当前课程知识点：大学化学 > 第四章 分子结构与化学键理论 > 4.3 杂化轨道理论—杂化轨道的理论要点 > Video
同学们好
这一节我们开始学习
杂化轨道理论的相关内容
在前两节当中
我们学习了离子键理论
与共价键理论
我们讨论了
典型的离子化合物
和典型的共价化合物
它们的分子结构的特征
和它们形成的规律
那么这节当中
我们将引入杂化轨道理论
来帮我们解析
用典型的离子键理论
和共价键理论
没有办法得到满意答案的
许多复杂和简单
分子的空间构型
杂化轨道理论
首先是由量子化学的奠基人
鲍林
在1931年
通过他著名的文章
《化学键的性能》
总结和提出来的
新的理论体系和研究方法
鲍林认为
原子在形成分子的时候
能量相近的原子轨道
会重新的重叠组合
而形成能量、形状和方向
与原有的原子轨道完全不同的
新的轨道
这是杂化轨道理论
建立的理论依据和出发点
原子轨道重新组合成
新的轨道的过程
称为杂化
而杂化以后的原子轨道呢
就是我们今天要讨论的
杂化轨道
杂化轨道首先它也是原子轨道
只是不同的它的取向
和它的能量状态
会和杂化前的原始的原子轨道
有明显的区别
杂化轨道的数目
等于参与杂化的
原子轨道的数目
这一点是杂化轨道理论的
最重要的一个理论基础
同学们一定要多加注意
也就是
我们参与杂化轨道的
原子轨道的数目
就等于我们将来杂化出来的
结果的杂化轨道的数目
杂化轨道的形状
和伸展方向呢
却是与我们中心原子的
杂化类型密切相关
杂化类型不同
轨道的伸展方向
也会有根本的差别
比如说在杂化类型当中
常见的就有sp杂化
sp2杂化、sp3杂化
dsp2杂化
sp3d和sp3d2杂化等等
后续呢 我们将会根据
我们杂化类型的不同特点
以及我们形成的典型的
杂化分子的结构
来跟大家逐一的讨论
不同的杂化轨道类型
它们形成的
复杂的化合物的结构
在空间的取向
特殊的结构
以及它们带有自身特点的
物理和化学性质
从杂化轨道形成的过程来看
首先杂化轨道是由
初始的原子轨道
来参与杂化
形成杂化过程的
第一个阶段
参与杂化的原子轨道当中
处在能量较低的这样的一个
原子轨道当中的电子
会受到激发
而跃迁到能量较高的
原子轨道当中
这个过程称为激发的过程
激发以后就要形成
能量的重新的分配
比如由ns轨道和np轨道
形成激发以后
ns轨道当中的成对电子当中的
一个电子
会调整它的自旋方向
而跃迁到np轨道当中的
一个空轨道当中
形成激发态的ns和np轨道
当然这个过程
只是中间的一个短暂的瞬间
最终会形成ns和np
激发后的轨道的能量的
重新的组合
以及空间几何方向的调整
而形成了新的sp3的杂化轨道
在sp3杂化轨道当中
每一个电子它的自旋方向
都是相同的
而且每一个轨道的能量
不再像激发态
和我们的基态当中
s和p轨道之间能量
有明显的差异
也就是说
形成的这样的四个sp3轨道
它们的能量是相同的
也就是我们前期在讨论
轨道的量子数之间的
关系的时候
讨论过
n和l完全相同的原子轨道
我们叫它简并轨道
很好 同学们如果从那时候起
就已经牢固的建立起来
主量子数
和角量子数相同的轨道
是能量状态
完全相同的简并轨道
那么今天回忆起这个知识来
我们就觉得非常的熟悉
因为简并轨道
在杂化轨道当中
是它大显身手的时候
所以原子轨道经过激发
经过杂化
最后会形成我们的能量状态
简并的新的杂化的简并轨道
这样的简并轨道
它们就有条件
再和其它的成键电子当中的
自旋方向相反的未成对电子
相互作用
而形成了我们的简并轨道
与新形成的未成对电子的
原子之间的共价作用
这样的共价作用呢
就形成了自旋方向相反的
电子的配对
并且最终形成杂化以后轨道的
新的稳定的共价键
了解了原子轨道的杂化过程
我们来看杂化轨道的性质
经过杂化以后的轨道
能量和形状都发生了改变
所以
这时候形成的新的杂化轨道呢
就与原来的原子轨道之间
有了明显的区别
杂化以后不仅调整了
轨道之间的能量分配
和空间取向
而且使原来成对的电子呢
也会通过调整自旋方向
而变成了未成对电子
这时候就使杂化以后的轨道
具有了更强的成键的能力
这是杂化带给我们
解释化学反应
和复杂化合物结构的
最有力的工具
从杂化轨道的不同原子轨道
它们所形成杂化轨道的
过程来看
虽然s轨道和p轨道
是我们最常见的杂化类型
但是其它类型的杂化轨道
也具有和s轨道和p轨道
相似或者是相类似的
杂化的形状或杂化的结果
一般来讲
由s轨道和p轨道
杂化所形成的杂化轨道的形状
俗称叫一头大 一头小
比如我们的2s轨道和2p轨道
原本是哑铃形和球形
当它们形成
sp杂化轨道的时候
我们会发现
它的一端
电子云的密度会增加
另外一端
电子云的密度会减小
这是由于波函数耦合
所产生的特殊的
这样一个电子云
概率密度的分布
所带来的一个形象的
物理的结果
如果把两个sp轨道
它们放在一块
我们就发现
最后形成的
sp这样的一个杂化轨道呢
仍然是一个哑铃形的外观
但是不同的是
一端的sp伸向另外一端
同样另外一端的sp
也伸向对方的一端
所以 最后形成的轨道
是一个夹角为180°的线性的
杂化轨道
那么如果参与杂化的原子轨道
不是s和p
而是其它的轨道
那么它们的轨道的杂化
还有相应的特性
和相应的杂化特征
所有的杂化轨道
最终形成的共价键
都是σ键
因为杂化轨道提供最有利的
成键的几何方向
能够使不同的原子轨道之间
形成最大重叠程度
也就是最稳定的化学键
所以杂化轨道
形成的化学键
都是σ键
分子的空间构型呢
则是与杂化轨道
在空间伸展的方向
直接相关
方向的不同就决定了
我们的分子空间构型的
多样性
这也是杂化轨道理论
帮我们解析复杂分子
空间构型的一个
最有力的方法
同时
只有能量相近的原子轨道
才能进行有效的杂化
这时电子激发所需要的能量呢
可以由成键时候
所释放的能量加以补偿
所以杂化的过程
是一个连续的过程
成键所释放的能量
可以激发原子轨道当中
没有被杂化的
这样一个电子对
形成新的激发态
而激发态再形成新的
具有自由的空间取向
和自旋方向完全不同于
原子轨道的
新的简并的杂化轨道
从而为后续的
共价键分子的形成
创造有利条件
杂化轨道的性质
为我们正确的解释
复杂化合物的空间结构
提供了有利的理论基础
同时
实验过程当中所发现的
不同的空间结构的化合物
它们也需要
我们发展杂化轨道理论
来解析或解释
我们实验当中所获得的
这样的复杂结构的
正确性和合理性
有关这部分的知识
我们在下面会跟大家
逐步的展开
这节课我们就介绍到这
-1.1 不一样的大学化学
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-1.2 化学体系的建立
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-1.3 应该了解的化学
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-1.4 课程学习的必要准备
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-第一章 绪论--第一章 习题
-2.1 物质的聚集状态—物质的相与相变
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-2.1 物质的聚集状态—气体—理想气体与实际气体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—气体—实际气体的状态方程
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-2.1 物质的聚集状态—液体
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-2.1 物质的聚集状态—固体—单晶多晶与非晶结构；晶体的宏观性质
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—晶体的对称性
--Video
-2.1 物质的聚集状态—等离子体
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-2.1 物质的聚集状态—液晶
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-2.1 物质的聚集状态—等离子、液晶与平板显示技术
--Video
-2.2 溶液的性质—溶液的特点与分类
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-2.2 溶液的性质—气体、液体和固体的溶解
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—饱和蒸气压降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—稀溶液的沸点升高
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—溶液的凝固点降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性— 溶液的渗透压
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-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—反渗透现象
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-第二章 物质的聚集状态与溶液的性质--第二章习题
-3.1原子核外电子运动的描述-原子结构理论的发展
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-3.1原子核外电子运动的描述-核外单电子运动的量子化模型
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-3.1原子核外电子运动的描述-电子运动的特点
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-3.2电子运动的波函数与原子轨道- 电子运动的波函数与原子轨道
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-3.2电子运动的波函数与原子轨道-量子数的取值与原子轨道
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-3.2电子运动的波函数与原子轨道-自旋量子数的取值原则
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-3.3核外电子排布-多电子原子核外电子运动的描述
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-3.3核外电子排布-基态原子核外电子的排布
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-3.4元素周期律-元素周期律与元素周期表
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-3.4 元素周期律-元素性质的周期性
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-3.4元素周期律-电子结构与元素性质
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-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 小论文
-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 习题
-4.1 离子键理论—离子键理论
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-4.1 离子键理论—离子键价键构型
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-4.1 离子键理论—离子半径与离子晶体的结构
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-4.2 共价键理论—经典路易斯理论
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-4.2 共价键理论—现代价键理论
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-4.2 共价键理论—共价键的性质
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道的理论要点
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（一）
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（二）
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-4.3 杂化轨道理论—不等性杂化轨道理论
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-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）I
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-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）II
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-4.5 分子轨道理论-分子轨道的建立
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-4.5 分子轨道理论-分子轨道能级图
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-4.5 分子轨道理论-异核双原子分子和离子
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-4.6 分子间作用力-分子的极性
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-4.6 分子间作用力-分子间作用力
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-4.7 氢键
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-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 小论文
-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 习题
-5.1 配合物的基本特征-配合物的形成
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-5.1 配合物的基本特征-配合物的命名规则
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-5.2 配合物的化学键理论-配位学说
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-5.2 配合物的化学键理论-配合物价键理论
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-5.2 配合物的化学键理论-晶体场理论
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-5.3 配合物化学键理论的应用-配合物的几何异构现象
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（一）
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（二）
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-第五章 配位化学概论--第五章 习题
-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-热力学第一定律
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-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-反应进度
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-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(二)
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-6.2 化学平衡-可逆反应与平衡常数
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-6.2 化学平衡-化学平衡的规则
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-第六章 化学反应中的能量变化与化学平衡--第六章 习题
-7.1 自发过程与自发反应（一）
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-7.1 自发过程与自发反应（二）
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵与Entropy
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-7.2 熵与热力学第二定律—热力学第二定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—热力学第三定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—孤立系统熵判据
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（一）
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（二）
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-7.4 吉布斯自由能的判据—标准吉布斯自由能的计算
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-7.4 吉布斯自由能的判据—反应方向的标准吉布斯自由能判据
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-7.4 吉布斯自由能的判据—非标准状态下自发反应方向性的判据
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-7.4 吉布斯自由能判据—吉布斯-亥姆霍兹方程
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（一）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（二）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（一）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（二）
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-第七章 化学反应的方向--第七章 小论文
-第七章 化学反应的方向--第七章 习题
-8.1 化学反应速率-化学反应的方向与反应速率
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-8.1 化学反应速率-化学反应速率的表示方式
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（一）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（二）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-一级反应速率方程
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-二级反应速率方程
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-温度对化学反应速率的影响
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（二）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（二）
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-8.4 催化剂对化学反应速率的影响
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-第八章 化学动力学基础--第八章 习题
-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（一）
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-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（二）
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-9.1 酸碱平衡—水的解离平衡
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（一）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（二）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（三）
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-9.1 酸碱平衡—同离子效应
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（一）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（二）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（三）
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-9.2 配位平衡—配合物的解离平衡
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-9.2 配位平衡—配合物解离平衡的移动
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积常数
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（一）
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（二）
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-第九章 酸碱平衡与沉淀溶解平衡--第九章 习题
-10.1 氧化还原反应方程式配平
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-10.2 原电池与电极电势—原电池
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（一）
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（一）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电极电势的影响
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应的方向性
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-10.4 电极电势的应用—判断元素的氧化还原能力
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应进行的程度
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（一）
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（二）
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-10.4 电极电势的应用—金属的电化学腐蚀与防护
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-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 小论文
-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 习题
-无机元素化学-s区元素
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-无机元素化学-p区元素
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-无机元素化学-过渡元素
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-生命化学概论-生命有机化合物官能团
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-生命化学概论-生命元素-碳
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-生命化学概论-生命元素-氧
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-生命化学概论-蛋白质
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-生命化学概论-核酸
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-生命化学概论-糖
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-生命化学概论-金属酶与金属蛋白
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-生命化学概论-药物
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-第十一章 元素与生命化学概论--第十一章 习题
-纳米科学与化学-自然界中的纳米现象
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-纳米科学与化学-微观结构与仿生
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-纳米科学与化学-纳米结构的观察
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-纳米科学与化学-纳米结构与特殊浸润性
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-化学与材料-材料科学领域中的化学问题
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-化学与材料-正渗透与水处理技术
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-化学与材料-相变材料（一）
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-化学与材料-相变材料（二）
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-化学与材料-范德华力与二维材料
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-第十二章 化学与现代科学--第十二章 习题
-大学化学期末考试
