杂化类型

物理化学领域术语

在成键过程中，由于原子间的相互影响，同一原子中几个能量相近的不同类型的原子轨道（即波函数），可以进行线性组合，重新分配能量和确定空间方向，组成数目相等的新的原子轨道，这种轨道重新组合的过程称为杂化（hybridization），杂化后形成的新轨道称为杂化轨道（hybrid orbital）。杂化，是原子形成分子过程中的理论解释，具体有sp、sp2、sp3杂化等等。

sp杂化

同一原子内由1个ns 轨道和 1个 np 轨道参与的杂化称为sp杂化，所形成的两个杂化轨道称为SP杂化轨道。每个sp 杂化轨道含有1/2的S成分和 1/2的 p成分，杂化轨道间的夹角为180°。sp轨道杂化是基于轨道杂化理论的一个重要分支，是一种比较常见的轨道杂化方式。

杂化过程

以BeCl2的形成过程为例说明sp杂化过程。基态 Be的外层电子构型为2s2，在成键时先发生激发，成为激发态2s12p1。随即发生杂化，即 Be的1个2s 轨道和1个2p轨道进行sp杂化，形成两个sp杂化轨道，每个杂化轨道中各有一个未成对电子。两个Cl原子的3p1轨道以“头顶头”方式与各杂化轨道大的一端重叠，形成两个σ键。由于 Be的两个sp杂化轨道间的夹角是180°，因此所形成的BeCl2的几何构型为直线形。HgCl2& II B 族元素的其他AB2型直线型分子的形成与上述过程相似。

注意事项

(1)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生；

(2)能量相近的原子轨道间才能发生杂化，能量相近通常是指：ns与np、ns，np与nd或（n-1）d。

sp2杂化

同一原子内由1个ns轨道和2个np轨道参与的杂化称为sp2杂化，所形成的3个杂化轨道称为sp2杂化轨道。各含有1/3的s成分和2/3的p成分，杂化轨道间的夹角为120°，呈平面正三角形。

乙烯

乙烯是最普遍的sp2杂化形式，碳原子在形成乙烯分子时，每个碳原子的2s轨道与两个2p轨道发生杂化，称为sp2杂化，其形状与sp3杂化轨道相似，在空间以碳原子为中心指向平面三角形的三个顶点。未杂化的一个2p轨道则垂直与杂化轨道的平面。三个sp2杂化轨道与未杂化的一个2p轨道各有一个未成对电子。两个碳原子分别以一个sp2杂化轨道互相重叠形成σ键，两个碳原子的另外两个sp2杂化轨道分别与氢原子结合。所有碳原子和氢原子在同一平面上，而两个碳原子未杂化的2p轨道垂直于这个平面。它们互相平行，彼此肩并肩重叠形成Π键。所以，在乙烯分子中是以双键结合，双键由一个σ键与一个Π键构成。

苯环

苯环中的每个碳原子采用sp2杂化方式，每个碳原子都有一未参加杂化的p轨道。由于苯是平面分子，因此6个未参加杂化的p轨道互相平行。所以苯分子中有大Π键。

氟化硼

实验测知BF3的4个原子在同一平面上，键角∠FBF等于120°。B原子的外层电子构型是2s22p1，成键时1个2s电子激发到1个空的2p轨道上，与此同时，1个s轨道和2个p轨道“混合”起来成为3个杂化轨道，分别与3个F原子成键。

sp3杂化

sp3杂化一般发生在分子形成过程中。杂化发生后，原子最外层s轨道中的一个电子被激发至p轨道，使将要发生杂化的原子进入激发态；之后，该层的s轨道与三个p轨道发生杂化。此过程中，能量相近的s轨道和p轨道发生叠加，不同类型的原子轨道重新分配能量并调整方向，形成4个等价的sp3轨道。

例如，CH4的形成，基态C原子只有两个未成对电子，在形成CH4时，在H的影响下，C的1个2S轨道和3个 2p轨道进行sp3杂化，形成4个sp3杂化轨道，每个Sp3杂化轨道中各有一个未成对电子。C用4个Sp3杂化轨道分别与4个H的1s轨道重叠形成4个σ键。由于C的4个sp3杂化轨道间的夹角为109°28'，所以生成的CH4的几何构型为正四面体。

sp3d杂化

由一个ns、三个np轨道和一个nd轨道杂化形成五个能量等同的sp3d杂化轨道。每个sp3d轨道都含有1/5个s、3/5个p和1/5个d成分，构型为三角双锥。

sp3d2杂化

由一个ns、三个np轨道和二个nd轨道杂化形成六个能量等同的sp3d2杂化轨道。每个sp3d2轨道都含有1/6个s、1/2个p和1/3个d成分，构型为正八面体。

等性杂化

定义

在杂化过程中形成的每一种杂化轨道所含的s及p的成分相等，这样的杂化称为等性杂化，形成的杂化轨道为等性杂化轨道。

举例

如BeCl2、BF 3、CH4等分子为等性杂化。基态 Be的外层电子构型为2s2，在成键时先发生激发，成为激发态2s12p1。随即发生杂化，即 Be的1个2s 轨道和1个2p 轨道进行sp杂化，形成两个sp杂化轨道，每个杂化轨道中各有一个未成对电子。两个C1原子的3p1轨道以“头顶头”方式与各杂化轨道大的一端重叠，形成两个σ键。由于 B e的两个sp杂化轨道间的夹角是180°，因此所形成的BeCl2的几何构型为直线形。基态C原子只有两个未成对电子，在形成CH4时，在H的影响下，C的1个2S轨道和3个2p轨道进行sp3杂化，形成4个sp3杂化轨道，每个Sp3杂化轨道中各有一个未成对电子。C用4个Sp3杂化轨道分别与4个H的1s轨道重叠形成4σ键。由于C的4个sp3杂化轨道间的夹角为109°28'，所以生成的CH4的几何构型为正四面体。

不等性杂化

定义

在杂化过程中形成的各新杂化轨道所含s和p的成分不相等，这样的杂化称为不等性杂化，形成的杂化轨道为不等性杂化轨道。

形成过程

众所周知，将同一个原子的若干不同类型的原子轨道“ 混合” 起来，重新组成一组新原子轨道的过程叫原子轨道的杂化，而形成的一组新轨道叫杂化轨道。当形成的一组杂化轨道完全等同（成分相等，能量相同时，这种杂化又叫等性杂化，否则为不等性杂化。对于这一点，各种教科书中的说法是相一致的。但是，对于如何引起杂化轨道中成分不等而形成不等性杂化却各有评说。

第一种观点认为：凡是由于杂化轨道中有不参加成键的孤电子对的存在，而形成不完全等同的杂化轨道，这种杂化叫不等性杂化。这也是多种《无机化学》教科书上较普遍的说法。

第二种观点则认为：对于不等性杂化，不仅要考虑中心原子是否有孤对电子，而且还要考察与中心原子相互作用的其它原子的影响。若中心原子A 与完全相同的原子或基团B形成共价键，由于所形成的键都一样，A 原子轨道一般采取等性杂化，若中心原子A 与不相同的其它原子或基团B和C同时结合，就会形成不同的键而出现不等性杂化。

第三种观点是：当中心原子参与杂化的轨道除了有被成单电子占据的外，在还有空轨道时，则认为中心原子也采取了不等性杂化。如分子中每个B原子采取了不等性杂化，其中三个杂化轨道各占有一个成单电子，而有一个杂化轨道是空的。

第四种观点认为：不等性杂化又分为有孤对电子参加的杂化和没有孤对电子参加的杂化（又叫部分杂化）两种类型。所谓部分杂化是指中心原子成键的原子轨道只有一部分原子轨道参加杂化，且生成键，而未杂化的原子轨道形成π键。

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