(课件网) 4.1分子的空间结构 第一课时 C H H H H ·· ·· ·· ·· 为什么甲烷分子的空间结构是正四面体形而不是正方形？ 甲烷分子的空间结构 C 电子排布图 （轨道表示式） 1s2 2s2 2p2 H 电子排布图 1s1 甲烷的4个C — H单键都应该是σ键，碳原子的4个价层原子轨道是3个相互垂直的2p 轨道和1个球形的2s轨道，用它们跟4个氢原子的1s原子轨道重叠，不可能得到正四面体构型的甲烷分子。 美国化学家鲍林 鲍林还是分子生物学的奠基人之一。 鲍林在化学的多个领域都有过重大贡献，曾两次荣获诺贝尔奖（1954年化学奖，1962年和平奖）。 鲍林系统地研究了化学物质的组成、结构、性质三者的关系，于1931年提出了杂化轨道理论。 他在化学研究中创造性地提出了许多新的概念。例如，原子的共价半径、金属半径、离子半径、元素电负性标度等，这些概念的应用，对现代化学、凝聚态物理的发展都有重要的意义。 2p 2s 2s 2p sp3 4个 sp3 杂化轨道 跃迁 sp3杂化 基态 激发态 在形成CH4分子的过程中，碳原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道。这样，1个2s轨道和3个2p轨道“混合”起来，形成能量相等、成分相同的4个sp3杂化轨道。 碳原子的4个sp3杂化轨道指向正四面体的4个顶点，每个轨道上都有一个未成对电子。 甲烷分子中碳原子的4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个相同的C-H σ键，呈正四面体形。 甲烷分子中C—H键之间的夹角———键角都是109°28＇。 1.概念：外界条件下，能量相近的原子轨道混杂起来，重新组合新轨道的过程叫做原子轨道的杂化，杂化后的新轨道就称为杂化轨道。 2.要点： （1）参与杂化的原子轨道能量相近（同一能级组或相近能级组的轨道） （2）杂化前后原子轨道数目不变： 参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目； 杂化改变了原子轨道的形状、方向，成键时更有利于轨道间的重叠。 杂化轨道理论简介 （3）杂化后的轨道之间尽可能远离，在空间取最大夹角分布，能使相互间排斥力最小。 杂化前后的不变与变 不变：原子轨道的数目 变 轨道的成分 轨道的能量 轨道的形状 轨道的方向 更有利于成键： 轨道成键时更有利于轨道间的重叠 满足最小排斥，最大夹角分布 杂化后形成的化学键更稳定 杂化轨道只用于形成σ键和容纳孤电子对 金刚石中的碳原子、晶体硅和石英（SiO2）晶体中的硅原子也是采用sp3杂化轨道形成共价键的。 正四面体结构的分子或离子的中心原子，一般采用sp3杂化轨道形成共价键，如CCl4、NH4+等。 2s2p轨道 2s 2p 2s 2p sp2 3个sp2杂化轨道 跃迁 sp2杂化 BF3分子的结构示意图 在形成BF3分子的过程中，碳原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道。这样，1个2s轨道和2个2p轨道“混合”起来，形成能量相等、成分相同的3个sp2杂化轨道。 sp2杂化轨道的形成过程 x y z x y z z x y z x y z 120° 每个sp2杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有 1/3 s 轨道和 2/3 p 轨道的成分每两个轨道间的夹角为120°，呈平面三角形。 sp2杂化：1个s 轨道与2个p 轨道进行的杂化, 形成3个sp2 杂化轨道。 BF3是平面正三角形分子，F原子位于正三角形的三个顶点， B原子位于分子中心，分子中键角均为120°。 与F成键 BeCl2分子的结构示意图 2s 2p 2s 2p sp 2个 sp 杂化轨道 跃迁 sp杂化 在形成BeCl2分子的过程中，碳原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道。这样，1个2s轨道和1个2p轨道“混合”起来，形成能量相等、成分相同的2个sp杂化轨道。 sp杂化轨道的形成过程 x y z x y z z x y z x y z 180° sp杂化轨道的形状为一头大，一头小，含有1/2 s 轨道和1/2 p 轨道的成分两个轨道间的夹角为180°，呈直线形。 sp 杂化：1个s 轨道与1个p 轨道进行的杂化, 形成2个sp ... ...
