如何判断杂化轨道类型?杂化轨道判断技巧与公式
栏目:行业动态 发布时间:2018-12-05 08:12

高中化学中介绍了杂化轨道理论,这个理论对于普遍的学生来说往往是难点。什么是杂化轨道?轨道的相互叠加过程叫原子轨道的杂化,原子轨道叠加后产生的新的原子轨道叫杂化轨道。那么该如何去判断杂化轨道类型呢?下面就为大家说一说如何判断杂化轨道类型,杂化轨道判断技巧与杂化轨道判断的公式

如何判断杂化轨道类型?杂化轨道判断技巧与公式

如何判断杂化轨道类型


1、在无机化学中,准确地预测和判断共价多原子分子或离子的中心原子轨道杂化类型是确定分子或离子空间构型、原子间成键情况及有关性质的前提.由于原子结合成分子的复杂性和多样性,即使同一元素的原子在不同分子或离子中做中心原子时,往往也采用不同的杂化类型(例如价电子结构为2s22p2的C原子做中心原子时,在CH4中呈sp3杂化,CO32-中呈sp2杂化,而在CO2中则呈sp杂化).中心原子轨道杂化类型的预测和分析,需在列出中心原子价电子结构的基础上,充分考虑与其键合原子的结构、数目及可能出现复键的形式,分析中心原子价电子是否需要激发,是否需要预留纯粹的部分轨道形成π键或大π键,以及中心原子在轨道杂化后是否含孤对电子及其数目等诸多不确定因素,采用试探的方法进行分析和确定杂化类型.一般在预知分子空间构型的前提下,中心原子轨道杂化类型较易确定,但对不知空间构型且结构比较复杂的分子或离子,中心原子轨道杂化类型的确定就比较困难。现在也有简单判断杂化轨道类型的说法:中心原子通过杂化轨道与成键原子的价层轨道形成共价键的时候,为了保证分子的稳定性最强,杂化轨道间也必须采取夹角最大、斥力最小的分布.所以,成键时中心原子杂化轨道中填充的必定是σ键电子对和孤电子对,而不可能是π键电子,π键电子只能填充在非杂化轨道中.


2、价层电子对数判断法,中心原子成键数目判断法,数轴法判断法,不饱和度判断法(不要求)


3、(一)价层电子对数判断中心原子的杂化轨道类型


不需要预知共价多原子分子或离子的空间构型,只要简单的计算出其价层电子对数,即可预测中心原子轨道可能的杂化类型,然后再根据其原子轨道上电子的具体排布等进一步确定杂化情况(杂化轨道中无孤电子对存在的为等性杂化,有孤电子对存在的为不等性杂化).如SF6的中心原子S的价电子数为6,键合原子F各提供1个成键电子,价电子对数=(6+1×6)/2=6,则S应发生sp3d2杂化;AsO43-中心原子A


s的价电子数为5,原子O属氧族,可认为不提供电子,离子带3个负电荷,价电子对数=(5+3)/2=4,则As应发生sp3杂化;COCl2中心原子C的价电子数为4,键合原子O属氧族,可认为不提供电子,每个Cl提供一个成键电子,价电子对数=(4+1×2)/2=3,则C应发生sp2杂化;XeOF4中心原子Xe的价电子数为8,键合原子O可认为不提供电子,F各提供一个成键电子,价电子对数=(8+1×4)/2=6,则Xe应发生sp3d2杂化(键合原子数少于价电子对数存在孤电子对,因而为不等性杂化).


不需要预知共价多原子分子或离子的空间构型,只要简单的计算出其价层电子对数,即可预测中心原子轨道可能的杂化类型,然后再根据其原子轨道上电子的具体排布等进一步确定杂化情况(杂化轨道中无孤电子对存在的为等性杂化,有孤电子对存在的为不等性杂化).如SF6的中心原子S的价电子数为6,键合原子F各提供1个成键电子,价电子对数=(6+1×6)/2=6,则S应发生sp3d2杂化;AsO43-中心原子As的价电子数为5,原子O属氧族,可认为不提供电子,离子带3个负电荷,价电子对数=(5+3)/2=4,则As应发生sp3杂化;COCl2中心原子C的价电子数为4,键合原子O属氧族,可认为不提供电子,每个Cl提供一个成键电子,价电子对数=(4+1×2)/2=3,则C应发生sp2杂化;XeOF4中心原子Xe的价电子数为8,键合原子O可认为不提供电子,F各提供一个成键电子,价电子对数=(8+1×4)/2=6,则Xe应发生sp3d2杂化(键合原子数少于价电子对数存在孤电子对,因而为不等性杂化).


(二)、中心原子的成键数目判断杂化轨道类型


设H为中心原子的杂化轨道数,S为端基与中心原子形成σ键的数目,m为孤电子对,n为配位


杂化轨道判断技巧


一、根据价电子对互斥理论判断


教材的“知识支持”中介绍了价电子对互斥理论,根据该理论能够比较容易而准确地判断常见的ABx型共价分子或离子中心原子杂化轨道类型及其空间构型。


中心原子的价电子对数计算方法是:n=1/2(a+bx)


说明:


1.n表示价电子对数;


2.a表示中心原子(A)的价电子数,对于主族元素等于其最外层电子数;


3.b表示配位原子提供的价电子数。


卤族原子、氢原子提供1个价电子,氧族(o,s)元素的原子按不提供电子计算。


4.离子在计算价电子对数时,还应在分子上加上负离子的电荷数或减去正离子的电荷数。


5.杂化轨道由形成σ键的电子对和孤电子对占据,因此分子或离子的空间构型为杂化轨道构型去掉孤电子对后剩余的形状。


二、根据σ键数和中心原子孤电子对数判断


2012山东高考:32题(4)甲醛(H2C=O)在Ni催化作用下加氢可得甲醇(CH3OH),


甲醇分子内C原子的杂化方式为


很明显由于CH3OH不再是ABx型分子,因此不能采用上述公式,那如何判断甲醇分子内C原子的杂化方式呢?由于杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳孤电子对,而两个原子之间只能形成一个σ键,固有下列关系:


杂化轨道数=σ键数+中心原子孤电子对数,如果我们已知σ键数和中心原子孤电子对数,代入等式即可判断出中心原子杂化方式。


三、根据分子的空间构型判断


根据杂化轨道理论,中心原子轨道采取一定的杂化方式后,可以根据分子的空间构型或键角来判断中心原子轨道的杂化方式。


例如:C2H2、CO2为直线形分子,键角为180°,推断其C原子的杂化轨道类型为sp;C2H4、C6H6为平面形分子,键角为120°,推断其C原子的杂化轨道类型为sp2;CH4、CCl4为正四面体形,键角109.5°,推断其C原子的杂化轨道类型为sp3。


这种方法还可以扩展到其它以共价键形成的晶体,如:已知金刚石中的碳原子、晶体硅和石英中的硅原子,都是以正四面体结构形成共价键的,所以也都是采用sp3杂化;已知石墨的每一层内,每个碳原子与其它三个碳原子结合,形成六元环层,键角为120°,由此判断石墨中的碳原子采用sp2杂化。


四、根据结构替换判断


依据有机取代反应特点,发生取代后,其中心原子的结构和成键方式都应该不变。因此,对于一些复杂的分子,我们可以将其中的某些原子团替换成原子,变成简单熟悉的分子,根据这个分子的中心原子的杂化轨道类型,来判断原来分子中原子的杂化轨道类型。


例如:H2O2分子中氧原子的杂化方式为。


利用替换法上题中H2O2分子可以看作-OH替换了H2O中的H,因为H2O中O原子为sp3杂化,所以H2O2中的O原子也为sp3杂化。


N2H4可以看作-NH2替换了NH3中的H,因为NH3中N原子为sp3杂化,所以H2N-NH2中的N原子也为sp3杂化。


练习:有如下反应


化合物乙中采取sp3杂化的原子的第一电离能由小到大的顺序为。


根据替换法可知乙中采取sp3杂化的原子有,C.N.O,再依据同周期第一电离能递变规律便可顺利解答。


五、根据等电子原理判断


教材的“知识支持”中介绍了等电子原理,即原子总数相等且价电子总数相同的分子或离子互为等电子体。互为等电子体的物质具有相同的空间构型和化学键类型。因此,我们可以根据一些熟悉的分子的杂化轨道类型来判断与它互为等电子体的不熟悉的分子的杂化轨道类型。


例如:指出N2O分子的空间构型


解析:教材中介绍的价层电子对互斥理论是比较浅显的,并没有介绍N作为配位原子应该如何计算价电子对数,N2O的结构我们也不熟悉。因此用以上四种方法就不好判断,但可用等电子原理巧解。因为N2O与CO2互为等电子体,所以N2O也应为sp杂化,是直线形分子。

如何判断杂化轨道类型?杂化轨道判断技巧与公式

杂化轨道判断公式


价电子总数除2,所得的数字即为有几条轨道参与杂化


如:对于NH3


(5+3)/2=4,所以中心原子N为SP3杂化,对于空间构型,则要在杂化类型的基础上考虑孤对电子的影响。


运用这个公式时,要注意几个地方:


1、当氧族元素做中心原子时,价电子数按6算,做配体原子时,按0算


如:SO3


(6+0+0)/2=3,所以中心原子S为SP2杂化,而不是(6+6+6)/2=9...暂时不知道这是什么杂化...


2、当卤素作配体原子时,价电子数按1算.


如:BeCl2


(2+1+1)/2=2,所以中心原子Be为SP杂化。


以上就是小编为大家介绍的如何判断杂化轨道类型,杂化轨道判断技巧与杂化轨道判断的公式,希望能为大家提供参考帮助。

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