[科普中國(guó)]-不等性雜化

雜化軌道可分為等性雜化和不等性雜化兩種。不等性雜化指參加雜化的各原子軌道中所含的未成對(duì)電子數(shù)不相等，雜化后所生成的雜化軌道的形狀和能量不完全等同，或者說在每個(gè)雜化軌道中所含s成分和p成分的比例不完全相等。

簡(jiǎn)介雜化軌道理論是為了解釋多原子分子的空間構(gòu)型問題，于1931年由鮑林和斯萊脫根據(jù)電子具有波性，波可以互相疊加的量子力學(xué)原理，在價(jià)鍵理論的基礎(chǔ)上建立起來的。該理論不僅成功地解釋了許多分子的幾何構(gòu)型，而且還加深了人們對(duì)分子構(gòu)型的理解。它既直觀， 又易于接受， 所以， 在《無機(jī)化學(xué)》分子結(jié)構(gòu)一章中將該理論作為重點(diǎn)介紹的內(nèi)容。

不等性雜化的特點(diǎn)是參加雜化的各原子軌道中所含的未成對(duì)電子數(shù)不相等，雜化后所生成的各雜化軌道的形狀和能量不完全等同?；蛘哒f每個(gè)雜化軌道中所含s成分和p成分的比例不相等，這類雜化叫做不等性雜化。

定義在雜化過程中形成的各新雜化軌道所含s 和 p 的成分不相等，這樣的雜化稱為不 等性雜化，形成的雜化軌道為不等性雜化軌道。1

舉例、、O、S 等分子中的中心原子N、P、O 、S 原子在成鍵時(shí)均采用 sp5不等性雜化。分子中的N原子的外層電子構(gòu)型為2S22P3, 成鍵時(shí)進(jìn)行sps雜化。但由于原先s 軌道中已含一對(duì)孤對(duì)電子，因此雜化后4 個(gè) Sp3雜化軌道所含s、P 的成分不完全相等。成鍵時(shí)，N 原子用 3 個(gè)各含一個(gè)未成對(duì)電子的sP3成鍵雜化軌道分別與3 個(gè) H 原子的1s 軌道重疊，形 成 3 個(gè) N- H 鍵 ，而一個(gè)含孤對(duì)電子的sp3雜化軌道沒有參加成鍵,由于孤 電子對(duì)在N 原子核外占據(jù)較大空間，對(duì)其他3 個(gè)成鍵電子云有排斥作用，使 N—H 鍵之間 的 鍵 角 小 于 109°28'，而 是 107° 18'，因 此 ，NH3分 子的 幾 何 構(gòu) 型 為 三 角 錐 形。

分子中的基態(tài)O 原子的外層電子構(gòu)型為2s22p4，已含兩對(duì)孤對(duì)電子，在 形 成 分子時(shí)，在 H 原子的影響下， O原子采取sp3不等性雜化，得到能量不同的兩組sp3雜化軌 道。成鍵時(shí), O 原子用兩個(gè)各含有1 個(gè)未成對(duì)電子的sp3成鍵雜化軌道分別與兩個(gè)H 原 子的1S 軌道重疊，形成兩個(gè)O—H 鍵，而兩個(gè)含孤對(duì)電子的雜化軌道沒有參與成鍵。 由于兩對(duì)孤對(duì)電子對(duì)成鍵電子云的排斥作用更大，使 O—H 鍵之間的鍵角更小，故 分子中O—H 鍵之間的鍵角是104°45'，因此，分子的幾何構(gòu)型為 V 形。2

不等性雜化形成眾所周知，將同一個(gè)原子的若干不同類型的原子軌道“ 混合” 起來， 重新組成一組新原子軌道的過程叫原子軌道的雜化，而形成的一組新軌道叫雜化軌道。當(dāng)形成的一組雜化軌道完全等同（成分相等，能量相同時(shí)，這種雜化又叫等性雜化，否則為不等性雜化。對(duì)于這一點(diǎn)，各種教科書中的說法是相一致的。但是，對(duì)于如何引起雜化軌道中成分不等而形成不等性雜化卻各有評(píng)說。

第一種觀點(diǎn)認(rèn)為：凡是由于雜化軌道中有不參加成鍵的孤電子對(duì)的存在，而形成不完全等同的雜化軌道，這種雜化叫不等性雜化。這也是多種《無機(jī)化學(xué)》教科書上較普遍的說法。

第二種觀點(diǎn)則認(rèn)為：對(duì)于不等性雜化，不僅要考慮中心原子是否有孤對(duì)電子，而且還要考察與中心原子相互作用的其它原子的影響。若中心原子A 與完全相同的原子或基團(tuán)B形成共價(jià)鍵，由于所形成的鍵都一樣，A 原子軌道一般采取等性雜化，若中心原子A 與不相同的其它原子或基團(tuán)B和C同時(shí)結(jié)合，就會(huì)形成不同的鍵而出現(xiàn)不等性雜化。

第三種觀點(diǎn)是：當(dāng)中心原子參與雜化的軌道除了有被成單電子占據(jù)的外，在還有空軌道時(shí)， 則認(rèn)為中心原子也采取了不等性雜化。如分子中每個(gè)B原子采取了不等性雜化，其中三個(gè)雜化軌道各占有一個(gè)成單電子，而有一個(gè)雜化軌道是空的。

第四種觀點(diǎn)認(rèn)為：不等性雜化又分為有孤對(duì)電子參加的雜化和沒有孤對(duì)電子參加的雜化（又叫部分雜化）兩種類型。所謂部分雜化是指中心原子成鍵的原子軌道只有一部分原子軌道參加雜化，且生成鍵，而未雜化的原子軌道形成π鍵。3

等性雜化定義在雜化過程中形成的每一種雜化軌道所含的s 及 p 的 成分相等， 這樣的雜化稱為等性雜化，形成的雜化軌道為等性雜化軌道。1

舉例如、、等分子為等性雜化。基 態(tài) Be的外層電子構(gòu)型為2s2，在成鍵時(shí)先發(fā)生激發(fā)，成為激發(fā)態(tài)2s12p1。隨即發(fā)生雜化，即Be的1個(gè)2s 軌道和1個(gè)2p軌道進(jìn)行sp雜化，形成兩個(gè)sp雜化軌道，每個(gè)雜化 軌道中各有一個(gè)未成對(duì)電子。兩個(gè)C1原子的3p1軌道以“頭頂頭”方式與各雜化軌道大的一端重疊，形成兩個(gè)σ鍵。由于Be的兩個(gè)sp雜化軌道間的夾角是180°，因此所形成的 BeCI2的幾何構(gòu)型為直線形?；鶓B(tài)C原子只有兩個(gè)未成對(duì)電子，在形成時(shí) ，在H的影響下，C的1個(gè)2S軌道和3個(gè)2p軌道進(jìn)行sp3雜化，形成4個(gè)sp3雜化軌道，每個(gè)Sp3雜化軌道中各有一個(gè)未成對(duì)電子。C用4個(gè)Sp3雜化軌道分別與4個(gè)H的1s軌道重疊形成4個(gè)σ鍵。由于C的4個(gè)sp3雜化軌道間的夾角為109°28'，所以生成的的幾何構(gòu)型為正四面體。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李廉 - 副教授 - 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)