分子雜化軌道

盧忠燦

（貴州理工學院，貴州貴陽 550003）

分子雜化軌道

盧忠燦

（貴州理工學院，貴州貴陽 550003）

鮑林等在1931年從理論上對多原子或者離子的立體結構提出了分子雜化軌道理論。主要就分子雜化軌道理論進行深入的探討，以期能更好地了解不同物質的不同構型所產生的原因，為進一步觀測、研究與改造元素提供支持。

分子雜化軌道；鮑林；元素

1 理論背景

在當時的理論下，諸如甲烷這類化合物的結構，c的外層有兩個單電子，按道理甲烷的四個碳氫鍵應該是不等性的，另外兩個鍵應該是用其他方式和碳原子結合成鍵的。但是大量的性質表明，這四個鍵是完全相同的，如若考慮其中2s軌道上一個電子激發到2pz軌道上，它的組成變為2s12px12py12pz1，倒是也可以形成四個C—H鍵，可是其中三個是由怕軌道電子成鍵，另一個是由s軌道成鍵，顯然能量不會相等。于是鮑林開始假設，在該情況下碳原子的原軌道并不會維持原有的狀態，而是發生一定改變，就此引進雜化的概念，并通過不斷的檢驗的到證實。

2 具體步驟

2.1 激發

激發是指原子由基態變為激發態的過程，依然以甲烷為例子來說，激發主要發生在碳原子這里。2s軌道上的一個電子躍遷到空的2pz軌道上，導致它可以形成四個化學鍵，這個過程就叫激發。這個過程是需要吸收能量的。

2.2 雜化

在形成分子時，由于原子的相互影響，同一原子內若干不同類型能量相近的原子軌道重新組合成一組新的軌道。這種軌道重新組合的過程叫做雜化。對于甲烷來說，就是激發后的四個軌道能量進行重新分布，使得2s軌道與其他三個2p軌道具有相同的能量，從而形成新的四個完全相同的軌道，即雜化軌道。

2.3 軌道重疊

這里的重疊原則與原子軌道重疊的原則相同，采取最大重疊原則。雜化軌道相較于一般軌道電子分布云更為集中，所以更需要滿足原子軌道最大重疊原則。雜化軌道所形成的化學鍵也比普通化學鍵要穩定，且不同的重疊原則便決定了分子的不同形狀，就如甲烷，它是要四個氫原子分別位于它的四個對稱頂點，才是最大重疊，所以甲烷是正四面體結構。

3 雜化軌道類型

3.1 s-p雜化

（1）s-p雜化指的是一個ns軌道和與它能量相近的一個np軌道完成雜化，之后形成化學鍵。這樣的雜化叫s-p雜化。每條軌道含有1/2的s軌道和1/2的p軌道，兩條軌道在空間的伸展方向為直線型，鍵角為180°，具體如Becl2等。

（2）s-p2雜化同上理，指的是一條ns軌道和兩條np軌道發生雜化，形成的新的軌道，每條新軌道含有1/3的s軌道和2/3的p軌道，雜化軌道間夾角為120°。空間構型為平面三角形。具體如BF3等。

（3）s-p3雜化是指一條ns軌道和三條np軌道雜化形成的新軌道，每條軌道含有1/4的s軌道和3/4的p軌道，構型為正四面體，軌道間夾角為109°28'，具體例子如CH4等。

3.2 s-p-d雜化

s-p-d雜化是指當s軌道和p軌道的軌道總數不足以提供足夠的軌道數用于雜化時，電子會進一步躍遷到能量更高的d軌道，根據d軌道數的不同又可以分為下面幾類；

（1）s-p3-d雜化

s-p3-d雜化指的是一條d軌道加入到s-p3的雜化中，形成含有五個等價軌道的新軌道層，空間呈三角雙錐形，平面內三個軌道夾角為120°，另外另個和該底面垂直，分位于上下兩側。如PCL5等。

（2）s-p3-d2雜化

s-p3-d2雜化是指的有兩個d軌道加入到s-p3雜化中，形成含有六個等價軌道的軌道層，空間呈正八面體形，軌道間夾角為180°，將空間分為相等的八個部分，具體如SF6。

（3）s-p3-d3雜化

s-p3-d3雜化是指有三個d軌道加入到s-p3雜化中，形成含有七個等價軌道的等價軌道層，呈五角雙錐形，該類型并不常見，只是從理論上是存在的。

3.3 其他軌道

其實還有一些內部的d軌道個s軌道、p軌道形成的雜化軌道，（n-1）d與ns、np軌道雜化，一般在過渡金屬配合物中比較常見。

4 等性雜化與不等性雜化

4.1 等性雜化

等性雜化是指在一組雜化軌道中各軌道的組成相等，能量相等，這樣的雜化叫等性雜化，完全重組之前的構造，改變每一個軌道的能量，形成的物質空間構型為正多面體。如BeCL2、BF3、SF6等。

4.2 不等性雜化

如果在雜化過程中，有的軌道上的成對電子并沒有分開就直接參加了重組，那么必然和其他只含有一個電子的軌道能量不同，以至于各軌道不相同，這樣的雜化軌道叫不等性雜化軌道。形成的物質一般都是變形多面體，非正多面體。如H2O就是最典型的例子。

5 結束語

解釋了不同物質的不同構型產生的根本原因，使得人們進一步認識到組成決定結構，結構決定性質這一說法，更是了解到微觀世界的奧妙，為進一步觀測、研究、改造元素奠定了科學基礎，同時也豐富了化學的世界，使得數學的空間構型在化學里得到了運用。

[1] 廖榮寶，朱云，師瑞娟，等.過渡金屬和主族元素雜化軌道機制差

異的研究[J].重慶師范大學學報（自然科學版），2016，（5）：148-151.

[2] 吳海霞，馬光路.淺談雜化軌道理論教學的有效性——基于高職

院校有機化學教學的需要[J].化工管理，2016，（14）：52+54.

Molecular Hybrid Orbital

Lu Zhong-can

Pauling et al.Proposed a molecular hybrid orbital theory in theory for the three-dimensional structure of polyatoms or ions in theory in 1931.In this paper，the molecular hybrid orbital theory is discussed in order to better understand the causes of the different conf i gurations of different substances and provide support for further observation，research and transformation.

molecular hybrid orbital；Pauling；element

O641.1

B

1003–6490（2017）03–0118–02

2017–03–06

盧忠燦（1993—），男，貴州遵義，本科在讀，主要研究方向為化學工程與工藝。