杂化轨道的成键能力与键能.pdf

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1、第#卷第$期淄博学院学报)自然科学与工程版*,-.+#/0-+$#%%%年&#月!"#$%&’"()*+",%*-.$/*0123&0456*4&%78%94874:123+/#%%%文章编号：&%%"’%$(#)#%%%*%$’%%!"’%4杂化轨道的成键能力与键能刘雪&，骆定法&#&/于东/孙德志)聊城师范学院/山东聊城#(#%("5淄博学院/山东淄博#((%"&*摘要：从杂化轨道的成键能力出发，讨论了成键能力与键强度关系，得出了影响键能大小的因素+关键词：杂化轨道；成键能力；键能中图分类号：%!$文献标识码

2、67&引言杂化轨道理论是价键理论的核心内容之一+形成化学键时，原子轨道之所以要进行杂化，是因为杂化轨道的成键能力比参加杂化的原子轨道大，且杂化轨道的空间取向往往使得生成的键的空间构型比较合理，使各个键或原子间的排斥最小，因而导致分子构型稳定+现行教科书中给出的杂化轨道的成键能力一般是!"#4#8&/#9$!"#$!"#/而键能却往往随成键轨道的"成份的增加而增大，即#%"##4%"#4)键能*849"#%"#$"#$"#/显然二者不是正比关系，那么成键能力与键能究竟有何联系呢:我们还是从成键能力的概念谈起+#杂化

3、轨道的成键能力8&/$9杂化轨道的成键能力可从迄今仍广为诸教科书所引用的;<=.>?@成键能力方法得出+;<=.>?@认为，原子的那些可用来成键的不同稳定轨道和&的依赖关系彼此间差别不大，而它们的角度分布可能表现相当大的差别，于是，可将类氢波函数的角度部分在球极坐标中的最大值定义为该轨道的成键能力)也叫轨道强度或轨道长度*，记为!’/因此，!"A&!#A24(8&9对"#杂化轨道/!"#()2!""B2&C!!#/而!"#(函数角度部分的最大值/即为成键能力!"#()2"!"*2&C"!#)2"*24（&C"）&

4、显然"A&B(#!"#(&4&而由)CA%得")/即"#4杂化轨道的成键能力最大/且有#"#2"#24（&C"）$!"#4$!"##$!"#$!#$!")#*)#*式即为杂化轨道成键能力相对大小+收稿日期：#%%%’&%’&(作者简介：刘雪)&"!!—*，女，山东聊城人，聊城师范学院化工学院讲师+从事无机与结构化学研究+!"淄博学院学报#自然科学与工程版$%"""年第&期’成键能力与键能关系()*+,-.认为二原子各以它们的原子轨道#杂化过或未杂化过的$!!、!"形成化学键时，键的强度约/&012略可以用二轨道成

5、键能力#键轨道强度$#!及#"的乘积来表示0即键强度3#!·#"而键能$!"约与键的强度#!·#"成正比，这给人一个印象，成键能力或轨道强度越大，形成的共价键应该越强，放出的键能越多，相应的键长会越短4这对个别情况虽然可能是正确的/120但实际上在一般/52情况下#值大的杂化轨道形成的恰恰是键长较长、键能较小的化学键0究其原因，可从下面几个方面探究：第一，如果核间距离固定不变，成键能力与键能才可能是正比关系，然而实际上比较同类原子的共价键时常常不是如此，核间距是客观的，随着原子间相互作用的稳定平衡关系自行调整的，

6、并不能主观地加以固定4换句话说，如果二原子6—7之间的核间距离一定，%&’杂化应有较大的重叠并形成较强的键，所以这是在6—7之间有相同的核间距离时来进行比较的，若6—7原子间的距离可以不同，显然某原子在采用%&’杂化时，将可以与相距较远的其它原子的原子轨道重叠成键，%&杂化时只能与相距较近的原子成键4因此，不能误认为所形成的键应该键长最短，恰恰相反，在同类原子形成的共价键中，常常是%&’杂化时的键长值最长，%&杂化时反而很短#当然纯%轨道所成的键最短$4相应地，放出的键能值也是%&’杂化轨道时的键能最小，%&较大

7、，纯%原子轨道成键的键能值更大/!24第二，键能大小应该和电子云的的重叠密切相关，这点是完全正确的，亦即二电子云的重叠愈大，键能愈大4虽然电子云的重叠程度也可用表示状态函数角度分布上的最大值的成键能力#来表示，但这并不完全正确，因电子云重叠的多少不应该只考虑那个有最大值的方向4例如两个原子各以(8电子构成!键时0两个98的最大值方向是互相平行#都朝向8轴$的0若只考虑这个方向0则二电子云根本就不可能重叠而成!键0亦即!键的键能是"0这当然是错的4第三0较合理地比较6—7键的强弱或键能0需看二原子的原子轨道#杂化或

8、末杂化过的$的重叠积分#!这一项大小/12!!":"0换言之0键能应和重叠积分有关4对于有机化学中常见的碳原子间的化学键0当两碳原子用相同的杂化轨道重叠时0重叠积分为%’#（2#!%(2;)#!&）（2#!%*(2;)#!&*）:"’#+(%2#（;<#）,=（;<#）-#’$式中0“>”号代表另一碳原子0且规定!&*的位相与!&相反0+、,、-代表各种原子轨道的重叠积分