中學(xué)雜化軌道理論學(xué)習(xí)要點

何傳忠

1.雜化軌道的基本知識

（1）原子中的價電子處于一種相對的平衡狀態(tài)，不可能發(fā)生原子軌道雜化。但原子在形成分子的過程中，原有價電子的平衡被破壞，在尋找新的平衡時就需要進行軌道雜化，以達到減小成鍵阻力、增強成鍵能力的目的。所以，中心原子的軌道雜化是成鍵過程中受周圍原子的作用而發(fā)生的，故多原子分子在形成時幾乎都要發(fā)生軌道雜化。

（2）沒有電子占據(jù)的原子軌道是不可能發(fā)生雜化的，除非在成鍵過程中有其他軌道的電子填入該軌道中；參與雜化的原子軌道（價電子軌道）的能量相近。

（3）參與了雜化的軌道在形成分子時未必都能成鍵。對參與了雜化而又沒有參與成鍵的軌道上的電子稱為孤電子對；有雜化軌道參與的成鍵為σ鍵，沒有雜化軌道參與的成鍵往往為π鍵；π鍵相對于σ鍵的鍵能較小，π鍵的形成能影響相鄰軌道的雜化程度。

（4）中心原子上的孤電子對分布在中心原子未成鍵的雜化軌道上，成鍵的電子分布在雜化軌道與配位原子的原子軌道（或雜化軌道）重疊形成的成鍵軌道上。

（5）分子的構(gòu)型與中心原子的軌道雜化類型直接相關(guān)。中心原子的雜化類型通常可根據(jù)其周圍價層電子對數(shù)的多少來判斷。成鍵電子對之間、孤電子對與成鍵電子對之間、孤電子對之間都存在著斥力，且上述三類斥力依次增強，這些斥力間的平衡就決定了分子的構(gòu)型。又由于只有堅固的σ鍵才能撐得起分子的“骨架”，所以分子的最終形狀取決于σ鍵的多少和孤電子對的影響。

2.價層電子對數(shù)的確定方法

價層電子對數(shù)的求法沒有絕對的數(shù)學(xué)公式，目前流行的一些經(jīng)驗式求法，筆者覺得高中化學(xué)教材人教版選修3第二章介紹的方法，其適應(yīng)性相對較好。

中心原子的價層電子對數(shù)=σ鍵電子對數(shù)（m）+孤電子對數(shù)（n）

σ鍵電子對數(shù)（m）=中心原子周圍的配位原子（或原子團）的數(shù)目

孤電子對數(shù)（n）=12(a-mb)

其中：a為中心原子的價電子數(shù)，b為每個配位原子（或原子團）能接受的電子數(shù)

例下列物質(zhì)中中心原子的價層電子對數(shù)分別為：

SO3：3+12（6-3×2）=3

SO2-3：3+12（6+2-3×2）=4

NH+4：4+12（5-1-4×1）=4

H2SO4： 4+12（6-2×2-2×1）=4（其中有2個-OH）

3.中心原子的軌道雜化類型與分子空間構(gòu)型的確定

根據(jù)價層電子對互斥理論，價層電子對之間將盡可能遠離，以達到相互間斥力最小，構(gòu)型最穩(wěn)定的效果。現(xiàn)將高中學(xué)生需掌握或了解的相關(guān)知識羅列如下：

（1）中心原子的價層電子對數(shù)為2——sp雜化

價層電子對所成鍵的鍵角為180°，分子通常呈直線型。

常見物質(zhì)：C2H2、CO2、CS2、HCN等。

（2）中心原子的價層電子對數(shù)為3——sp2雜化

①若三個雜化軌道都成相同的鍵，三對價層電子對所成鍵的夾角則為120°，分子（或離子）呈平面正三角形。

常見物質(zhì)：SO3、BF3、CO2-3、NO-3等。

②三個雜化軌道中若只有2個軌道參與成鍵，還有一孤電子對所成的鍵有較大斥力，分子（或離子）中所成兩鍵之間的夾角不等于120°，分子為“∨”形。

常見物質(zhì)：SO2、NO-2等。

③三個雜化軌道都參與成鍵，但所成的鍵有的不一樣，由于相互間的斥力不等，故分子（或離子）中鍵的夾角也不一定等于120°。

常見物質(zhì)：HCHO、HNO3等。

（3）中心原子的價層電子對數(shù)為4——sp3雜化

①若4個雜化軌道均參與成鍵且成相同的鍵，鍵之間的夾角則為109°28′，分子的構(gòu)型為正四面體。

常見物質(zhì)：CH4、CCl4、NH+4等。

②若4個雜化軌道均參與成鍵，但所成鍵不同或部分不同，鍵的夾角則不是109°28′，分子的構(gòu)型則為不規(guī)則四面體。

常見物質(zhì)：CH2Cl2、CHCl3、CCl2F2等。

③若4個雜化軌道只部分參與成鍵，其鍵角與分子構(gòu)型取決于成鍵數(shù)目、鍵型和孤電子對的影響。

如：H2O中O的價層電子對數(shù)為2+12(6-2)=4，其軌道為sp3雜化，其中O周圍存在2對孤電子對，分子形狀為“∨”，其鍵角為105°；NH3中N的價層電子對數(shù)為 3+12(5-3) = 4，其軌道為sp3雜化；N周圍存在1對孤電子對，NH3的分子形狀為三角錐形，其鍵角為107°。

※（4）價層電子對數(shù)為5——sp3d雜化 （了解即可，下同）

分子構(gòu)型為三角雙錐。常見物質(zhì)：PCl5等。

※（5）價層電子對數(shù)為6——sp3d2雜化

若6個雜化軌道均參與成鍵，分子構(gòu)型為八面體。常見物質(zhì)：SF6、AlF3-6等。

………

4.常見物質(zhì)中中心原子價層電子對數(shù)的計算與其軌道雜化方式盤點

物質(zhì)價層電子對數(shù)雜化方式分子構(gòu)型

CO2CS2HCN2+12（4-2×2）=2 sp 直線型

SO3CO2-3、NO-3CH+3BF33+12（6-3×2）=3sp2平面正三角形

H2CO3HCHO3+12（4-2-2×1）=3sp2平面三角形

NO-2SO2O3 2+12（5+1-2×2）=3sp2 “∨”形

CH4NH+4ClO-4SO2-4PO3-4 4+12（5-1-4×1）=4 sp3正四面體

NH3PCl3H3O+SO2-3ClO-3CH-33+12（5-3×1）=4sp3三角錐形

H2OH2SHClO 2+12（6-2×1）=4sp3 “∨”形

說明：

1.具備物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本常識確定中心原子的雜化方式是不困難的，且氫原子不會是中心原子；

2.分子中有些非中心原子的雜化方式也可依此法推斷，在此不一一贅述。

5.有機物中碳原子雜化方式的簡單判斷方法

（1）如果碳原子周圍只有單鍵，該碳原子的軌道雜化方式則為sp3。

如烷烴和環(huán)烷烴中的碳原子均為sp3雜化。

（2）只要碳原子周圍有雙鍵（碳-碳雙鍵或碳-氧雙鍵），雙鍵兩端碳原子的軌道雜化方式即為sp2雜化。

如烯烴中雙鍵兩端的碳原子和羰基中的碳原子均為 sp2雜化。

（3）只要碳原子周圍有三鍵（碳-碳三鍵或碳-氮三鍵），三鍵兩端碳原子的軌道雜化方式即為sp雜化。

如炔烴中三鍵兩端的碳原子和R-CN中的碳原子均為sp雜化。

（4）若分子中存在多種基團或化學(xué)鍵，其中碳原子就可能存在多種雜化方式。

如：CH3-CO-CH3中，兩端甲基上的碳原子為sp3雜化，羰基上的碳原子為sp2雜化。

(收稿日期：2013-11-25)

1.雜化軌道的基本知識

（1）原子中的價電子處于一種相對的平衡狀態(tài)，不可能發(fā)生原子軌道雜化。但原子在形成分子的過程中，原有價電子的平衡被破壞，在尋找新的平衡時就需要進行軌道雜化，以達到減小成鍵阻力、增強成鍵能力的目的。所以，中心原子的軌道雜化是成鍵過程中受周圍原子的作用而發(fā)生的，故多原子分子在形成時幾乎都要發(fā)生軌道雜化。

（2）沒有電子占據(jù)的原子軌道是不可能發(fā)生雜化的，除非在成鍵過程中有其他軌道的電子填入該軌道中；參與雜化的原子軌道（價電子軌道）的能量相近。

（3）參與了雜化的軌道在形成分子時未必都能成鍵。對參與了雜化而又沒有參與成鍵的軌道上的電子稱為孤電子對；有雜化軌道參與的成鍵為σ鍵，沒有雜化軌道參與的成鍵往往為π鍵；π鍵相對于σ鍵的鍵能較小，π鍵的形成能影響相鄰軌道的雜化程度。

（4）中心原子上的孤電子對分布在中心原子未成鍵的雜化軌道上，成鍵的電子分布在雜化軌道與配位原子的原子軌道（或雜化軌道）重疊形成的成鍵軌道上。

（5）分子的構(gòu)型與中心原子的軌道雜化類型直接相關(guān)。中心原子的雜化類型通常可根據(jù)其周圍價層電子對數(shù)的多少來判斷。成鍵電子對之間、孤電子對與成鍵電子對之間、孤電子對之間都存在著斥力，且上述三類斥力依次增強，這些斥力間的平衡就決定了分子的構(gòu)型。又由于只有堅固的σ鍵才能撐得起分子的“骨架”，所以分子的最終形狀取決于σ鍵的多少和孤電子對的影響。

2.價層電子對數(shù)的確定方法

價層電子對數(shù)的求法沒有絕對的數(shù)學(xué)公式，目前流行的一些經(jīng)驗式求法，筆者覺得高中化學(xué)教材人教版選修3第二章介紹的方法，其適應(yīng)性相對較好。

中心原子的價層電子對數(shù)=σ鍵電子對數(shù)（m）+孤電子對數(shù)（n）

σ鍵電子對數(shù)（m）=中心原子周圍的配位原子（或原子團）的數(shù)目

孤電子對數(shù)（n）=12(a-mb)

其中：a為中心原子的價電子數(shù)，b為每個配位原子（或原子團）能接受的電子數(shù)

例下列物質(zhì)中中心原子的價層電子對數(shù)分別為：

SO3：3+12（6-3×2）=3

SO2-3：3+12（6+2-3×2）=4

NH+4：4+12（5-1-4×1）=4

H2SO4： 4+12（6-2×2-2×1）=4（其中有2個-OH）

3.中心原子的軌道雜化類型與分子空間構(gòu)型的確定

根據(jù)價層電子對互斥理論，價層電子對之間將盡可能遠離，以達到相互間斥力最小，構(gòu)型最穩(wěn)定的效果。現(xiàn)將高中學(xué)生需掌握或了解的相關(guān)知識羅列如下：

（1）中心原子的價層電子對數(shù)為2——sp雜化

價層電子對所成鍵的鍵角為180°，分子通常呈直線型。

常見物質(zhì)：C2H2、CO2、CS2、HCN等。

（2）中心原子的價層電子對數(shù)為3——sp2雜化

①若三個雜化軌道都成相同的鍵，三對價層電子對所成鍵的夾角則為120°，分子（或離子）呈平面正三角形。

常見物質(zhì)：SO3、BF3、CO2-3、NO-3等。

②三個雜化軌道中若只有2個軌道參與成鍵，還有一孤電子對所成的鍵有較大斥力，分子（或離子）中所成兩鍵之間的夾角不等于120°，分子為“∨”形。

常見物質(zhì)：SO2、NO-2等。

③三個雜化軌道都參與成鍵，但所成的鍵有的不一樣，由于相互間的斥力不等，故分子（或離子）中鍵的夾角也不一定等于120°。

常見物質(zhì)：HCHO、HNO3等。

（3）中心原子的價層電子對數(shù)為4——sp3雜化

①若4個雜化軌道均參與成鍵且成相同的鍵，鍵之間的夾角則為109°28′，分子的構(gòu)型為正四面體。

常見物質(zhì)：CH4、CCl4、NH+4等。

②若4個雜化軌道均參與成鍵，但所成鍵不同或部分不同，鍵的夾角則不是109°28′，分子的構(gòu)型則為不規(guī)則四面體。

常見物質(zhì)：CH2Cl2、CHCl3、CCl2F2等。

③若4個雜化軌道只部分參與成鍵，其鍵角與分子構(gòu)型取決于成鍵數(shù)目、鍵型和孤電子對的影響。

如：H2O中O的價層電子對數(shù)為2+12(6-2)=4，其軌道為sp3雜化，其中O周圍存在2對孤電子對，分子形狀為“∨”，其鍵角為105°；NH3中N的價層電子對數(shù)為 3+12(5-3) = 4，其軌道為sp3雜化；N周圍存在1對孤電子對，NH3的分子形狀為三角錐形，其鍵角為107°。

※（4）價層電子對數(shù)為5——sp3d雜化 （了解即可，下同）

分子構(gòu)型為三角雙錐。常見物質(zhì)：PCl5等。

※（5）價層電子對數(shù)為6——sp3d2雜化

若6個雜化軌道均參與成鍵，分子構(gòu)型為八面體。常見物質(zhì)：SF6、AlF3-6等。

………

4.常見物質(zhì)中中心原子價層電子對數(shù)的計算與其軌道雜化方式盤點

物質(zhì)價層電子對數(shù)雜化方式分子構(gòu)型

CO2CS2HCN2+12（4-2×2）=2 sp 直線型

SO3CO2-3、NO-3CH+3BF33+12（6-3×2）=3sp2平面正三角形

H2CO3HCHO3+12（4-2-2×1）=3sp2平面三角形

NO-2SO2O3 2+12（5+1-2×2）=3sp2 “∨”形

CH4NH+4ClO-4SO2-4PO3-4 4+12（5-1-4×1）=4 sp3正四面體

NH3PCl3H3O+SO2-3ClO-3CH-33+12（5-3×1）=4sp3三角錐形

H2OH2SHClO 2+12（6-2×1）=4sp3 “∨”形

說明：

1.具備物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本常識確定中心原子的雜化方式是不困難的，且氫原子不會是中心原子；

2.分子中有些非中心原子的雜化方式也可依此法推斷，在此不一一贅述。

5.有機物中碳原子雜化方式的簡單判斷方法

（1）如果碳原子周圍只有單鍵，該碳原子的軌道雜化方式則為sp3。

如烷烴和環(huán)烷烴中的碳原子均為sp3雜化。

（2）只要碳原子周圍有雙鍵（碳-碳雙鍵或碳-氧雙鍵），雙鍵兩端碳原子的軌道雜化方式即為sp2雜化。

如烯烴中雙鍵兩端的碳原子和羰基中的碳原子均為 sp2雜化。

（3）只要碳原子周圍有三鍵（碳-碳三鍵或碳-氮三鍵），三鍵兩端碳原子的軌道雜化方式即為sp雜化。

如炔烴中三鍵兩端的碳原子和R-CN中的碳原子均為sp雜化。

（4）若分子中存在多種基團或化學(xué)鍵，其中碳原子就可能存在多種雜化方式。

如：CH3-CO-CH3中，兩端甲基上的碳原子為sp3雜化，羰基上的碳原子為sp2雜化。

(收稿日期：2013-11-25)

1.雜化軌道的基本知識

（1）原子中的價電子處于一種相對的平衡狀態(tài)，不可能發(fā)生原子軌道雜化。但原子在形成分子的過程中，原有價電子的平衡被破壞，在尋找新的平衡時就需要進行軌道雜化，以達到減小成鍵阻力、增強成鍵能力的目的。所以，中心原子的軌道雜化是成鍵過程中受周圍原子的作用而發(fā)生的，故多原子分子在形成時幾乎都要發(fā)生軌道雜化。

（2）沒有電子占據(jù)的原子軌道是不可能發(fā)生雜化的，除非在成鍵過程中有其他軌道的電子填入該軌道中；參與雜化的原子軌道（價電子軌道）的能量相近。

（3）參與了雜化的軌道在形成分子時未必都能成鍵。對參與了雜化而又沒有參與成鍵的軌道上的電子稱為孤電子對；有雜化軌道參與的成鍵為σ鍵，沒有雜化軌道參與的成鍵往往為π鍵；π鍵相對于σ鍵的鍵能較小，π鍵的形成能影響相鄰軌道的雜化程度。

（4）中心原子上的孤電子對分布在中心原子未成鍵的雜化軌道上，成鍵的電子分布在雜化軌道與配位原子的原子軌道（或雜化軌道）重疊形成的成鍵軌道上。

（5）分子的構(gòu)型與中心原子的軌道雜化類型直接相關(guān)。中心原子的雜化類型通常可根據(jù)其周圍價層電子對數(shù)的多少來判斷。成鍵電子對之間、孤電子對與成鍵電子對之間、孤電子對之間都存在著斥力，且上述三類斥力依次增強，這些斥力間的平衡就決定了分子的構(gòu)型。又由于只有堅固的σ鍵才能撐得起分子的“骨架”，所以分子的最終形狀取決于σ鍵的多少和孤電子對的影響。

2.價層電子對數(shù)的確定方法

價層電子對數(shù)的求法沒有絕對的數(shù)學(xué)公式，目前流行的一些經(jīng)驗式求法，筆者覺得高中化學(xué)教材人教版選修3第二章介紹的方法，其適應(yīng)性相對較好。

中心原子的價層電子對數(shù)=σ鍵電子對數(shù)（m）+孤電子對數(shù)（n）

σ鍵電子對數(shù)（m）=中心原子周圍的配位原子（或原子團）的數(shù)目

孤電子對數(shù)（n）=12(a-mb)

其中：a為中心原子的價電子數(shù)，b為每個配位原子（或原子團）能接受的電子數(shù)

例下列物質(zhì)中中心原子的價層電子對數(shù)分別為：

SO3：3+12（6-3×2）=3

SO2-3：3+12（6+2-3×2）=4

NH+4：4+12（5-1-4×1）=4

H2SO4： 4+12（6-2×2-2×1）=4（其中有2個-OH）

3.中心原子的軌道雜化類型與分子空間構(gòu)型的確定

根據(jù)價層電子對互斥理論，價層電子對之間將盡可能遠離，以達到相互間斥力最小，構(gòu)型最穩(wěn)定的效果。現(xiàn)將高中學(xué)生需掌握或了解的相關(guān)知識羅列如下：

（1）中心原子的價層電子對數(shù)為2——sp雜化

價層電子對所成鍵的鍵角為180°，分子通常呈直線型。

常見物質(zhì)：C2H2、CO2、CS2、HCN等。

（2）中心原子的價層電子對數(shù)為3——sp2雜化

①若三個雜化軌道都成相同的鍵，三對價層電子對所成鍵的夾角則為120°，分子（或離子）呈平面正三角形。

常見物質(zhì)：SO3、BF3、CO2-3、NO-3等。

②三個雜化軌道中若只有2個軌道參與成鍵，還有一孤電子對所成的鍵有較大斥力，分子（或離子）中所成兩鍵之間的夾角不等于120°，分子為“∨”形。

常見物質(zhì)：SO2、NO-2等。

③三個雜化軌道都參與成鍵，但所成的鍵有的不一樣，由于相互間的斥力不等，故分子（或離子）中鍵的夾角也不一定等于120°。

常見物質(zhì)：HCHO、HNO3等。

（3）中心原子的價層電子對數(shù)為4——sp3雜化

①若4個雜化軌道均參與成鍵且成相同的鍵，鍵之間的夾角則為109°28′，分子的構(gòu)型為正四面體。

常見物質(zhì)：CH4、CCl4、NH+4等。

②若4個雜化軌道均參與成鍵，但所成鍵不同或部分不同，鍵的夾角則不是109°28′，分子的構(gòu)型則為不規(guī)則四面體。

常見物質(zhì)：CH2Cl2、CHCl3、CCl2F2等。

③若4個雜化軌道只部分參與成鍵，其鍵角與分子構(gòu)型取決于成鍵數(shù)目、鍵型和孤電子對的影響。

如：H2O中O的價層電子對數(shù)為2+12(6-2)=4，其軌道為sp3雜化，其中O周圍存在2對孤電子對，分子形狀為“∨”，其鍵角為105°；NH3中N的價層電子對數(shù)為 3+12(5-3) = 4，其軌道為sp3雜化；N周圍存在1對孤電子對，NH3的分子形狀為三角錐形，其鍵角為107°。

※（4）價層電子對數(shù)為5——sp3d雜化 （了解即可，下同）

分子構(gòu)型為三角雙錐。常見物質(zhì)：PCl5等。

※（5）價層電子對數(shù)為6——sp3d2雜化

若6個雜化軌道均參與成鍵，分子構(gòu)型為八面體。常見物質(zhì)：SF6、AlF3-6等。

………

4.常見物質(zhì)中中心原子價層電子對數(shù)的計算與其軌道雜化方式盤點

物質(zhì)價層電子對數(shù)雜化方式分子構(gòu)型

CO2CS2HCN2+12（4-2×2）=2 sp 直線型

SO3CO2-3、NO-3CH+3BF33+12（6-3×2）=3sp2平面正三角形

H2CO3HCHO3+12（4-2-2×1）=3sp2平面三角形

NO-2SO2O3 2+12（5+1-2×2）=3sp2 “∨”形

CH4NH+4ClO-4SO2-4PO3-4 4+12（5-1-4×1）=4 sp3正四面體

NH3PCl3H3O+SO2-3ClO-3CH-33+12（5-3×1）=4sp3三角錐形

H2OH2SHClO 2+12（6-2×1）=4sp3 “∨”形

說明：

1.具備物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本常識確定中心原子的雜化方式是不困難的，且氫原子不會是中心原子；

2.分子中有些非中心原子的雜化方式也可依此法推斷，在此不一一贅述。

5.有機物中碳原子雜化方式的簡單判斷方法

（1）如果碳原子周圍只有單鍵，該碳原子的軌道雜化方式則為sp3。

如烷烴和環(huán)烷烴中的碳原子均為sp3雜化。

（2）只要碳原子周圍有雙鍵（碳-碳雙鍵或碳-氧雙鍵），雙鍵兩端碳原子的軌道雜化方式即為sp2雜化。

如烯烴中雙鍵兩端的碳原子和羰基中的碳原子均為 sp2雜化。

（3）只要碳原子周圍有三鍵（碳-碳三鍵或碳-氮三鍵），三鍵兩端碳原子的軌道雜化方式即為sp雜化。

如炔烴中三鍵兩端的碳原子和R-CN中的碳原子均為sp雜化。

（4）若分子中存在多種基團或化學(xué)鍵，其中碳原子就可能存在多種雜化方式。

如：CH3-CO-CH3中，兩端甲基上的碳原子為sp3雜化，羰基上的碳原子為sp2雜化。

(收稿日期：2013-11-25)