Question

如何判断分子轨道杂化

详细解说一下，如何判断分子的杂化轨道和分子构型

Answer 1

根据原子轨道种类和数目的不同，可以组成不同类型的杂化轨道。通常分为s-p型和s-p-d型。杂化轨道又可分为等性和不等性杂化轨道两种。凡是由不同类型的原子轨道混合起来，重新组合成一组完全等同（能量相等、成份相同）的杂化轨道叫做等性杂化。凡是由于杂化轨道中有不参加成键的孤对电子对的存在，而造成不完全等同的杂化轨道，这种杂化叫不等性杂化。

  1．等性杂化

  (1) sp等性杂化

  由一个ns轨道和一个np轨道参与的杂化称为sp杂化，所形成的轨道称为sp杂化轨道。每一个sp杂化轨道中含有1/2的s轨道成分和1/2的p轨道成分，两个杂化轨道间的夹角为180°，呈直线形。

  (2) sp等性杂化

  由一个ns轨道和两个np轨道参与的杂化称为sp杂化，所形成的三个杂化轨道称为sp杂化轨道。每个sp杂化轨道中含有1/3的s轨道成分和2/3的p轨道成分，杂化轨道间的夹角为120°，呈平面正三角形。

  (3) sp等性杂化

  由一个ns轨道和三个np轨道参与的杂化称为sp杂化，所形成的四个杂化轨道称为sp杂化轨道。sp杂化轨道的特点是每个杂化轨道中含有1/4的s成分和3/4的p成分，杂化轨道间的夹角109°28′，空间构型为四面体形。

  2．不等性杂化

  sp不等性杂化——NH分子和HO分子的结构

  〖例如NH分子的结构〗〖例如HO分子的结构〗 

  杂化轨道除sp型外，还有dsp型（利用(n-1)dnsnp 轨道）和spd 型（利用nsnpnd 轨道），详见配合物一章介绍。表6-2（见图）列出几种常见的杂化轨道。

      

杂轨数=中心原子孤对电子对数+中心原子结合的原子数

       =中心原子价电子对数（形成si ge ma 键）

       =（中心原子价电子对数+配位原子提供的电子数-离子带电荷数）/2

o,s作配位原子时不计入总数

若价电子总数为奇数以总数加一处理，如NO2

属于VSEPR的AY4分子的中心原子A全取SP3杂化，AY3的原子或离子大都取SP2杂化，AY2全取SP杂化。

CO2：杂轨数=0+2=2，为SP杂化；

NO2：（5+0-0+1）/2=3，SP2杂化；

CH4：，SP3杂化。

Answer 2

轨道杂化理论是指的原子轨道杂化理论.我们知道原子的核外电子是排布在不同能级的原子轨道上面的,比如S轨道P轨道等等,原子在形成分子时，为了增强成键能力(使成键之后能量最低则最稳定)，同一原子中能量相近的不同类型的原子轨道重新组合，形成能量、形状和方向与原轨道不同的新的原子轨道(这种轨道的能量都比没有杂化以前的能量要低)。比如sp杂化、sp2杂化等等，这种原子轨道重新组合的过程称为原子轨道的杂化，所形成的新的原子轨道称为杂化轨道。形成杂化轨道之后在于其他的原子结合使得整个的分子能量降低，达到稳定的状态。

价层电子互斥理论主要是用来解释一些分子的空间结构的理论，在考虑一个分子（多原子）的空间结构的时候除了考虑它的组成原子之间的大小排列等关系外，好要考虑到中心原子的孤电子对，它对其它原子有排斥的作用，从而使得分子或是原子团具有不同的空间结构。什么平面型、三角锥形等等。可以用公式计算的，估计你们学不到那么深哦。

至于分子轨道理论要点有以下三点：第一，原子形成分子后，电子就不再局限于个别原子的原子轨道，而是从属于整个分子的分子轨道。所以分子轨道强调分子的整体性，换句话说在形成分子之后我们考虑它们时就不能一个原子一个原子来孤立考虑，电子也要在其形成的分子轨道中来考虑，不能再用什么原子外层电子排布什么的来看了。第二，分子轨道中电子的分布也和原子中的电子分布一样，遵循泡利不相容原理（最多一个分子轨道两个电子）、能量最低原理（按照排布之后能量要最低，以后你读大学会学到反键轨道知识等等，那时你就知道为什么要能量最低了）和洪特规则（一个轨道的电子要自旋相反，这和轨道的自旋量子数有关，以后《结构化学》中会学到）。在分子轨道中电子可以配对，也可以不配对（分子形成之后会有自旋的单电子存在，它们是不配对的，所有会有顺磁和反磁的分子）。第三，分子轨道可以近似地通过原子轨道的线性组合而得到比如s轨道和s轨道组成σ分子轨道。分子轨道的数目等于组合前各原子轨道数目之和。

Answer 3

结合VSEPR理论一起来判断。

Answer 4

分子轨道理论的要点： 1.原子在形成分子时，所有电子都有贡献，分子中的电子不再从属于某个原子，而是在整个分子空间范围内运动。在分子中电子的空间运动状态可用相应的分子轨道波函数ψ（称为分子轨道）来描述。分子轨道和原子轨道的主要区别在于：(1)在原子中，电子的运动只受 1个原子核的作用，原子轨道是单核系统；而在分子中，电子则在所有原子核势场作用下运动，分子轨道是多核系统。(2)原子轨道的名称用s、p、d…符号表示，而分子轨道的名称则相应地用σ、π、δ…符号表示。 2.分子轨道可以由分子中原子轨道波函数的线性组合（linear combination of atomic orbitals，LCAO）而得到。几个原子轨道可组合成几个分子轨道，其中有一半分子轨道分别由正负符号相同的两个原子轨道叠加而成，两核间电子的概率密度增大，其能量较原来的原子轨道能量低，有利于成键，称为成键分子轨道（bonding molecular orbital），如σ、π轨道（轴对称轨道）；另一半分子轨道分别由正负符号不同的两个原子轨道叠加而成，两核间电子的概率密度很小，其能量较原来的原子轨道能量高,不利于成键,称为反键分子轨道（antibonding molecular orbital），如 σ*、π* 轨道（镜面对称轨道，反键轨道的符号上常加“*”以与成键轨道区别）。 若组合得到的分子轨道的能量跟组合前的原子轨道能量没有明显差别，所得的分子轨道叫做非键分子轨道。 3.原子轨道线性组合的原则（分子轨道是由原子轨道线性组合而得的）： （1）对称性匹配原则 只有对称性匹配的原子轨道才能组合成分子轨道，这称为对称性匹配原则。 原子轨道有s、p、d等各种类型，从它们的角度分布函数的几何图形可以看出，它们对于某些点、线、面等有着不同的空间对称性。对称性是否匹配，可根据两个原子轨道的角度分布图中波瓣的正、负号对于键轴（设为x轴）或对于含键轴的某一平面的对称性决定。例如 图1中的(a)、(b)，进行线性组合的原子轨道分别对于x轴呈圆柱形对称，均为对称性匹配；又如图 2(d)和(e) 中，参加组合的原子轨道分别对于xy平面呈反对称，它们也是对称性匹配的，均可组合成分子轨道；可是图2（f）、（g）中，参加组合的两个原子轨道对于xy平面一个呈对称而另一个呈反对称，则二者对称性不匹配，不能组合成分子轨道。 图9-10 原子轨道对称性匹配成键 符合对称性匹配原则的几种简单的原子轨道组合是，(对 x轴) s-s、s-px 、px-px 组成σ分子轨道；（对 xy平面）py-py 、pz-pz 组成π分子轨道。对称性匹配的两原子轨道组合成分子轨道时，因波瓣符号的异同，有两种组合方式：波瓣符号相同（即＋＋重叠或－－重叠）的两原子轨道组合成成键分子轨道；波瓣符号相反（即＋－重叠）的两原子轨道组合成反键分子轨道。图9-11是对称性匹配的两个原子轨道组合成分子轨道的示意图。 对称性匹配的两个原子轨道组合成分子轨道示意图 （2）能量近似原则 在对称性匹配的原子轨道中，只有能量相近的原子轨道才能组合成有效的分子轨道，而且能量愈相近愈好，这称为能量近似原则。 （3）轨道最大重叠原则 对称性匹配的两个原子轨道进行线性组合时，其重叠程度愈大，则组合成的分子轨道的能量愈低，所形成的化学键愈牢固，这称为轨道最大重叠原则。在上述三条原则中，对称性匹配原则是首要的，它决定原子轨道有无组合成分子轨道的可能性。能量近似原则和轨道最大重叠原则是在符合对称性匹配原则的前提下，决定分子轨道组合效率的问题。 4.电子在分子轨道中的排布也遵守原子轨道电子排布的同样原则，即Pauli不相容原理、能量最低原理和Hund规则。具体排布时，应先知道分子轨道的能级顺序。目前这个顺序主要借助于分子光谱实验来确定。 5.在分子轨道理论中，用键级（bond order）表示键的牢固程度。键级的定义是： 键级 ＝ （成键轨道上的电子数 - 反键轨道上的电子数）／2 键级也可以是分数。一般说来，键级愈高，键愈稳定；键级为零，则表明原子不可能结合成分子，键级越小（反键数越多），键长越大。 6.键能：在绝对零度下，将处于基态的双分子AB拆开也处于基态的A原子和B原子时，所需要的能量叫AB分子的键离解能，常用符号D（A-B)来表示。 7.键角：键和键的夹角。如果已知分子的键长和键角，则分子的几何构型就确定了。