碳原子結構以及軌道雜化

1、關于碳原子的結構及軌道的雜化第一張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月碳元素是形成有機化合物的主體元素，它位于元素周期表中第二周期第4主族，碳原子的電子結構為 Is2、2s2、2p2。碳原子的最外層有 4個電子，與其它原子結合時，不易得失電子，而通過電子對的共用與其它原子相結合。因此，有機化合物分子中的化學鍵主要是共價鍵。 第二張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月外層電子結構：2s 2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz第三張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月在碳原子中，外層只有2個未成對的電子能形成共價鍵，所以碳原子應是2價。但實踐證明，碳原子在有機化合物的結構

2、中，一般都是4價，這是因為碳原子在成鍵時發(fā)生了電子的激發(fā)和軌道的雜化。即碳原子在成鍵時，其中有1個ZS電子激發(fā)到同一個電子層能級相近的2p軌道上去，變成了4個未成對的電子，碳原子即從基態(tài)轉變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)。 第四張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2s 2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz基態(tài) 激發(fā)態(tài) 基態(tài)激發(fā)態(tài)第五張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）軌道的雜化激發(fā)態(tài)碳原子的4個價電子中，1個是s電子，3個是p電子，其成鍵的能量。方向都不完全相同。但實驗證明，在單鍵化合物分子中，碳的4個價鍵是完全相同的。這是由于在電子激發(fā)的同時發(fā)生了原子軌道的雜化。第六張，PPT共

3、二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 不同類型、能級相近的原子軌道，可以“混雜”起來重新形成一組數(shù)目相等，能量相同的新的軌道，這種新軌道叫做“雜化軌道”，這種“混雜”的過程叫做雜化。雜化軌道電子云的能量、形狀及方向均發(fā)生了改變。雜化后的電子云變得向一個方向集中，在成鍵時則有利于電子云最大限度的重疊，且雜化軌道的空間排列，是互相之間盡可能相距最遠，以使相互間的斥力最小，可以形成更為穩(wěn)定的鍵。第七張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 碳的雜化軌道有以下三種類型：1.sp3雜化軌道：由1個2s軌道和3個2p軌道雜化，形成能量、形狀完全相等的4個sp3雜化軌道，4個sp3雜化軌道對稱地指向正四面體的4

4、個頂端，互相之間的夾角10928。雜化軌道的形狀似葫蘆形，一頭大一頭小，這樣在成鍵時有利于電子云最大限度的重疊。第八張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 烷烴分子中碳的4個價鍵。都是由sp3雜化軌道形成的。如甲烷分子中的4個CH健完全相同，健角都是10928 ，與理論推斷相符。第九張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（a）碳的sp3雜化軌道；（b）甲烷正四面體模型第十張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2sp2雜化軌道：sp2雜化軌道由1個2s軌道和2個2p軌道發(fā)生雜化，形成能量、形狀完全相同的3個sp2雜化軌道，形狀與sp3雜化軌道類似，3個sp2雜化軌道間的夾角為120o

5、，成平面正三角形。剩下的未參與雜化的1個p軌道垂直于sp2雜化軌道所在的平面。乙烯分子中的碳原子就是sp2雜化，所以乙烯分子為平面結構。第十一張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月碳的sp2雜化軌道第十二張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月3sp雜化軌道：由1個2s軌道與1個2p軌道發(fā)生雜化，形成能量、形狀完全相同的2個sp雜化軌道，軌道形狀大體同前，兩個雜化軌道的對稱軸在同一直線上，所以兩個軌道間的夾角為180o。剩下的2個未參加雜化的p軌道與雜化軌道間相互垂直。乙炔分子中的碳原子就是sp雜化，乙炔分子為直線形結構。第十三張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月碳的sp雜化軌道第

6、十四張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月二、共價鍵的種類 在有機化合物分子中，由于成鍵時原子軌道重疊方式不同，共價鍵可分為鍵和鍵兩種。第十五張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月鍵：軌道沿著鍵軸（即成鍵兩原子核之連線）方向相互重疊，軌道的重疊部分沿鍵軸呈圓柱形對稱分布，在兩原子核間電子云密度最大。所以鍵結合得比較牢固，不易斷裂，它是構成分子的骨架。第十六張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 鍵：由2個相互平行的p軌道從側面重疊，其重疊部分不呈圓柱形對稱分布，而是具有1個對稱面，由碳一碳鍵所在平面的上下兩部分組成。而鍵電子云重疊程度較小。也不象鍵電子云那樣集中在2個原子核的連線上

7、，而是垂直并對稱地分布于鍵平面的上下，電子云流動性大，在外電場影響下較易極化并發(fā)生共價鍵的斷裂，從而參與化學反應。第十七張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 一般來說，共價單鍵是鍵，共價雙鍵中有1個鍵和1個鍵，共價叁鍵中則有一個鍵和2個鍵。 烷烴分子中碳氫鍵和碳碳鍵都是單鍵，重鍵化合物中均含有鍵。第十八張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月乙烷分子中鍵 第十九張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月乙烯分子中鍵和鍵第二十張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月三、共價鍵的屬性 在有機化合物中，共價鍵有一些基本屬性，如鍵長、鍵角、鍵能和鍵的極性等。根據(jù)這些屬性，可了解有機化合物分子

8、的結構以及性質(zhì)。第二十一張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月l.鍵長：以共價鍵相結合的2個原子核之間的距離稱為鍵長。它取決于電子云的重疊程度，重疊程度愈大，鍵長愈短。 常見共價鍵的鍵長為： CC 154pm C=C 134pm CC 120pm第二十二張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2鍵角：分子中同一原子形成的2個共價鍵間的夾角稱為鍵角。鍵角是決定有機化合物分子的空間結構和某些性質(zhì)的重要因素。第二十三張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 3鍵能：對于雙原子分子，破壞 其共價鍵時所需提供的能量， 稱為該共價鍵的離解能，也就 是該共價鍵的鍵能。但對多原 子分子，共價鍵的鍵能是指同 一類共價鍵的平均離解能。第二十四張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 4共價鍵的極性和極化性 （l）共價鍵的極性：當2個相同原子成鍵時，其電子云對稱分布于2個原子中間，這種鍵是無極性的，稱為非極性共價鍵，簡稱非極性鍵。如 HH鍵、 CC鍵。但2個不同原子形成共價鍵時，由于成鍵兩原子的電負性不同，吸引電子對的能力也就不同，電子云靠近電負性較大的原子，使其帶上部分負電荷，一般用符號表示，而電負性較小的原子則帶部分正電荷，一般以符號表示。如氯甲烷分子中的碳氯鍵： H3CCI第二十五