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“为什么原子轨道在形成化学键时要进行杂化?”对这个问题,我认为可以从轨道杂化的可能性和必要性这两个方面加以说明:
(1)为什么原子轨道可能进行杂化?因为电子具有波动性,不同的波在一定条件下有相互叠加而形成新的波的性质。因此,原子在化合过程中,受其它原子的作用,同一原子的不同原子轨道(即不同的波函数)就可能进一步线性组合而成新的原子轨道,即所谓杂化轨道。
(2)为什么原子轨道需要进行杂化呢?原子的核外电子运动状态(即电子构型)处于基态的情况是不常见的,只有孤立原子这种电子构型才是最稳定的。如果原子处于化合状态,这种基态的电子构型就不是最稳定的了。物质都有使自身能量降低的趋势,因此原子相互成键时,为了使形成的化学键更加稳定,放出更多的能量,原子的外层轨道就要发生变化。
原子成键时为了达到放出更多的能量,一般采取两种方式改变电子构型:
①由基态变激发态。激发态的单电子数比基态多,就可多形成化学键,尽管激发电子需要能量,但体系总能量却更低了;
②轨道杂化。轨道杂化后能使体系能量降低。因为杂化轨道的显著特点之一是具有强烈的方向性,轨道形状与原来轨道大不相同,变成一头大一头小了。
例如,碳原子用sp杂化轨道(大的一头)与其它原子成键,重叠部分就比纯s或p轨道大得多,故成键能力增加了。概括地说,“原子轨道具有波的性质,同一原子的几种不同的原子轨道可以通过线性组合而形成杂化轨道。杂化轨道具有强烈的方向性,从而增强成键能力。但是,孤立原子本身并不会杂化,因为杂化往往导致孤立原子的能量升高。只有当原子间相互键合时才形成杂化轨道,因为这时杂化轨道强的成键能力才会发挥作用。”
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