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—不等性杂化轨道理论 > Video
同学们好
下边我们继续关于
杂化轨道理论的学习
在我们分两节介绍的
杂化轨道类型当中
重点强调的都是等性杂化
而这节当中
我们要讨论非等性杂化
也就是
不等性杂化轨道理论当中的
几个特例
首先
什么是不等性杂化轨道呢
由于参与杂化的轨道当中
不仅有未成对的电子
而且还有孤对电子
这时候
杂化以后的各轨道
所包含的s和p的成分
并不完全相同
这样杂化的轨道
我们称为不等性杂化轨道
我们以氧为例
氧的不等性的杂化
与分子的极性有必然的联系
这个联系在哪里呢
首先我们来看氧原子的
它的基态的原子轨道
在这样的轨道当中
我们发现s轨道当中
是充满着成对电子
p轨道当中
除了有一对成子电子以外
另外两个成单的电子
保持着自旋方向的相同
通过激发和杂化
这时候2s和2p轨道
会形成四个简并的
不等性的sp3杂化
为什么叫不等性的sp3杂化呢
是因为这样杂化的轨道当中
虽然它们的能量状态是相同的
但是
它们的电子的状态
却处在不同的状态
我们可以看到
有两个轨道当中
是存在着孤对电子
而两个轨道当中
却存在着自旋方向相同
但是没有产生配对的
这样的电子
在未来杂化轨道
与其它原子形成化学键时
只有这两个未成对的电子
可以参与成键
而成对的电子就不再参与
新的化学键的形成
这个电子
我们称为孤对电子
有单电子的sp3
不等性杂化轨道当中的
两个未成对电子
它们会和H的1s电子
形成相应的σ键
有孤对电子的这样的sp3
不等性杂化轨道
将不再参与成键
成键以后我们发现
两个氢氧键之间的夹角呢
会是104°45’
为什么会形成104°45’
这样特殊的结构
而不是我们等性杂化当中
sp3杂化彼此之间夹角是
109°28'
那样一个完全相等的夹角呢
原因就在于
这两对孤对电子
它们强烈的电子云的负电性
会对氢氧键产生压缩作用
从而使两个氢氧键之间的夹角
由109°28'
变化为104°45’
而两个孤对电子却处在
原始的对称的位置上
这样就使原来的
可能的非极性分子呢
最后变为了极性的分子
水分子这样特殊的
V字形结构
使得原来的sp3等性杂化的
109°28’的结构
发生了改变
也使这样的一个极性结构
成为了分子的特征
由于水分子的这样一个
极性的特征
我们可以了解到
当水分子相互靠近的时候
它们之间会产生
除了氢氧键以外的
氢键的结构
这种氢键的键长呢
会长于氢氧键的键长
因此也就带来了
当水由液态
变为固态的时候
每个水分子
都可以和相邻的水分子
形成四个固定的氢键
由于氢键的键长
长于氢氧键的键长
所以水分子会被撑开
然后
由液相变为固相的时候
固相的密度
会低于在0℃附近的
液相的密度
这时候
一个自然界当中的反常现象
就出现了
也就是
当水结冰以后
冰会浮在水的上面
而不是沉到水底
而恰恰因为这个反常
造成了
地球在寒暑变化的过程当中
在水的深处
始终保持了4℃
这样一个低温的环境
水中的氢键
是地球生命演化的基础
也是地球生命进化的关键
有关这一部分的内容
我们在第二章当中
已经详细的跟大家分享过
同学们
如果回忆这个故事的时候
不妨参考我们在第二章当中
有关的故事
同时 不等性的杂化
还表现在氮形成的
氨分子的结构当中
从氮的原子轨道
我们可以发现
在基态的氮原子当中
它的价电子处在2s充满
而2p是属于半充满的状态
通过杂化s轨道和2p轨道
会直接形成
带有孤对电子的
一个sp3型的非等性杂化
也就是不等性杂化轨道
这个轨道当中
有3个未成对的电子
因此三个未成对的电子
就是未来和其它原子
形成共价键的重要的基础
形成这样的不等性的
sp3杂化轨道以后
氮就可以有机会和
三个氢原子
形成NH3的氨分子的结构
与水分子结构相似的是
在氨形成的这样一个
特殊结构当中
不等性的sp3杂化轨道
同样没有形成
像等性杂化轨道当中的
109°28'的
空间的对称结构类型
氮氢键之间的夹角为107°
小于等性sp3杂化的
轨道的夹角
其中的道理和水分子当中
孤对电子对于氢氧键
键角的压缩
有同样的内容
这里我们可以看到
与氧不同的是
在氮的原子当中
除了成键的三个轨道以外
另外一个轨道当中的
孤对电子
具有强烈的负电性
这种强烈的负电性
对于氮氢键
具有压缩的作用
因此使得氮氢键之间的夹角
会小于109°28'的
这样一个典型的
空间对称类型
这也就是不等性杂化
又一次形成的一种
被压缩的空间非对称类型的
一个典型的实例
水分子和氨分子
都是典型的极性分子
而且由于当中形成了
这样一个
极性的共价键
所以它们在液相和固相当中
都容易形成相应的氢键
有关这部分的内容
同学们
可以在以后的学习当中
多加留意
通过等性和非等性
杂化轨道类型的学习
我们不难发现
杂化轨道理论
为我们在解释
分子的空间构型方面
提供了成功的范例
但是这样的解析
必须建立在
已有的实验结果的基础上
因为杂化轨道的理论的
构建的目的
就是为了解决
人们在实验过程当中
已经发现的
不同结构的类型
而这种结构的类型呢
又用我们已知的离子键理论
和共价键理论
没有办法找到完美的答案
所以
通过原子轨道的重组
极化和杂化的过程
人们找到了一条新的途径
来解释这些复杂结构
而且这些复杂结构的
空间对称类型
与杂化轨道的空间构型呢
可以实现完美的统一
这也就在一定程度上
证实了由鲍林奠基的
杂化轨道理论
他的实验的准确性
和理论的可靠性
杂化轨道当中
不同的杂化类型
决定了形成分子的
空间的构型
我们从前边sp杂化
sp2杂化
sp3、sp3d
以及sp3d2杂化的
不同结构类型
以及它们与有代表性的
分子结构之间的联系
给大家一一阐述了
等性杂化过程当中的
不同的分子构型的特点
同时我们也从不等性
杂化的角度出发
给大家解析了
水分子、氨分子
这样的一个带有典型的
非对称性的
不等性杂化轨道
所形成极性分子的
典型实例
杂化轨道理论
为我们研究
复杂分子结构的类型呢
提供了有利的
实验和理论工具
但是
杂化轨道理论
也有其本身的局限性
比如说
我们在共价键理论当中
提出的氧分子的顺磁性问题
实际上用杂化轨道理论
我们同样不能找到
满意的答案
同时某些分子它可以
以单电子的方式存在
某些离子也是一样
为什么具有单电子的
分子或离子
可以稳定存在
目前用杂化轨道理论
也很难找到满意的答案
对于同种结构类型的
它的空间构型的判据
有时候
也带有一定的随意性
比如说sp2杂化我们知道
是平面的一个三角形
但是
为什么dp2、d2p和
d3的杂化类型
同样也是平面的三角形呢
我们单独的
从杂化轨道理论的本身出发
是很难说清楚
它们内在的联系的
所以要解释清楚
这样相关的
复杂的理论问题的内在联系
我们还需要发展
更为完备
更为细化的
分子价键结构理论
有关的内容呢
我们会在后续的章节当中
分不同的侧面
跟同学们进行
新的阐述和介绍
这节的内容呢
我们就介绍到这里
-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
--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
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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
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-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
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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
--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
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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
--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
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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
--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
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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
--Video
-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
--Video
-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)
--Video
-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
