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中心原子杂化类型的判断方法归纳
[ 2011-6-24 上午 09:31:00 | By: liuxingfu ]
 

杂化轨道理论的引进是为了更好的解释有关分子的空间构型和分子的相关性质,其核心思想是多原子分子中心原子将能级相近、能量较低的价层轨道相互作用,重新组合、再分配,构建成新的轨道,即杂化轨道,轨道杂化的目的是为了更有利于原子成键,成键时能力更强,有利于分子的形成。这部分知识较抽象,理论性强,学生在应用上有很大的难度。通过对学生的错误分析,我认为关键是中心原子的杂化类型能否准确判断,杂化类型判断正确,结合分子组成、价层电子对互斥理论,就容易解决分子构型、分子性质的相关问题。

从考试说明中不难看出,考核要求是简单的杂化类型判断,对d轨道参与杂化的不作要求,即仅限于spsp2sp3三种类型的判断,就此三种杂化类型的判断方法作如下归纳。

1、取代法 

以中学常见的、熟悉的基础物质分子为原型,用其它原子或原子团取代原型分子中的部分原子或原子团,得到的新分子中心原子与原型分子对应的中心原子的杂化类型相同。如:

(1)CH3CH=CH2分子中C原子的杂化类型判断,看作乙烯基取代了甲烷分子中的一个H原子,则甲基C原子为sp3杂化,也可看作甲基取代了乙烯分子中的一个H原子,故两个不饱和C原子均为sp2杂化;

(2)(CH3)3N看作三个甲基取代了NH3分子中的三个H原子而得,所以其分子中N原子采用sp3杂化;

(3)H2O2看作羟基取代了H2O分子中一个H原子,H2O2O原子应为sp3杂化;

(4)B(OH)3看作三个羟基取代了BF3中的F原子,可知B(OH)3B原子为sp2杂化。

2、价电子对数计算法

对于ABm型分子(A为中心原子,B为配位原子),分子的价电子对数可以通过下列计算确定:n=1/2(中心原子的价电子数+每个配位原子提供的价电子数×m),配位原子中卤素原子、氢原子提供1个价电子,氧原子和硫原子按不提供价电子计算;若为离子,须将离子电荷计算在内:n=1/2(中心原子的价电子数+每个配位原子提供的价电子数×离子电荷数),阳离子取,阴离子取“+”。根据价电子对数可以有以下结论:

分子

BeCl2

BF3

SiCl4

价电子对数

2

3

4

几何构型

直线型

平面三角形

正四面体

中心原子杂化类型

sp

sp2

sp3

一般来讲,计算出的n值即为杂化轨道数,能直接对映中心原子的杂化类型。如:SO42n=4,中心原子S原子为sp3杂化;NO3n=3,中心原子N原子为sp2杂化ClO3ClO4n均为4Cl原子均为sp3杂化(但离子空间构型不同,从价层电子对互斥模型看,前者为三角锥形,后者为正四面体型)。

这种方法不适用于结构模糊或复杂的分子、离子,如NO2+H2B=NH2等的中心原子杂化类型学生就很难用该法进行判断,但可以从其它途径确定。

3、等电子原理应用

等电子体具有相同的结构特征,则等电子体的中心原子的杂化类型相同。用此方法将结构模糊或复杂的分子、离子转化成熟悉的等电子体,然后进行确定。如NO2+H2B=NH2分别与CO2CH2=CH2互为等电子体,而CO2CH2=CH2中心原子C原子分别为spsp2杂化,则NO2+中心原子N原子为sp杂化,H2B=NH2中心原子BN原子均为sp2杂化。

4、价键直查法

从杂化轨道理论可知,原子之间成键时,未杂化轨道形成 键,杂化轨道形成 键,若未参与成键,剩余的必然是杂化轨道上的孤对电子。在能够明确结构式的分子、离子中心原子杂化类型分析时,可直接用下式判断:杂化轨道数n=中心原子的 键数+中心原子的孤电子对数(多重键中只有一个 键,其余均为 键),可方便找到中心原子的杂化类型。如:

(1)SiF4分子中Si原子轨道杂化类型分析,基态Si原子有4个价电子,与4F原子恰好形成4 键,无未成键电子,n=4,则SiF4分子中Si原子采用sp3杂化;

(2)基态C原子有4个价电子,在HCHO分子中,C原子与2H原子形成2 键,与O原子形成C=O双键,C=O双键中有1 键、1 键,C原子无剩余价电子,n=3,则HCHO分子中C原子采用sp2杂化;

(3)三聚氰胺 中有两种环境的N原子,环外N原子形成3 键,用去基态N原子5个价电子中的3,余下1个孤电子对 ,n=4,则环外N原子采用sp3杂化,环内N原子形成2 键、1 键,用去基态N原子5个价电子中的3,余下1个孤电子对 ,n=3,则环内N原子采用sp2杂化。

 
 
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