乙烯杂化轨道

题目

乙烯杂化轨道
乙烯是C2H4,电子核外排布式是1S^22S^22P^2,那么2S轨道上就有两个自旋相反的电子,2P轨道上有2个电子,2S轨道上一个电子激发到2P轨道上,应该没错吧?我想问的是,杂化时为什么是一个2S上的电子和2个2P轨道上的电子杂化,而不是和3个2p轨道上的电子杂化,之后又怎么成键的?还有CH4和C2H2又怎样杂化成键,三者有什么区别?最好能画个杂化过程图,

答案

不考虑电子如何排布,应该先讨论乙烯的轨道.乙烯含有两个碳原子和四个氢原子,就碳原子而言,涉及其最外层的2S,2Px,2Py,2Pz四条轨道,其中S轨道和两条P轨道SP2杂化后形成在同一平面内的三条SP2轨道,剩下的那条P轨道垂直于此平面；而氢原子就只有一条S轨道.下面开始成键,碳原子和碳原子通过各自的一条SP2轨道,形成σ键,根据分子轨道理论,因为两个碳原子各贡献一条轨道,因此成键后仍然要存在两条轨道,一条成键轨道（能量低）,一条反键轨道；而氢原子的S轨道与碳原子的其它SP2轨道分别形成σ键,同样道理也存在一条成键轨道和一条反键轨道；两个碳原子还各自有一条彼此平行的P轨道,形成π键,当然也有一条成键轨道,一条反键轨道,整个乙烯分子的轨道就是这样构成的,共有5个σ键和1个π键,12条分子轨道,其中成键轨道6条,每条轨道可容纳两个电子.下面分析电子的排布,碳原子最外层4电子,氢原子1个电子,一共12个电子,它们都应该在能量尽量低的轨道中,恰好排满成键轨道,其中氢原子的电子和碳原子的一个电子排在C－Hσ键的成键轨道里,这样氢原子的电子用完了,每个碳原子还剩下两个电子,接着每个碳原子各出一个电子占据C－Cσ键的成键轨道,还有各自一个电子占据C－Cπ键的成键轨道.
以上是我对价键理论和分子轨道理论的理解,仅供参考.
希望对你能有所帮助.