Question

分析乙烷、乙烯、乙炔分子结构，期中的碳原子采取什么杂化轨道形成σ键？

Answer 1

碳原子第二层4个电子，根据能量最低原理与洪特规则，其中两个在2s轨道上，自旋相反；另外两个分占2个2p轨道，自旋平行。
1、乙烷中的碳原子是sp3杂化。首先，碳原子的一个2s电子被激发到空的2p轨道上；接着，碳原子的一个2s轨道与三个2p轨道，杂化生成4个sp3杂化轨道。这4个sp3杂化轨道在空间指向正四面体的四个顶点，其中三个分别与三个氢原子的1s轨道生成σ键，第4个sp3杂化轨道与旁边碳原子的一个sp3杂化轨道生成σ键，这个碳碳σ键就是书烷分子的碳碳单键。

2、乙烯中的碳原子是sp2杂化。首先，碳原子的一个2s电子被激发到空的2p轨道上；接着，碳原子的一个2s轨道与两个2p轨道，杂化生成3个sp2杂化轨道。这3个sp2杂化轨道在空间指向平面正三角形的三个顶点，其中两个分别与两个氢原子的1s轨道生成σ键，第3个sp2杂化轨道与旁边碳原子的一个sp2杂化轨道生成σ键。未参与杂化的带一个电子的一个p轨道的方向与平面正三角形垂直，两个碳原子的两个p轨道侧面重叠生成一个π键。乙烯的碳碳双键，一个是σ键，一个是π键。

3、乙炔中的碳原子是sp杂化。首先，碳原子的一个2s电子被激发到空的2p轨道上；接着，碳原子的一个2s轨道与一个2p轨道，杂化生成2个sp杂化轨道。这两个sp杂化轨道在空间是直线型分布，其中一个与一个氢原子的1s轨道生成σ键，第二个sp杂化轨道与旁边碳原子的一个sp杂化轨道生成σ键。未参与杂化的各带一个电子的两个p轨道的方向与直线垂直，这两个p轨道也相互垂直。两个碳原子各出两个p轨道，分别侧面重叠生成两个π键。乙炔的碳碳三键，一个是σ键，两个是π键。

Answer 2

乙烷sp3，乙烯sp2，乙炔sp