杂交导论

我们先来回答这个问题:为什么我们需要杂化理论?

这里有一个答案。实验证实，甲烷中的碳原子(CH₄)和其他烷烃具有四面体几何结构。提醒一下，在四面体几何中，所有的角都是109.5^o键的长度是一样的。还要记住，共价键的形成是轨道重叠和原子间共用两个电子的结果。所以，为了预测碳原子的价电子和几何结构，我们要看它的电子排布和轨道。

C - 1s²2 s²2 p²

价电子是2s和2p轨道上的价电子它们参与成键和化学反应。

你可以从电子排布中看到不可能有4个，相同的键长，能量，以及其他(简并)键因为其中一个轨道是球形的年代，其他三个是p轨道。这就是我们需要一种理论来帮助我们解释许多有机分子中碳原子的已知几何结构和价电子。所以,

杂交是一种理论，用来解释某些分子几何，否则是不可能的。

的sp3杂交

现在，让我们以甲烷为例看看这是如何发生的。第一步，一个电子从2s轨道跃迁到2p轨道。这导致了激发态碳的:

注意，电子向上运动，因为p亚层的能量高于s亚层，这在能量上不是有利的，但我们将在下一步看到，当轨道混合(杂化)时，它是如何得到补偿的。

那么，在下一步中年代而且p激发态碳的轨道杂化形成4个相同的在大小，形状和能量轨道上。

杂化轨道的数量总是和混合轨道的数量相同。所以，四个轨道(一个2s轨道+三个2p轨道)混合，结果是4sp^3.轨道。这些是杂化轨道，看起来有点像s轨道和p轨道。再一次，我们叫它们sp^3.因为它们是由一个s轨道和三个p轨道组成的。

这些简并杂化轨道的形成弥补了s-p跃迁的能量上升，因为它们的能量比p轨道低。

这四个sp^3.-杂化轨道以四面体几何排列，并通过与四个氢的s轨道重叠而成键:这解释了甲烷的对称几何结构(CH₄)，所有的键都有相同的长度和键角。

甲烷中的四个C - H键都是单键正面(或反面)重叠的sp^3.碳的轨道和每个氢的s轨道。

由轨道正面重叠形成的化学键叫做σ(σ)因为电子密度集中在连接C原子和H原子的轴上。

乙烷- CH_3.ch_3.还有其他的烷烃

如果不是一个氢，而是连接另一个sp3杂化碳，就得到乙烷

因此，在所有的烷烃中，碳原子和碳氢原子之间都有一个sigma键碳原子是sp3与四面体几何混合:

概括地说，任何有四个基团的原子(一个原子或一个孤对)都是sp^3.杂化。考虑这个问题的方法是，为了让四个基团尽可能地远离彼此就像我们在VSEPR理论中学到的那样，这些基团需要在相同的四个轨道上这只有在sp^3.杂化。

例如，下面这个分子中氧的杂化轨道是什么?

氧连着两个原子，有两个孤对。一共有四组，这就是为什么sp^3.杂化。

的sp²杂交

当激发态碳原子形成时sp^3.杂化并不是轨道混合的唯一选择。的sp²杂化发生在s轨道只和两个p轨道混合的时候，而不是轨道中有三个p轨道sp^3.杂化。所以，三个轨道是混合的，结果就是三个杂化轨道sp²杂化轨道．

结果3sp²然后将轨道排列在一个三角形平面几何(120^o)．这里有一个重要的区别，与sp^3.杂化，是被忽略的(未杂化)p没有参与杂化的轨道。这个轨道是90度^o以平面的三角形平面排列三个sp²轨道:

乙烯- c的碳杂化₂H₄

两个sp²杂化的碳原子可以通过重叠其中一个键来形成sigma键sp²每个轨道和两个氢成键两个氢通过重叠和每个碳成键年代和其他两个轨道sp²轨道。

这样每个碳原子就有三个键，剩下一个p轨道。记住，碳的标准价电子是4而且它喜欢有4个键。

第四个键是由每个碳上的两个2p轨道并排重叠形成的。这种轨道并排重叠形成的键称为a键π键．

乙烯是烯烃家族的第一个成员，它的两个碳是双键。每个双键上，都有一个σ和一个π键．

这里有一些关键参数sp²杂化和双键，你们需要知道

双键上所有的原子都在一个平面上。

原子间的夹角是120^o．

*平面与p轨道的夹角为90度^o．

的sp杂交

在sp杂化中，激发态碳的s轨道只与三个2p轨道中的一个混合。叫做sp杂化，因为两个轨道(一个s轨道和一个p轨道)是混合的:

结果是sp杂化轨道然后以线性几何(180^o)，两个未杂化的2p轨道位于90轨道上^o：

我们来看看乙炔- C是怎么发生的₂H₂．两个碳原子通过重叠形成键sp轨道。

一个氢通过s轨道与另一个碳原子重叠而成键sp轨道。

每个碳的两个p轨道重叠成两个π债券。

的关键参数sp杂化和三键:

所有的原子都有线性几何。

原子间的角度是180度^o．

三键中有一个σ(sigma)和2π(pi)债券。

其他元素的杂化

最后要注意的是，我们上面所讨论的一切并不仅仅与碳有关。杂化理论适用于有机化学中所有其他重要元素，如氧、氮、卤素和许多其他元素。爱游戏体育官

在下一篇文章中，我们将讨论如何快速确定有机分子中任何原子的杂化。