原子轨道杂化的初步知识总结.docVIP

本 科 学 年 论 文 原子轨道杂化的初步知识总结 摘要： 杂化就是指在形成分子时，由于原子的相互影响，若干不同类型能量相近的原子轨道重新组合成一组新轨道。这种重新组合的过程叫做杂化，所形成的新轨道叫做杂化轨道。 关键词： 原子轨道 原子轨道能级 杂化轨道 杂化类型 1 原子轨道 4 2量子数 5 2.1主量子数（n） 5 2.2副量子数（l） 5 2.3磁量子数（m） 6 2.4自旋量子数（ms） 6 3原子轨道能级 6 4杂化轨道的概念 7 4.1激发 8 4.2杂化 8 4.3轨道重叠 9 5杂化轨道类型 9 5.1 s-p型杂化 10 5.2 s-p-d型杂化 10 5.3等性杂化和不等性杂化 11 1 原子轨道 1926年薛定谔根据波粒二象性的概念提出了一个描述微观粒子运动的基本方程——薛定谔波动方程。这个方程是一个二阶偏微分方程，它的形式如下： 式中波函数￠是x、y、z的函数E是体系的能量，求解Schordinger方程，最终就是要描述微观粒子运动的波函数￠和微观粒子在该状态下的能量E，式中?是势能，它和被研究的粒子的具体环境有关，m是粒子的质量，这是求解方程的已知条件，п是圆周率，h是Planck常数。 偏微分方程的解是一组函数，对于Schordinger方程，它的解将是一系列多变函￠数的具体表达式。波函数￠是一个三变数r、?、?和三个参数n、l、m的函数，对应一组合理n、l、m的取值则有一个确定的波函数 ￠（r，?，?）n，l，m 波函数￠是量子力学中用以描述核外电子运动状态的函数，波函数￠叫做原子轨道。 这里需要特别提醒注意：此处提到的原子轨道与波尔原子模型所指的原子轨道截然不同。前者指电子在原子核外运动的某个空间范围，后者是指原子核外电子运动的某个确定的圆形轨道。有时为了避免与经典力学中的波尔轨道相混淆，又称为原子轨函（原子轨道函数之意），亦即波函数的空间函数图像就是原子轨道。原子轨道的数学表达式就是波函数。为此，波函数与原子轨道常做同义语混用。 2量子数 描述原子中各电子的状态，需要四个参数，主量子数、副量子数、磁量子数和自旋量子数。 2.1主量子数（n） 主量子数可以是零以外的正整数。例如n=1、2、3、4….，其中每一个n值代表一个电子层： 主量子数（n） 1 2 3 4 5 电子层 第一层 第二层 第三层 第四层 第五层 电子层符号 K L M N O 2.2副量子数（l） n值确定后，副量子数可为零到(n-1)的正整数。其中每一个l值代表一个电子亚层： 副量子数（l） 0 1 2 3 4 5 电子亚层符号 s p d f g h 2.3磁量子数（m） 磁量子数的取值决定于l值，可取（2l+1）个从-l到+l（包括零在内）的整数。每一个m值代表一个具有某种空间取向的原子轨道。例如副量子数（l）为1时.，磁量子数（m）值只能取-1、0、+1三个数值，这三个数值表示p亚层上的三个互相重叠的p原子轨道。 2.4自旋量子数（ms） 自旋量子数只有+1/2或-1/2这两个数值，其中每一个数值表示电子的一种自旋方向（如顺时针或逆时针方向）。 3原子轨道能级 在大量的光谱数据以及某些近似的的理论计算的基础上，Pauling多电子原子的原子轨道近似能级图（如下）图中的能级顺序是指电子按能级高低在核外排布的顺序，即填入电子是各能级能量的相对高低。 Pauling的原子轨道近似能级图，将所有能级按从低到高分了7各能级组，能量相近的能级划为一个能级组，不同能级组之间的能量差较大，同一能级组各能级相差较小。 第一能级组中只有一个能级1s，1s能级只有一个原子轨道，图中用o表示。 第二能级组中有两个能级，2s和2p，2s能级只有一个原子轨道，而2p能级有3各能量简并的p轨道。 第三能级组中有两个能级，3s和3p，3s能级只有一个原子轨道，而3p能级有3各能量简并的p轨道。 第四能级组中有3个能级，4s、3d和4p，4s能级只有一个原子轨道，3d能级有5各能量简并的d轨道，而4p能级有3各能量简并的p轨道。 其他能级如上类似，如图，值得注意的是，除第一能级组只有一个能级外，其余个能级组均从ns能级开始到np能级结束。 4杂化轨道的概念 1931年Pauling在量子力学的基础上提出了杂化轨道理论首先以甲烷为例讨论，甲烷分子的成键情况和分子的几何构型，根据VSEPR理论预测甲烷分子的结构是正四面体，与实验测定结果一样，其中4个C-H键是完全等同的，H-C-H的夹角均为109度28分，而碳原子的价电子结构为只有两个未成对电子，所以他只能与两个氢原子形成两个共价单键，若考虑将碳原子的1各2s电子激发到2p轨道上，碳原子激发态的电子结构为，这样