电子杂化

化学理论中的内容

电子杂化就是化学理论中的一个重要的内容，当原子相互接触成键时，几个原子的电子互相组合成为新的轨道，以利于成键。在同一个原子中，能量相近的不同类型的几个原子轨道在成键时，可以互相叠加重组，成为相同数目、能量相等的新轨道，这种新轨道叫杂化轨道。

概念

轨道杂化理论是指的原子轨道杂化理论.我们知道原子的核外电子是排布在不同能级的原子轨道上面的,比如S轨道P轨道等等,原子在形成分子时，为了增强成键能力(使成键之后能量最低则最稳定)，同一原子中能量相近的不同类型的原子轨道重新组合，形成能量、形状和方向与原轨道不同的新的原子轨道(这种轨道的能量都比没有杂化以前的能量要低)。比如sp杂化、sp2杂化等等，这种原子轨道重新组合的过程称为原子轨道的杂化，所形成的新的原子轨道称为杂化轨道。形成杂化轨道之后再与其他的原子结合使得整个的分子能量降低，达到稳定的状态。

价层电子互斥理论主要是用来解释一些分子的空间结构的理论，在考虑一个分子(多原子)的空间结构的时候除了考虑它的组成原子之间的大小排列等关系外，还要考虑到中心原子的孤电子对，它对其它原子有排斥的作用，从而使得分子或是原子团具有不同的空间结构。如平面型、三角锥形等等。

至于分子轨道理论要点有以下三点:第一，原子形成分子后，电子就不再局限于个别原子的原子轨道，而是从属于整个分子的分子轨道。所以分子轨道强调分子的整体性，换句话说在形成分子之后我们考虑它们时就不能一个原子一个原子来孤立考虑，电子也要在其形成的分子轨道中来考虑，不能再用什么原子外层电子排布什么的来看了。第二，分子轨道中电子的分布也和原子中的电子分布一样，遵循泡利不相容原理(最多一个分子轨道两个电子)、能量最低原理(按照排布之后能量要最低，大学会学到反键轨道知识等等，那时就知道为什么要能量最低)和洪特规则(一个轨道的电子要自旋相反，这和轨道的自旋量子数有关，结构化学中会学到)。在分子轨道中电子可以配对，也可以不配对(分子形成之后会有自旋的单电子存在，它们是不配对的，所有会有顺磁和反磁的分子)。第三，分子轨道可以近似地通过原子轨道的线性组合而得到比如s轨道和s轨道组成σ分子轨道。分子轨道的数目等于组合前各原子轨道数目之和。

电子关系

核外电子杂化轨道与成对电子关系

价键理论对共价键的本质和特点做了有力的论证，但它把讨论的基础放在共用一对电子形成一个共价键上，在解释许多分子、原子的价键数目及分子空间结构时却遇到了困难。例如C原子的价电子是2s22p2，按电子排布规律，2个s电子是已配对的，只有2个p电子未成对，而许多含碳化合物中C都呈4价而不是2价，可以设想有1个s电子激发到p轨道去了。那么1个s轨道和3个p轨道都有不成对电子，可以形成4个共价键，但s和p的成键方向和能量应该是不同的。而实验证明：CH4分子中，4个C-H共价键是完全等同的，键长为114pm，键角为109.5°。BCl3，BeCl2，PCl3等许多分子也都有类似的情况。为了解释这些矛盾，1928年Pauling提出了杂化轨道概念，丰富和发展了的价键理论。。C原子中1个2s电子激发到2p后，1个2s轨道和3个2p轨道重新组合成4个sp3杂化轨道，它们再和4个H原子形成4个相同的C-H键，C位于正四面体中心，4个H位于四个顶角。在sp3杂化轨道中，s轨道占整个杂化轨道的 1/4 ，p轨道占整个杂化轨道的 3/4。

杂化轨道

杂化轨道种类很多，如三氯化硼(BCl3)分子中B有sp2杂化轨道，即由1个s轨道和2个p轨道组合成3个sp2杂化轨道，在氯化铍(BeCl2)中有sp杂化轨道，在过渡金属化合物中还有d轨道参与的sp3d和sp3d2杂化轨道等。以上几例都是阐明了共价单键的性质，至于乙烯和乙炔分子中的双键和三键的形成，又提出了σ键和π键的概念。如把两个成键原子核间联线叫键轴，把原子轨道沿键轴方向“头碰头”的方式重叠成键，称为σ键。把原子轨道沿键轴方向“肩并肩”的方式重叠，称为π键。例如在乙烯( )分子中有碳碳双键(C=C)，碳原子的激发态中2px，2py和2s形成sp2杂化轨道，这3个轨道能量相等，位于同一平面并互成120℃夹角，另外一个pz轨道未参与杂化，位于与平面垂直的方向上。

sp2杂化

碳碳双键中的sp2杂化

这3个sp2杂化轨道中有2个轨道分别与2个H原子形成σ单键，还有1个sp2轨道则与另一个C的sp2轨道形成头对头的σ键，同时位于垂直方向的pz轨道则以肩并肩的方式形成了π键。也就是说碳碳双键是由一个σ键和一个π键组成，即双键中两个键是不等同的。π键原子轨道的重叠程度小于σ键，π键不稳定，容易断裂，所以含有双键的烯烃很容易发生加成反应，如乙烯(H2C=CH2)和氯(Cl2)反应生成氯乙烯(Cl—CH2—CH2—Cl)。

乙炔分子(C2H2)中有碳碳三键(HC≡CH)，激发态的C原子中2s和2px轨道形成sp杂化轨道。这两个能量相等的sp杂化轨道在同一直线上，其中之一与H原子形成σ单键，另外一个sp杂化轨道形成C原子之间的σ键，而未参与杂化的py与pz则垂直于x轴并互相垂直，它们以肩并肩的方式与另一个C的py，pz形成π键。即碳碳三键是由一个σ键和两个π键组成。这两个π键不同于σ键，轨道重叠也较少并不稳定，因而容易断开，所以含三键的炔烃也容易发生加成反应。

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