杂化轨道理论

化学

杂化轨道理论

基本介绍

核外电子在一般状态下总是处于一种较为稳定的状态，即基态。而在某些外加作用

下，电子也是可以吸收能量变为一个较活跃的状态，即激发态。在形成分子的过程中，由于原子间的相互影响，单个原子中，具有能量相近的两个电子亚层中，具有能量较低的电子亚层的一个或多个电子会激发而变为激发态，进入能量较高的电子亚层中去，即所谓的跃迁现象，从而新形成了一个或多个能量较高的电子亚层。此时，这一个与多个原来处于较低能量的电子亚层的电子所具有的能量增加到与原来能量较高的电子亚层中的电子相同。这样，这些电子的轨道便混杂在一起，这便是杂化，而这些电子的状态也就是所谓的杂化态。

概述

1931年,Linus Carl Pauling提出轨道杂化理论。实验事实基础是许多分子的键角不等于原子轨道间夹角。如氧原子与氢原子组成的水分子H－O－H的键角是104.5o，不等于氧的2py与2pz轨道间的夹角90o。类似的，NH3分子中H－N－H的键角也不等于90o，实际测得107.3o。实验测得甲烷分子CH4是四面体结构，H－C－H键角为109.5o。

要点

⑴ 在形成分子（主要是化合物）时，同一原子中几个能量相近的不同类型的原

子轨道 (一般为同一能级组的原子轨道)可以进行线性组合(杂化)，重新分配能量和确定空间方向，组成数目相等的新的一组原子轨道。

⑵ 杂化轨道成键能力大于原来的原子轨道。因为杂化轨道的形状变成一头大一

头小了,用大的一头与其他原子的轨道重叠,重叠部分显然会增大。

⑶ 形成的杂化轨道之间应尽可能地满足最小排斥原理（化学键间排斥力越小，

体系越稳定），为满足最小排斥原理， 杂化轨道之间的夹角应达到最大。 ⑷ 分子的空间构型主要取决于分子中σ键形成的骨架，杂化轨道形成的键均 为σ键，所以，杂化轨道的类型与分子的空间构型相关。