜化：如：CO2、CS2直線型

三、雜化軌道計(jì)算：

方法一，電子計(jì)算法

雜化軌道數(shù)=（中心原子最外層電子數(shù)+配位原子的價(jià)電子數(shù)）/2

其中氫原子與鹵素均算1，氧硫算0

如：H2O中心原子氧最外層6，氫算1：故雜化軌道數(shù)為（6+2）/2=4 所以為SP3雜化，形成軌道為SP3雜化軌道

NH3中心原子氮最外層5，氫算1：故雜化軌道數(shù)為（5+3）/2=4所以為SP3雜化，形成軌道為SP3雜化軌道

SO2中心原子硫最外層6， 氧算0：故雜化軌道數(shù)為（6+0）/2=3所以為sp2雜化形成軌道為sp2雜化軌道

CO2中心原子碳最外層4，氧算0：故雜化軌道數(shù)為（4+0）/2=2，

方法二，中心原子計(jì)算法

雜化軌道數(shù)=中心原子孤電子對數(shù)位+中心成鍵原子數(shù)

如：H2O中心原子氧的孤電子對數(shù)位為2成鍵原子數(shù)為2所以雜化軌道數(shù)為4所以為SP3雜化，形成軌道為SP3雜化軌道

NH3中心原子氮的孤電子對數(shù)位為1，成鍵原子數(shù)為3，所以雜化軌道數(shù)為4所以為SP3雜化，形成軌道為SP3雜化軌道

SO2中心原子硫孤電子對數(shù)位為1，成鍵原子數(shù)為2，所以為sp2雜化形成軌道為sp2雜化軌道

CO2中心原子碳孤電子對數(shù)位為0，成鍵原子數(shù)為2，所以為sp雜化形成軌道為sp雜化軌道

四、 雜化軌道模型與分子模型的區(qū)別

1、SP3雜化：如CH4，NH3，H2O 空間四面體（等性雜化為正四面體）

2、sp2雜化：如：BCl3、平面三角形（等性雜化為平面正三角形）

3、sp雜化：如：CO2、CS2直線型

電子雜化軌道模型是固定的。

但分子模型卻要考慮實(shí)際原子數(shù)如：

同樣是SP3雜化CH4四個(gè)軌道結(jié)合四個(gè)氫所以形成正四面體，但是NH3只有三個(gè)氫占用三個(gè)軌道一個(gè)沒有原子，所以只能形成在角錐形。而H2O只有兩個(gè)氫，因此有兩個(gè)軌道沒有原子，所以只能形成V形。再如SO3和SO2同樣是sp2但是形成的分子模形卻不一樣，因?yàn)檐壍滥Ｐ投际瞧矫嫒切危荢O3三個(gè)軌道有三個(gè)氧所以為平面三角形，但SO2中只兩個(gè)氧占用兩個(gè)軌道，另一個(gè)軌道為孤電子對，所以SO2為V形。