栏目导航

问题集锦

当前位置: 首页>>问题集锦>>正文

问题3 如何理解碳原子的杂化轨道?

作者:  添加时间:07-30   来源:

如何理解碳原子的杂化轨道?

    杂化轨道是碳原子形成共价键的主要形式。一个碳原子与其它四个原子的共价键显然不是用碳原子的一个2s和三个2p轨道形成的,那样会导致生成三个有方向性的互为直角的键(三个2p轨道)和另一个没有方向性(球形的2s轨道)键。事实上,甲烷为正四面体结构,四个CH键是等同和对称的,相互成10928'的夹角,这一现象可以被解释为碳原子的2s轨道和三个2p轨道重新部署产生了四个新的相同的轨道,称为sp3杂化原子轨道。如图1所示。而获得这些轨道的过程称为杂化,即混杂起来重新分配。

     四、碳原子的sp3、sp2和sp杂化轨道(碳原子

               (a)                                  (b)

                 1 四个sp3杂化轨道和甲烷

成键情况如图2所示

       四、碳原子的sp3、sp2和sp杂化轨道(碳原子

            2 由sp3-ssp3-sp3形成的碳氢σ键和碳碳σ键

烷烃分子中的碳氢键和碳碳键是碳原子的一个sp3杂化轨道与氢原子的1s轨道或另一个碳原子的一个sp3杂化轨道重叠而成(图2)。这样形成的碳氢单键和碳碳单键,其电子云具有圆柱状的轴对称,叫做σ键。由于它是轴对称的,所以用单键相连的碳氢原子或碳碳原子可以围绕轴自由旋转。

    乙烯分子中的碳原子与甲烷的碳原子不同,它是sp2杂化的。也就是说,碳原子的三个p轨道中的两个参与杂化,而另一个p轨道未参与杂化。杂化后生成了三个相同的sp2轨道。这三个轨道轴在同一个平面上,互成120°的角。另一个未参与杂化的p轨道的对称轴垂直于这个平面。

在乙烯分子中,碳原子的三个sp2杂化轨道中的两个同氢原子的1s轨道重叠形成碳氢σ键。未参与杂化的两个p轨道用侧面互相重叠形成一个π键(图3)。

四、碳原子的sp3、sp2和sp杂化轨道(碳原子

                  3 sp杂化轨道及乙烯的o键和π键

所以,双键是由一个σ键和一个π键组成的。

    碳原子的2s轨道同一个2p轨道杂化,形成两个相同的sp杂化轨道。它们对称地分布在碳原子的两侧,二者之间的夹角为180°。乙炔分子中的键就是由sp杂化轨道形成的。碳原子的一个sp杂化轨道同氢原子的1s轨道形成碳氢σ键,另一个sp杂化轨道与相邻的碳原子的sp杂化轨道形成碳碳σ键,组成直线结构的乙炔分子。没有参与杂化的两个p轨道与另一个碳的两个p轨道相互平行,且“肩并肩”地重叠,形成两个相互垂直的π键(图4)。

四、碳原子的sp3、sp2和sp杂化轨道(碳原子

                4    sp杂化轨道及乙炔的σ键和π键

上一条:问题2 什么是杂化轨道,原子轨道杂化的意义是什么? 下一条:问题4 研究有机分子的物理性质意义何在?

关闭