中心原子雜化類型的確定方法與應用

　　摘要：總結概括中學階段常用的判斷中心原子雜化類型的方法，提供解決雜化軌道類型判斷的多種角度，分別為公式法、觀察法、取代法、轉化法和性質法。
　　關鍵詞：雜化軌道理論；立體構型；價層電子對互斥理論；中學化學教學
　　文章編號：1005–6629(2012)7–0070–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B
　　為了更好地解釋分子的實際空間構型和穩定性，鮑林在“電子配對”假設的基礎之上，提出了“軌道雜化理論”。理論對討論共價分子（或離子）的成鍵情況以及預測其幾何構型或闡述其物理化學性質有很強的解釋力。但對于如何判定給定的分子（或離子）的中心原子軌道雜化方式，并沒有系統論述，導致在應用雜化軌道理論教與學時遇到困難。本文通過公式法、觀察法、取代法、轉化法、性質法等形象思維進行突破，介紹中心原子雜化類型的確定方法與應用，注重培養學生靈活運用的思維品質。
　　1 公式法
　　（1）共價分子（或離子）表示為HmABn，其中H表示氫原子，A為中心原子，B為配位原子。
　　雜化軌道數計算公式：G= -3n，其中G表示中心原子A的雜化軌道數，V表示分子或離子的總價電子數（如果價電子總數為奇數，再+1），對于陰離子要再加上所帶的電荷數，對于陽離子要再減去所帶的電荷數，n表示配位數。
　　方法評析：方法簡單、直接、有效；容易遺忘，機械學習。
　　（2）對于ABm型分子或離子（A為中心原子，B為配位原子），價層電子對數分別為2、3、4對應的雜化類型分別為sp、sp2、sp3。
　　G=
　　配位原子中鹵素原子、氫原子提供1個價電子，氧原子和硫原子按不提供價電子計算；
　　方法評析：容易理解，價層電子對將最外層電子和按2個電子為一個電子對計算。學生難接受氧原子和硫原子在任何情況下不提供成鍵原子。
　　（3）G=與中心原子成鍵的原子數（配位原子總數）+中心原子的孤電子對數。
　　設中心原子為A，配位原子為B，孤電子對為L，再設配位原子數為n，孤電子對數為m，則分子式可為ABnLm。若組成分子的元素都是主族元素，整個分子的價電子總數為V，則V與n、m有如下關系：V=8n+2m，m=(V-8n)/2；若配位原子是氫原子時，應改為V=2n+2m。
　　方法評析：以“八隅體”結構為基礎求算孤電子對容易理解，整體計算簡單。
　　例1 下列分子中的中心原子雜化軌道的類型相同的是：
　　①CO2與SO2 ②CH4與NH3③BeCl2與BF3 ④NH4+與SO32-
　　A.①、③ B.②、④ C.①、④ D.②、③
　　解析：用G= -3n計算，G(CO2)= -3×2= 2；G(SO2)= -3×2=3。CO2、SO2雜化類型分別為sp、sp2。
　　用G=計算，G(NH4+)= =4，G(SO32-)= =4，NH4+、SO32-雜化類型都為sp3。
　　用G=與中心原子成鍵的原子數（配位原子總數）+中心原子的孤電子對數計算，
　　G(BeCl2)=2+ =2，
　　G(BF3)=3+ =3，BeCl2 、BF3雜化類型別為sp、sp2。答案：B。
　　2 觀察法
　　雜化軌道數是中心原子的σ鍵數與孤電子對數之和，單鍵為σ鍵，多重鍵中只有一個σ鍵，其余均為π鍵。高中學生能熟練書寫常見無機分子和有機分子的電子式和結構式，根據所給或所寫的結構式，直接觀察σ鍵數與孤電子對數確定雜化類型。
　　（1）該分子中有 個sp2雜化碳原子； 個sp3雜化碳原子。（2）該分子中有 個sp2-sp3的σ鍵； 個sp3-sp3的σ鍵。
　　解析：從結構簡式觀察C原子，其中-CH3有3個C-H、1個C-C即4個σ鍵，C原子的雜化形式sp3。其中-CH2-有2個C-H、2個C-C即4個σ鍵，C原子的雜化形式sp3。其中-CH=有1個C-H、1個C-C、1個C=C即3個σ鍵1個π鍵，C原子的雜化形式sp2。答案：（1）2，6（2）3，3
　　例3 2008年秋天，毒奶粉事件震驚全國，這主要是奶粉中含有有毒的三聚氰胺，下列關于三聚氰胺分子的說法中正確的是：
　　A.一個分子中共含有15個σ鍵
　　B.所有碳原子采用sp2雜化，所有氮原子采用sp3雜化
　　C.屬于極性分子，故極易溶于水
　　D.形成的晶體熔點較高
　　解析：從三聚氰胺結式觀察C-N、C=N、N-H共含有15個σ鍵。C原子有2個C-N單鍵即2個σ鍵，1個C=N雙鍵即1個σ鍵、1個π鍵，無未成對電子。雜化軌道數為3，C原子的雜化形式是sp2。環外N原子形成3個σ鍵，用去基態N原子5個價電子中的3個，余下1個孤電子對，雜化軌道數為4，則環外N原子采用sp3雜化，環內N原子形成2個σ鍵、1個π鍵，用去基態N原子5個價電子中