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sp杂化可分为那几种类型 (sp杂化的sp是什么意思)

     2023-06-03 12:14:51     20
7分钟前

一、等电子体的判断

具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子具有相同的结构特征,这一原理称为等电子原理。

如果仅从概念字面出发,判断与

A

粒子互为等电子体的

B

粒子的化学式,往往感觉无从下手,或东拼西凑的试写,试写也往往只注意

价电子数

原子数

相同某一方面而错答。如写

CH

4分子的等电子体时许多学生写成

NH

3(原子数不同)、

CCl

4(价电子数不同)等,至于再稍复杂一些的,错的更多,实际体现为问题解决方法的欠缺。等电子体的判断一般可采取以下几种方法:

1、同族元素互换法

即将既定粒子中的某元素换成它的同族元素。如:


1

CCl4

的等电子体确定:换

IVA

族元素有

SiCl4

GeCl4

等;换

VIIA

族元素有

CF4

CBr4

CI4

CFCl3

……

;同时换可有

SiF4

SiFCl3

……

2

CO2

的等电子体确定:可将

O

原子换为

S

原子得

COS

CS2

,注意不能将

C

原子换为

Si

原子,因为

CO2

SiO2

的结构不同(前者为分子晶体,后者为原子晶体)。同理,不能将

BeCl2

的等电子体确定为

MgCl2

BeF2

(后两种为离子晶体)。

3

SO42

的等电子体确定:将一个

O

原子换为

S

原子得

S2O32

NO3

的等电子体可确定为

PO3

4

)对于原子晶体类也可作类似推导:金刚石

Cn

与晶体硅

Sin

互为等电子体。

2、价电子迁移法

即将既定粒子中的某元素原子的价电子逐一转移给组成中的另一种元素的原子,相应原子的质子数也随之减少或增加,变换为具有相应质子数的元素。


一般来说,讨论的元素为

s

区或

p

区元素,即主族元素居多,通常相关元素的族序数满足

A+B=C+D

(或

A+B=2C

)关系的,可考虑将

A

B

等个数换为

C

D

(或

1A

1B

换为

2C

)。如:

1

CO2

的等电子体确定,除了上述结果以外,还可以采用价电子迁移法:

C

O

原子的价电子数分别为

4

6

,从周期表中的位置看,中间夹着

N

元素,

N

原子价电子数为

5

,一个

O

原子拿一个电子给

C

原子,在电性不变条件下质子数同时变为

7

(价电子同时变为

5

),则可换为两个

N

原子(由此也可以看出

N2

CO

互为等电子体)得

N2O

;如果将

C

原子的两个价电子转移给两个

O

原子,元素原子分别转换为

1

Be

2

Cl

,就可以得到

CO2

的另一个等电子体

BeCl2

同样可以判断:金刚石

C2n

与晶体硅

Si2n

的等电子体还可以为金刚砂

(SiC)n

GaAs

AlP

等;石墨

C2n

与白石墨

(BN)n

互为等电子体;无机苯

B3N3H6

与有机苯

C6H6

互为等电子体。

2

)离子之间的等电子体也可以推导:与

N3

的等电子体查找方法,可将

2

N

原子换为

1

C

原子和一个

O

原子可得

CNO

3、电子—电荷互换法

即将既定粒子中的某元素原子的价电子转化为粒子所带的电荷。这种方法可实现分子与离子的互判。如:


CN

的等电子体查找可用

N

原子

1

个电子换作

1

个负电荷,则

N

原子换为

C

原子,离子带

2

个负电荷,其等电子体即为

C22

;反之,将

CN

的电荷转化为

1

个电子,该电子给

C

原子,即得

N2

,若给

N

原子即得

CO

。同样可判断

HNO3

的等电子体为

HCO3

ICl4

XeCl4

互为等电子体。

在具体问题分析时,通常几种方法同时联想,灵活使用,方可快速准确的回答问题。

例题

1

、与

CNO

互为等电子体的分子、离子化学式依次为

_____

______

(各写一种)。

分析:就与

CNO

互为等电子体的分子而言,首先需将这

1

个电荷转化为

1

个价电子,这个价电子给

C

变为

N

N2O

,给

N

变为

O

则得

CO2

(也可直接看作将

N2O

2

N

原子进行价电子转移换为

C

O

从而得

CO2

,再由

CO2

进行价电子转移或同族元素互换可得

COS

CS2

BeCl2

等。若进行离子查找,除前面判断出的

N3

外,利用同族元素互换可得

CNS

;利用电子

电荷互换可得

NO2+

CN22

答案:

N2O

CO2

COS

CS2

BeCl2

N3

CNS

NO2+

CN22

2

、(

1

)根据等电子原理,写出

CO

分子的结构式;

2

)写出

NO2+

离子的电子式。

分析:

CO

分子的结构式、

NO2+

离子的电子式中学中并不作已有知识要求,直接作答难度大,但在题给信息提示下,可以利用等电子原理,先找出我们熟知结构的等电子体:

CO

N2

互为等电子体,

NO2+

CO2

互为等电子体,等电子体的结构相同,参照熟悉的

N2

的结构式、

CO2

的电子式便可轻松作答。

答案:

C≡O

二、杂化类型的判断

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。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。

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,

H2O2

O

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)3

B

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

×m±

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

价电子对数

几何构型

中心原子杂化类型

BeCl2 2 直线型

sp

BF3 3 平面三角形

sp2

SiCl4 4 正四面体

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:

SO42

n=4

,中心原子

S

原子为

sp3

杂化;

NO3

n=3

,中心原子

N

原子为

sp2

杂化;

ClO3

ClO4

n

均为

4

Cl

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

CO2

CH2=CH2

互为等电子体,而

CO2

CH2=CH2

中心原子

C

原子分别为

sp

sp2

杂化,则

NO2+

中心原子

N

原子为

sp

杂化,

H2B=NH2

中心原子

B

N

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

4

F

原子恰好形成

4

个键,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

2

H

原子形成

2

个键,与

O

原子形成

C=O

双键,

C=O

双键中有

1

个键、

1

个键,

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

个键,用去基态

N

原子

5

个价电子中的

3

个,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

个σ键、

1

个π键,用去基态

N

原子

5

个价电子中的

3

个,余下

1

个孤电子对,

n=3

,则环内

N

原子采用

sp2

杂化。通过以上分析,可以认识到问题的难易是相对的,关键是能否找到解决问题的方法,方法往往有多种,要在学习过程中积累、归纳、体会,有了正确、适合的解决问题的方法,才会收到事半功倍的效果。

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关键词: 原子 价电子 电子