三角双锥型分子中心原子轨道的杂化

三角双锥型分子中心原子轨道的杂化 2000 年 6 月第 15 卷 第 3 期大学化学 自学之友 三角双锥型分子中心原子轨道的杂化 胡 宗 球 ( )湖北师范学院化学系 黄石 435002 3 2 2 指出了具有三角双锥构型分子的中心原子并非是采取 spd 杂化 ,而是 spd杂化 。摘要 1 问题的提出 1 Pauling 提出的杂化轨道是化学的重要概念之一 , 许多人在这方面进行过大量的研究 。 ( ) PF、PCl、PFCl、Fe CO等分子具有三角双锥构型 , 实验 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明 ,轴向的键其键长相等 ,键 强5 5 3 2 5 一样 ; 平面的键其键长相等 ,键强也一样 ; 但轴向的键与平面的键其键长不一致 ,键强也相 异 ,这表明中心原子采取的是非等性杂化 。我们知道 ,等性杂化轨道之间和非等性杂化轨道之 间分别满足如下的夹角公式 3 53 1 23 α βθ γ( θ θ θ) ()+ co s+ co s-)δ( co s- co s= 0 1 + 2 2 2 2 3 1 5 3 23 ααββθ γγ( θ ()′+ c′o s+ ′co s-) δδ( θ θ)2 + ′co s- co s = 0 2 2 2 2 αβγδ 其中、、、分别为 s 、p 、d 、f 原子轨道的成分 。 3 2 ,3 一般认为具有三角双锥构型分子的中心原子是采取 spd 杂化,并且认为平面的杂化 2 (轨道是由 s , p和 p原子轨道组成的 , 而轴向的杂化轨道是由 p和 d组成 。其杂化轨道与 x y z z 2 φφφφφφ 原子轨道的关系见表 1 ,和 在 z 轴上 ,到 在 xy 平面上 ,沿 z 轴方向 ,沿 x1 2 3 5 1 3 4 ) 轴方向 。Kimball 指出,在大多数情况下 ,各种构型都有着一种以上的杂化轨道 ,即三角双锥 3 3 2 2 构型可以是 spd 杂化也可以是 spd杂化 。只要将表 1 中的 p代之以 d轨道 , p换成 d轨 x x- yy xy 3 3 3 ( ) 道 ,即构成 spd杂化 。按 spd 这一杂化方式 可同样 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 spd杂化,轴向上的杂化轨道的 1 1 1 2 αβγβγ α= 0 ,= ,= 。平面上的杂化轨道的= ,= ,= 0 。它本质上分别是独立的 pd2 2 3 3 2 3 杂化和 sp杂化 , 而不是 spd 不等性杂化 。 3 表 1spd 杂化轨道与原子轨道的关系 2 s pppdx y z z φ0 0 0 1 1/ 2 1/ 2 φ0 0 0 2 - 1/ 1/ 2 2 φ3 0 0 0 1/ 3 2/ 6 φ4 0 0 1/ 3 - 1/ 1/ 2 6 φ 50 0 3 6 - 1/ 2 1/ - 1/ 2 根据杂化轨道的对称性和 s 及 d函数的特点或角度分布图的对称性 ,轴向的杂化轨道中 z 2 不含 s 成分 ,而平面的杂化轨道中不含 d成分是较难理解的。况且 ,如果是这样的话 ,则具有z2 3 ( ) 正八面体构型 O对称性的分子的中心原子的 dsp杂化也可分别看成是独立的 pd 杂化和 h 2 2 2 2 spd 杂化 , 即轴向的杂化轨道是由 p和 d组成的 ,而平面的杂化轨道是由 s 、p、p和 dz zx y x- y 组成 ,但这只能形成 D对称性构型 ,而不能形成 O对称性构型 。实际情况显然不是这样 , s 4 hh 2 和 d轨道对 6 个杂化轨道分别都有贡献。 z 5 3 2 国外有教材认为 ,在 spd 杂化中 s 和 d原子轨道对 5 个杂化轨道都有贡献 ,但所给出 z () () 的杂化轨道函数却不满足 1和 2式 。 2 杂化方式和参与杂化的原子轨道 2 笔者认为 , s 和 d原子轨道在三角双锥型分子中和在正八面体分子中的情况一样 ,对轴 z 2 φφ向的和平面的杂化轨道都有贡献 。因为和位于 z 轴 ,因而只有 s 、p和 d三原子轨道对 1 2 z z 2 φφ其有贡献 ,且 p只对和 有贡献 。像在正八面体分子中一样 , d对轴向杂化轨道的总贡 z 1 2 z 献与对平面杂化轨道的总贡献的比为 2?1 ,因而可以求得轴向杂化轨道所含 s 、p 、d 成分分别 1 1 1 αβγ为 := ,= ,= 。再由杂化轨道所必须满足的夹角公式以及原子轨道和杂化轨道各6 2 3 2 1 4 2 2 βγα自所满足的正交归一性 , 可求得平面杂化轨道的= ,= ,= 。此即 spd杂化 。9 3 9 6 Duffey在计算三角双锥型分子各键的相对键强度时 , 将中心原子的杂化态表示成1 + 2 n 3 - 2 n 2 2 3 () spd0 ?n ?1,并得到最佳值为 n = 0 . 444 ,接近于 spd杂化态 。此外 ,既然 spd 和3 spd杂化都能形成三角双锥构型 ,则它们的线性组合 3 3( ) ( )φ= Cspd+ Cspd ()3 1 2 spd 1 2 2 也应构成同样的构型 。当 C= C= 时 ,即为 spd杂化 。1 2 2 考察参与杂化的具体原子轨道时知 ,参与杂化的 p 和 d 轨道都不是 2 个 ,而分别是 3 个 ,2 2 2 ( ) 其中 d 轨道是 d、d、d。d和 d轨道与杂化轨道的对称性不一致 ,故不参与杂化 。除 zx- yxy xz yz 2 2 2 p和 d原子轨道全部参与杂化外 , p和 p及 d和 d只部分参与杂化 , 另一部分与配体 z zx y x- yxy 2 2 π原子轨道形成 键 。spd杂化轨道与原子轨道的关系如表 2 。 2 2 spd杂化轨道与原子轨道的关系 表 2 2 2 2 ppdd d p s x y z z x - y xy φ0 0 0 0 1 1/ 6 1/ 2 1/ 3 φ0 0 0 0 2 2 1/ - 1/ 1/ 6 3 φ0 0 3 0 - 1/ 3 2/ 3 1/ 3 1/ 3 φ4 1/ 2 0 - 1/ 3 1/ 2 - 3/ 6 - 3/ 6 2/ 3 φ - 1/ 2 0 - 1/ 3 - 1/ 2 5- 3/ 6 - 3/ 6 2/ 3 3 3 2() 按通常认为的 spd 杂化 即表 1 结果和 spd杂化进行线性组合时 ,所得结果除 s 和 dz3 3 2 外 ,与表 2 相同 。因 spd 杂化及 spd杂化都未考虑 s 对轴向杂化轨道的贡献以及 d对平面杂 z3 3 () 化轨道的贡献 , 即使进行线性组合仍然没有这种贡献 。如果按 spd 杂化 或 spd杂化方案 , 2 同时又考虑 s 和 d对所有杂化轨道的贡献 ,则可以得到表 3 所示结果 。表 3 中的结果与文献 z3 3 3 () () ( 5 的结果一样不满足 1和 2式 。如果将这样的 spd 杂化和 spd杂化 , 将 spd 杂化中的 55 1 2 2 ) p代之以 d轨道 , p换成 d轨道即可 。再进行线性组合 ,则当 C= C= 时 ,得表 2 。x x- yy xy 1 2 2 3 表 3 不满足夹角公式的 spd 2 ppdp s x y z z φ0 0 1 1/ 6 1/ 2 1/ 3 φ0 0 2 1/ 2 - 1/ 1/ 3 6 φ0 0 - 1/ 3 3 2/ 3 2/ 6 φ4 0 - 1/ 3 2 2/ 3 - 1/ 6 1/ φ 50 - 1/ 3 - 1/ - 1/ 2 2/ 3 6 杂化轨道和参与杂化的原子轨道的数目不相等的情况 ,在文献5 中也有报导 。文献5 2 2 3 2 2 () () 在讨论 dsp杂化 d 轨道是 d和 d, 而 dsp杂化 平面构型时 , 所用 正八面体构型的x- yxy 2 2 2 d 轨道是 d、d、d,总共 3 个 ,而不是 2 个 。但总的轨道数是守恒的 。zx- yxy 3 结论 ( ) 按三角双锥型分子 D对称性中心原子的杂化轨道的对称性和中心原子的原子轨道的 3 h 3 3 2 2 对称性 , 中心原子不是采取 spd 杂化或 spd杂化 ,而应该是 spd杂化 ,并且参与杂化的 p 和 d 轨道都不是 2 个 , 而分别是 3 个 。 参 考 文 献 1 Pauling L . J Am Chem Soc , 1931 ,53 :1367 周公度. 无机结构化学. 北京 :科学出版社 ,1982 2 Cartmell E ,Fowles G A. 原子价与分子结构. 宁世光译. 北京 :人民教育出版社 ,1981 3 Kimball G E. J Chem Phys , 1940 ,8 :188 4 Lagowski J J . 现代无机化学. 上册. 孟祥胜 ,许炳安译. 北京 :高等教育出版社 ,1982 5 Duffey C H. J Chem Phys , 1949 ,17 :196 6 () 上接第 13 页 学生反映 ,在这样的实验室里做实验 ,心情好多了 ,责任心也会强起来 ,也有的学生说 ,这样的 实验室才和复旦大学要办成高水平一流大学的目标相一致 。 2 综合化学实验中心用房面积约 1300m,包括了仪器表征实验室 、合成实验室和计算机应用实验室等 。拥有一批比较先进的大型仪器以及无水无氧合成系统 、催化剂合成和考察系统 等 。综合化学实验室实行按教学 、服务 、研究的次序为原则开放 ,已开出综合化学实验 、应用化 学实验等本科及部分研究生教学实验 。化学系的网站建设初见成效 ,化学系的所有基础课和 大部分选修课的教学 大纲 专科护士培训大纲语法等级大纲网络小说大纲模版专职安全员生产检查释经讲道讲章大纲 都已经上网 ,为学生有目的地选课提供了方便 。网站上的多媒体教 学 课件 超市陈列培训课件免费下载搭石ppt课件免费下载公安保密教育课件下载病媒生物防治课件 可下载高中数学必修四课件打包下载 明显改善了教学效果 ,对传统教学方式形成了冲击 。 基地成立 6 年来 ,教学改革已经深入到基地工作的每个环节 ,也初步形成了一套完整的教 改思路 。但是 ,如何将这些改革措施真正落实到实处 ,如何进一步加快教改步伐 ,还有许多工 作要做 。我们将在立足基地已有建设成果的基础上 ,紧紧抓住国家 、上海市加大对复旦大学投 资力度的契机 ,充分利用国家对基地的继续投入 ,进一步改善办学条件 ,深化改革力度 ,为国家 培养更多的适应 21 世纪需要的化学人才 。