分子雜化軌道

盧忠燦

（貴州理工學(xué)院，貴州貴陽 550003）

分子雜化軌道

盧忠燦

（貴州理工學(xué)院，貴州貴陽 550003）

鮑林等在1931年從理論上對(duì)多原子或者離子的立體結(jié)構(gòu)提出了分子雜化軌道理論。主要就分子雜化軌道理論進(jìn)行深入的探討，以期能更好地了解不同物質(zhì)的不同構(gòu)型所產(chǎn)生的原因，為進(jìn)一步觀測(cè)、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(dāng)時(shí)的理論下，諸如甲烷這類化合物的結(jié)構(gòu)，c的外層有兩個(gè)單電子，按道理甲烷的四個(gè)碳?xì)滏I應(yīng)該是不等性的，另外兩個(gè)鍵應(yīng)該是用其他方式和碳原子結(jié)合成鍵的。但是大量的性質(zhì)表明，這四個(gè)鍵是完全相同的，如若考慮其中2s軌道上一個(gè)電子激發(fā)到2pz軌道上，它的組成變?yōu)?s12px12py12pz1，倒是也可以形成四個(gè)C—H鍵，可是其中三個(gè)是由怕軌道電子成鍵，另一個(gè)是由s軌道成鍵，顯然能量不會(huì)相等。于是鮑林開始假設(shè)，在該情況下碳原子的原軌道并不會(huì)維持原有的狀態(tài)，而是發(fā)生一定改變，就此引進(jìn)雜化的概念，并通過不斷的檢驗(yàn)的到證實(shí)。

2 具體步驟

2.1 激發(fā)

激發(fā)是指原子由基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)的過程，依然以甲烷為例子來說，激發(fā)主要發(fā)生在碳原子這里。2s軌道上的一個(gè)電子躍遷到空的2pz軌道上，導(dǎo)致它可以形成四個(gè)化學(xué)鍵，這個(gè)過程就叫激發(fā)。這個(gè)過程是需要吸收能量的。

2.2 雜化

在形成分子時(shí)，由于原子的相互影響，同一原子內(nèi)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(duì)于甲烷來說，就是激發(fā)后的四個(gè)軌道能量進(jìn)行重新分布，使得2s軌道與其他三個(gè)2p軌道具有相同的能量，從而形成新的四個(gè)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(xué)鍵也比普通化學(xué)鍵要穩(wěn)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(gè)氫原子分別位于它的四個(gè)對(duì)稱頂點(diǎn)，才是最大重疊，所以甲烷是正四面體結(jié)構(gòu)。

3 雜化軌道類型

3.1 s-p雜化

（1）s-p雜化指的是一個(gè)ns軌道和與它能量相近的一個(gè)np軌道完成雜化，之后形成化學(xué)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?yàn)橹本€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(fā)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°?？臻g構(gòu)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(gòu)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(dāng)s軌道和p軌道的軌道總數(shù)不足以提供足夠的軌道數(shù)用于雜化時(shí)，電子會(huì)進(jìn)一步躍遷到能量更高的d軌道，根據(jù)d軌道數(shù)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(gè)等價(jià)軌道的新軌道層，空間呈三角雙錐形，平面內(nèi)三個(gè)軌道夾角為120°，另外另個(gè)和該底面垂直，分位于上下兩側(cè)。如PCL5等。

（2）s-p3-d2雜化

s-p3-d2雜化是指的有兩個(gè)d軌道加入到s-p3雜化中，形成含有六個(gè)等價(jià)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(gè)部分，具體如SF6。

（3）s-p3-d3雜化

s-p3-d3雜化是指有三個(gè)d軌道加入到s-p3雜化中，形成含有七個(gè)等價(jià)軌道的等價(jià)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(shí)還有一些內(nèi)部的d軌道個(gè)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(gòu)造，改變每一個(gè)軌道的能量，形成的物質(zhì)空間構(gòu)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(duì)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(gè)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(zhì)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(jié)束語

解釋了不同物質(zhì)的不同構(gòu)型產(chǎn)生的根本原因，使得人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到組成決定結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)這一說法，更是了解到微觀世界的奧妙，為進(jìn)一步觀測(cè)、研究、改造元素奠定了科學(xué)基礎(chǔ)，同時(shí)也豐富了化學(xué)的世界，使得數(shù)學(xué)的空間構(gòu)型在化學(xué)里得到了運(yùn)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(jī)制差

異的研究[J].重慶師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，（5）：148-151.

[2] 吳海霞，馬光路.淺談雜化軌道理論教學(xué)的有效性——基于高職

院校有機(jī)化學(xué)教學(xué)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?yàn)榛瘜W(xué)工程與工藝。