3.2　烯烴的結構

烯烴分子與烷烴分子相比在分子構造上最大的不同就是含有碳碳雙鍵結構，因此只要分析烯烴的碳碳雙鍵結構就可了解烯烴的性質與特點。烯烴中乙烯分子是最簡單而且最具有代表性的分子，故以乙烯分子為例討論烯烴碳碳雙鍵結構特點。

經物理方法測試發現，乙烯分子的所有碳原子和氫原子都分布在同一平面上，如圖3-1所示。

圖3-1　乙烯分子的結構

乙烯分子的形成過程可以用圖3-2來描述。

圖3-2　乙烯分子中σ鍵和π鍵形成過程

乙烯分子中，每個碳原子核最外電子層都有4個電子，其中2s軌道有2個，2p軌道有2個電子分別占有2px和2py軌道。形成乙烯分子時，從外界獲得能量后，2s軌道上的一個電子激發到2pz軌道上來，形成4個電子分占4個軌道（一個2s和3個2p軌道），如圖3-2（a）所示。現代物理方法證明，乙烯分子的所有原子都在同一個平面上，每個碳原子只和三個原子相連。居于這個事實，科學家提出雜化軌道理論：乙烯分子生成時，碳原子要先雜化成等能量的軌道后才成鍵，即采用一個2s軌道和2個2p（2px和2py）軌道進行雜化形成等能量的3個sp2雜化軌道，它們的軌道對稱軸的夾角為120°，即平面正三角形結構。這種雜化方式稱為sp2雜化，如圖3-2（a）所示。然后再和氫原子的1s軌道沿著鍵軸，頭碰頭重疊生成4個碳氫σ鍵，兩個碳原子間也生成一個σ鍵，這5個σ鍵的對稱軸都在同一個平面上。而兩個碳原子的未雜化pz軌道則沿著鍵軸，肩并肩重疊生成π鍵。值得注意的是：①π鍵和σ鍵不同，它沒有軸對稱，不能自由旋轉，如圖3-3所示；②σ鍵電子云處于兩核中間，受核的吸引力大，不容易極化，而π鍵電子云離核相對較遠，受核的吸引力比較小，容易被極化，容易發生親電加成反應，表現烯烴的不飽和性質；③π鍵電子受核的吸引力比較小，意味著這些電子容易失去，π鍵容易被氧化，表現出烯烴的氧化特性。

圖3-3　乙烯的σ鍵和π鍵電子云

生成乙烯時，由于雙鍵碳上生成的C—H σ鍵和C—C σ鍵不全等，此外還有碳碳π鍵存在的影響，因此，同一個碳原子上的這2個鍵角也并不全等，如：H—C—H夾角和H—C—C夾角分別為121.7°和116.6°。由于碳碳雙鍵比碳碳單鍵多了一個π鍵力的作用，因此，雙鍵鍵長比C—C單鍵鍵長稍短，分別是0.133nm和0.154nm；鍵能也各不相同，分別是611kJ/mol和347kJ/mol，由此可知C—C π鍵鍵能等于264kJ/mol，明顯小于C—C σ鍵鍵能，表明π鍵比σ鍵更容易斷裂而發生反應。