轨道杂化的有关问题释疑

王笃年正高级教师

(北京十一学校)

杂化轨道理论虽然难以用来预测分子或离子结构,但它在解释分子和离子结构方面具有不可替代的独特价值.把价层电子对互斥理论(VSEPR)与杂化轨道理论有机结合,可以帮助我们更好地理解物质结构的有关知识.

问题1如何判断分子内的原子发生了怎样的杂化?

原子发生了何种杂化,需要根据其价层电子对的多少和空间排布形式进行判断.一般认为它们有如表1所示对应关系.

表1

问题2sp、sp2、sp3杂化轨道看“模样”差不多,它们到底有何不同?

轨道杂化,可以认为是同一原子内部能量接近、但形状不同(同一能级组或者同一能层)的原子轨道之间的重新整合.杂化后所得的新轨道,从形状到能量,都可看作是参与杂化的轨道的平均化.

不管sp、sp2、sp3中的哪一种杂化轨道,它们均应该既具有s轨道的形状,又具有p轨道的形状,于是形成了以核为中心的一头大、一头小的近似纺锤形(保有p轨道形状).杂化轨道用电子云密度较大的一端(保有s轨道形状)去和其他原子的轨道重叠成键,这样有利于轨道间重叠程度增大,所成的键更加牢固.

sp、sp2、sp3杂化轨道,分别单看的话,它们很相似,如果把同一原子(比如碳原子)的sp、sp2、sp3杂化轨道摆在一起看,则有如图1所示的不同.

图1

可以看到,从sp杂化轨道到sp3杂化轨道,其长度随着参与杂化p轨道成分的增多而增大,所以,sp3杂化轨道与H 原子形成的σ键,比sp2杂化轨道与H原子所成的σ 键要略弱(因为键长略大),乙……