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”
或“
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
和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
或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
与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
个Be
、2
个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
个N
原子换为1
个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
-与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
得N2O
,给N
变为O
则得CO2
(也可直接看作将N2O
中2
个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+
和CN22
-。答案:
N2O
或CO2
或COS
或CS2
或BeCl2
;N3
-或CNS
-或NO2+
或CN22
-。例
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
与N2
互为等电子体,NO2+
与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
中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
中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
spBF3 3 平面三角形
sp2SiCl4 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
-的n=4
,中心原子S
原子为sp3
杂化;NO3
-的n=3
,中心原子N
原子为sp2
杂化;ClO3
-、ClO4
-的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
个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
个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。以上就是关于sp杂化可分为那几种类型 (sp杂化的sp是什么意思)全部的内容,关注我们,带您了解更多相关内容。