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—杂化轨道类型（二） > Video
同学们好
下边我们继续关于
杂化轨道类型的学习
在这节当中
我们将和大家
一起分享一个
新的杂化形式
也就是sp3杂化
这种杂化的特点
是由一个ns轨道和
3个np轨道进行的杂化
从sp3杂化轨道的
空间构型上来看
它所形成的这样的
四个杂化轨道
彼此之间的夹角是
109.5°
而且每一个sp3杂化轨道
都含有1/4个s轨道的成分
和3/4个p轨道的成分
如果我们从3D结构上
来探讨sp3轨道的
空间取向
会给大家更直接的一个印象
同学们请看
这是一个sp3杂化轨道的
3D图像
从这个结构当中
我们可以看到
sp3杂化轨道
仍然是具有
一头大一头小的特征
但是如果我们从一个角度
很难发现
它在空间所具有的
109.5°夹角的这样一个
特殊的四面体的结构
如果我们旋转
这样一个角度来看的话
我们可以看到
在垂直的空间的方向上
它的109°28'的分布
这样的分布结果
就为形成一个
空间四面体的对称结构
提供了一个实验的基础
我们可以看到
sp3杂化轨道
仍然是具有
一头大和一头小的特征
这个特征也是它
最终形成σ键的
空间的几何伸展的方向
利用sp3杂化轨道的
这样一个空间取向的特性
我们可以来分析
乙烷分子所形成的
特殊的空间结构
首先基态的碳原子
它的原子轨道当中的
四个电子
分别处在满轨道的2s
和未满轨道的2p中
通过激发
2s当中的一个电子
通过改变自旋方向
跃迁到2p轨道当中
进一步的杂化
是由2s轨道和全体的2p轨道
共同参与的
这与前边我们的sp杂化
sp2杂化都有所不同
杂化以后形成的四个sp3轨道
是简并的
它们的主量子数和角量子数
完全相同
它们的能量状态
也是完全相同的
这时候它们形成了
在空间彼此之间交角
为109°28'
或者是109.5°
这样的一个空间取向的结构
这些一头大一头小的
sp3杂化轨道
为后续与氢原子
形成相应的σ键
创造了空间上的便利
我们首先以甲烷为例
我们就会发现
如果对于单一的碳原子
通过sp3杂化
然后四个氢原子会相应的与
在空间成109.5°
这样的交角的sp3杂化轨道
形成四个独立的σ键
这四个独立的σ键
彼此之间的交角
仍然是109.5°
或109°28'
所以甲烷的结构
用共价键理论
非常难以得到满意的答案
而用杂化轨道理论呢
我们就可以很轻松的
得到这样一个
空间构型的解析
这也就是为什么
鲍林在完成了
对现代价键理论的
完善工作以后
还要继续的追寻
用杂化轨道理论
来解析碳氢化合物当中的
这种常见的典型结构
并且取得了成功
创立了新的杂化轨道理论
同样
如果两个以sp3杂化的碳原子
它们彼此之间的结合
形成了C-C的σ键
此外
剩余的三个sp3杂化的轨道
会与相应的氢原子形成交角
各为109.5°的σ键
这时候乙烷的结构
在空间上就变成了
这样一个独立的结构
我们发现它既不同于
我们已知的乙炔
也不同于我们已知的乙烯
因为
乙炔是线性的结构
乙烯是平面的结构
而乙烷却是一个
空间立体的结构
如果
我们从三维的结构上面
来看的话
会对这样的立体结构的
空间取向
有更具体 更生动的印象
同学们请看
这是乙烷的3D结构
在这个结构当中
两个中心原子之间
以sp3杂化轨道
形成了σ键
而剩余的三个sp3轨道
它们以空间交角为
109.5°的夹角
各自与相应的氢原子
形成了这样的一个
空间的立体结构
所要注意的是
在这个立体结构当中
我们的各自形成的
四面体的结构
它们相互之间
是相对的旋转过了一个角度
而不是完全对称的
我们如果旋转
这样一个结构的话
同学们就会有更直接的
一个印象
看到吗
这个结构并不是
像我们想象的那样
两个四面体在同一个方位上
而是彼此转过了一个
60°的夹角
恰恰因为这样60°的夹角
才使得乙烷的分子结构
保持了最大的稳定性
同时我们再回顾一下
乙炔和乙烯当中
虽然C-C之间形成了σ键
也与氢之间形成了σ键
但是由于在C-C之间
还存在着两个或一个π键
所以在参与化学反应的时候
π键会首先的断裂
而使乙炔和乙烯分子呢
变为不含π键的
新的分子构型
所以相对于乙烷来讲
乙炔和乙烯都是更活泼的
碳氢化合物
而乙烷当中
它所有的化学键
都是sp3杂化形成的σ键
所以它的活泼性
就比乙烯和乙炔
来得要更低一些
所以从结构的对称性上
从π键和σ键的数量上
都可以帮我们来
更好的理解
碳氢化合物的化学活性
与它们结构之间的
本征的关系
关于这方面的内容呢
同学们课后
还可以找更多的资料
来加以练习
以强化我们相应的知识
了解了乙烷分子的3D结构
我们从它的具体的键长和
键角的角度
还可以加以形象的理解
我们可以看到
在这个角度当中
C-H键的比例
仍然保持了相互的对称性
但是呢 C-C键作用于
C-H键的时候
会使我们的C-C键
压缩C-H键
所形成的空间的结构
也就是说
C-H键本身
处在一个对称的位置
但是C-C键之间的结合
会影响到C-H键与
C-C键之间的夹角
使这个夹角呢 从我们的109°28'
增加到了111.17°
这和我们在乙烯当中
所看到的结构有相似之处
同时从键长上来看
C-C键的键长
仍然略长于C-H键的键长
这一点
也和乙烯分子当中的结构
非常的相似
理解了sp3杂化轨道
在空间的取向
就帮助我们
能够清晰的掌握
乙烷结构在空间的
这样一个特殊的伸展方向
和键角的一个特殊的尺寸
在了解了sp3杂化轨道
空间构型的基础上
我们还可以了解
构型更为复杂的
sp3d杂化
因为研究中人们发现
PCl5的结构属于
空间的三角双锥结构
这样的三角双锥结构
是怎么形成的呢
分析P的原子轨道当中
它的价层电子的排列方式
我们可以发现
它的ns轨道是满轨道
而d轨道是全空的
通过激发和杂化
会形成五个简并的
sp3d杂化轨道
这五个sp3d杂化轨道
它的能量
既不同于原来的ns轨道
也不同于nd轨道
那么这五个sp3d杂化轨道
在空间上的取向是怎么样的呢
研究发现
它在空间上的取向
就是以中心的对称轴方向
所伸展的两个三角双锥的
叠成的结构
所形成的5个sp3d杂化轨道
呈这样的一个特殊的
空间分布状态
那么每一个杂化轨道呢
又可以和五个Cl当中的
3p电子
形成唯一的σ键
这样所构成的
我们的PCl5的分子结构
就成了一个空间立体的
三角的双锥
它的具体的几何结构呢
也就是这样一个
三角双锥结构
所以利用sp3d杂化
这样的一个理论
就可以完美的解释
为什么PCl5结构当中
存在着这样一个特殊的
三角双锥构型
除了sp3d杂化类型以外
我们还有更为复杂的
sp3d2杂化
这个杂化结构的发现
是从人们研究
SeF6的特殊的
正八面体结构入手
所发现的一种特殊的
空间结构
和我们前边P的杂化相似
Se的原子轨道当中
它的价电子层当中
只是在我们的p轨道上
多了一个成对电子
d轨道上
一样是处于全空的状态
通过激发杂化
这时候
可以形成六个简并的
sp3d2杂化轨道
新的简并轨道的能量
和原有的初始的
原子轨道的能量
完全不同
而在空间的取向上面
它也处在一个完全对称的
正八面体的结构上
这样的六个sp3d2杂化轨道
分别与六个F当中的2p
形成相应的六个σ键
这时候我们利用
sp3d2杂化的理论
就可以完美的解析
为什么SeF6会呈现这样
空间的八面体的对称结构
而它的分子构型
为什么是这样一个八面体
从以上的分析
同学们就可以了解到
杂化轨道理论
是帮我们解析
怎么样能够形成
复杂的空间的
几何对称结构
这些结构会预示着
怎么样的一个
化学键的变化过程
以及会有怎么样的
化学的性质
和我们未来可以利用的
力、热、声、光、电的
新的物理性质的
开发的可能性
在前叙我们讲的这五种
杂化轨道类型当中
有一个统一的名字叫
等性杂化
如果我们回忆一下的话
从sp杂化轨道开始
一直到我们这里的
sp3d2杂化
我们会发现
这个杂化过程当中
我们所有形成的杂化轨道
在空间的取向
都是完全对称的
形成的分子结构的对称性呢
也与杂化轨道的对称性
直接相关
所以这一类的杂化轨道
我们统称为
等性杂化轨道
那么在后续的杂化轨道当中
我们还会有不等性的
杂化轨道理论
要跟大家分享
这一节课呢
我们就介绍到这
-1.1 不一样的大学化学
--Video
-1.2 化学体系的建立
--Video
-1.3 应该了解的化学
--Video
-1.4 课程学习的必要准备
--Video
-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
--Video
-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
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液体
--Video
-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
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液晶
--Video
-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
--Video
-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
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—反渗透现象
--Video
-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
--Video
-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
--Video
-3.1原子核外电子运动的描述-电子运动的特点
--Video
-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
--Video
-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
--Video
-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
--Video
-3.3核外电子排布-多电子原子核外电子运动的描述
--Video
-3.3核外电子排布-基态原子核外电子的排布
--Video
-3.4元素周期律-元素周期律与元素周期表
--Video
-3.4 元素周期律-元素性质的周期性
--Video
-3.4元素周期律-电子结构与元素性质
--Video
-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
--Video
-4.1 离子键理论—离子键价键构型
--Video
-4.1 离子键理论—离子半径与离子晶体的结构
--Video
-4.2 共价键理论—经典路易斯理论
--Video
-4.2 共价键理论—现代价键理论
--Video
-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）
--Video
-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（二）
--Video
-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
--Video
-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
--Video
-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
--Video
-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
--Video
-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
--Video
-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）
--Video
-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）
--Video
-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
