s和p轨道的杂化演示

实验目的

认识 s、p 轨道的形状，理解 sp、sp2、sp3 杂化轨道的形成及空间取向。

实验原理

同一原子中能量相近的 s 轨道和 p 轨道可以混合，重新组合成能量相同的杂化轨道，杂化轨道数等于参与杂化的原子轨道数。sp 杂化得到 2 个轨道，夹角 180°；sp2 杂化得到 3 个轨道，夹角 120°；sp3 杂化得到 4 个轨道，夹角 109°28′。杂化轨道成键时重叠程度更大。

实验器材

• s 轨道（球形）
• p 轨道（哑铃形，px、py、pz）
• sp 杂化轨道
• sp2 杂化轨道
• sp3 杂化轨道

实验步骤

1. 先分别观察 s 轨道和三个互相垂直的 p 轨道的形状。
2. 选择 sp 杂化，观察 1 个 s 与 1 个 p 轨道混合成 2 个轨道。
3. 选择 sp2 杂化，观察 3 个轨道在同一平面内的分布。
4. 选择 sp3 杂化，观察 4 个轨道指向正四面体顶点。
5. 对比三种杂化的轨道数、夹角和对应分子的空间构型。

实验现象与结论

sp 杂化轨道呈直线形，夹角 180°，如 BeCl₂；sp2 杂化轨道呈平面三角形，夹角 120°，如 BF₃；sp3 杂化轨道呈正四面体形，夹角 109°28′，如 CH₄。sp2 杂化后剩余的 1 个 p 轨道未参与杂化，可用于形成 π 键。

常见问题

杂化轨道的数目怎么确定？

杂化轨道数等于参与杂化的原子轨道总数，如 1 个 s 和 3 个 p 杂化得到 4 个 sp3 杂化轨道。

sp2 杂化后剩下的 p 轨道有什么用？

它没有参与杂化，垂直于杂化轨道所在平面，可侧面重叠形成 π 键，如乙烯的碳碳双键。