材料人一定都听过s、p、d轨道,sp、sp²、sp³杂化,但真正问到它们为什么这样画、轨道如何重新组合、又怎样决定分子结构,很多人根本说不清!
本次华算科技整理了【100+轨道杂化与成键构型图】,从原子轨道、轨道重叠,到sp、sp²、sp³及常见空间构型,用直观图片帮助大家快速建立完整认识!
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什么是轨道杂化?
可以把原子看成一个“连接中心”,原子轨道就是电子最可能出现的空间区域,也是原子与其他原子形成化学键的位置。
不同轨道的形状和方向不同。s轨道接近球形,没有明显方向;p轨道由两个叶瓣组成,具有明确方向;d轨道形状更复杂,常见于过渡金属及其配位结构中。

s、p、d轨道形貌对比
当原子参与成键时,原有轨道有时会重新组合,形成能量相近、方向更加明确的新轨道,这一过程称为轨道杂化。杂化的核心作用,是解释化学键的方向性和分子的空间结构。



sp、sp²、sp³有什么区别?
sp杂化由一个s轨道和一个p轨道组合,形成两个方向相反的新轨道,因此常对应线型结构,例如乙炔中的碳。
sp²杂化由一个s轨道和两个p轨道组合,形成三个处于同一平面的轨道,因此常对应平面三角结构,例如乙烯、苯环和石墨烯中的碳。
sp³杂化由一个s轨道和三个p轨道组合,形成四个朝向立体空间的轨道,因此常对应四面体结构,例如甲烷和金刚石中的碳。

sp、sp²、sp³杂化对比图


杂化与化学键有什么关系?
σ键:轨道沿成键方向正面重叠

s-s轨道重叠形成σ键、s-p端对端重叠、p-p端对端重叠形成σ键、π键
π键:未杂化p轨道从侧面重叠

苯环中的sp²与离域π电子

σ键与π键对比图
为什么双键和三键会限制旋转?
怎样通过杂化判断成键方式?











原子轨道

sp轨道杂化

sp²轨道杂化

sp³轨道杂化

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