10.7: 原子轨道的杂化方式 II

三角双锥、正八面体 和其他分子形状可以 通过假设 3d 轨道 参与杂化过程来解释。五氯化磷分子 呈三角双锥状，含有 5 个价电子。磷利用 3s 轨道、三个 3p 轨道 和一个 3d 轨道形成五个 参与磷-氯键的 sp3d 杂化轨道。六氟化硫具有正八面体结构，含有 6 个价电子。硫的 3s 轨道、三个 3p 轨道 和两个 3d 轨道 构成了六个等价的 sp3d2 杂化轨道。这六个 sp3d2 轨道在硫周围形成正八面体结构，并参与硫-氟键的 形成。杂化的概念 也为多重键的形成提供了解释。两个 p 轨道的肩并肩重叠 产生 pi（π）键。然而，pi（π）键只有在 两个原子之间已经存在 sigma（σ）键的情况下 才能在双键和三键中形成。由于 pi（π）键位于核间轴的 相对两侧，因此 pi（π）键 无法围绕该轴旋转。在乙烯分子中，两个碳原子 都呈 sp2 杂化。碳原子的一个 s 轨道和两个 p 轨道的混合 产生三个相同的 sp2 杂化轨道，一个 p 轨道保持未杂化。碳-碳 sigma（σ）键是由两个 sp2 杂化轨道（每个碳原子各提供一个）的重叠形成的。每个碳上的两个碳氢 sigma（σ）键是 由两个 sp2 杂化轨道与氢原子的 1s 轨道 重叠形成的。因此，乙烯分子中形成了五个 sigma（σ）键。碳上未杂化的 2p 轨道 彼此肩并肩重叠，产生 pi（π）键。所有六个原子都位于同一平面上，因此 2p 轨道可以有效重叠。因此，乙烯中的双键由 一个 sigma（σ）和一个 pi（π）键组成。乙炔的三键和线性几何结构 可以利用 sp 杂化进行解释。两个碳原子的 2s 和 2p 轨道 进行杂化，分别产生两个 sp 轨道，而两个 p 轨道保持未杂化。一个 sp 轨道与另一个碳原子 形成一个 sigma（σ）键，而其余的 sp 轨道 与氢原子形成 sigma（σ）键。这两个未杂化的 2p 轨道是垂直的，且在 sp 杂化轨道的主轴上相交。这些 2p 轨道与另一个 碳原子的 2p 轨道肩并肩重叠，导致形成两个 pi（π）键。因此，乙炔中的三键 由两个碳原子之间的一个 sigma（σ）键和两个 pi（π）键 组成。