杂化类型判断

杂化轨道类型判断 摘要 1、 杂化轨道类型与什么有关, 2、 杂化轨道类型判断方法有哪些, 3、 解析杂化轨道类型的判断方法。 关键词 杂化轨道、价层电子对数、数轴法、中心原子 正文 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,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 键电子对。由于П键电子只能填充在非杂化轨道中，所以不参与在杂化轨道中，为了便于观察，设П键数目为K，不计入到中心原子的杂化轨道数中。H=S+m+n 下面介绍部分分子或离子杂化轨道的计算: 化学式 S m n K H 杂化类型 NH 3 sp3 3 1 0 0 4 CH4 sp3 4 0 0 0 4 sp CO 1 1 0 2 2 SF6 sp3 d2 6 0 0 0 6 sp2 H3O+ 2 1 1 0 3 SO3 sp2 3 0 0 1 3 SO2 sp2 2 1 0 2 3 NO-3 sp2 3 0 0 1 3 NO2 sp2 2 1 0 1 3 (三)由数轴法判断中心原子的杂化类型 共价分子ABaHb 中的所有价电子(V ) , 完全要用来满足b个配位原子H 的二电子结构和a个配位原子B 的八隅体结构, 剩余的价电子应以孤对电子( 2m )的形式存在. 若分子中的价电子总数是奇数, 则把这个单电子也看作孤电子对. 可用数学式表达如下: 1) 当V = 8a + 2b + 2m, 若V能被8整除时, 即V/8= a? H = a (除当V/8= 1时,H = 4); 2) 当V = 8a + 2b + 2m, 若V不能被8整除时, 即V/8= a…2( b+ m )?H = a + b + m; 3) 当V = 8a + 2b + 2m - 1] ( V + 1)/8= a…2( b + m ) ? H = a + b + m; 4) 当余数等于2时, H = a + 1; 当余数等于4时,H = a + 2; 当余数等于6时,H = a + 3. V和H 的关系若用数轴图形表示如下(见图1) : 编号 物质 价电子总数 第几区第几个 H 杂化方式 N2, CO, C2H 2, HCN, CN- I1 1+ 1= 2 sp 1 10 CO2, CS2, CH2 CCH2, HN3 sp 2 16 第二个端点 2 O3, NO, NO2, CH3 CHCH 2, CH3 CHO II1 2+ 1= 3 sp2 3 18 H 2O2, N2H4, C2H6, NH2OH, HClO I3 1+ 3= 4 sp3 4 14 C3H8, PC l3, H 3 PO3, XeO3 III1 3+ 1= 4 sp3 5 26 CC l4, H2 SO4 sp3 6 32 第四个端点 4 C lF3 III2 3+ 2= 5 sp3 d 7 28 BrF5 V1 5+ 1= 6 sp3 d2 8 42 XeF6 VI1 6+ 1= 7 sp3 d3 9 50 结语: 据上所述，不同的方法有不同的好处，但方法总有一些不足的地方。这些方法只是出来的具有普遍性的规律性结论，不足的地方还有待发现与完善。我将这些判断方法集结在一起，希望能利用各种方法的优势，互相补充则可更方便、更完美地解决分子或离子的杂化轨道类型。这些方法对于学习无机化学是非常方便的，规律性强，应用前景好，值得使用。 化环学院 1103班 王聪 2012年6月20日