4.4价层电子对互斥理论在线视频

这一节我们介绍价层电子对互斥理论

我们知道简单的Lewis模型

可以解释很大一部分分子中化学键的形成

解释为何原子可以形成这些稳定的分子

然而仅用Lewis分子结构描述

不能很好说明分子的几何结构

在这一节中将介绍价层电子对互斥理论

该理论可以用来判断分子构型

价层电子对指的

就是由价电子形成的成键电子对

以及没有成键的非键电子对

也就是孤对电子

由于电子带负电

因此这些价电子对互相排斥

尽可能的远离

因此数目不同的电子对

就会张成不同的几何形状

如看这个图

两对价电子就会张成一个直线形

三对价电子张成一个三角平面形

四对价电子张成一个四面体型

五对价电子是三角双锥形

六对价电子是八面体形

我们知道中心原子和周围原子

我们称为配体

成键的时候可以是单键或多重键

非成键的电子可以是孤对电子

也可以是单个孤电子

在价层电子对互斥理论中

无论是单键 双键还是三键

都看作是一个键区

相当于一对价电子来处理

因此一个配体就有一个键区

若存在孤对电子

中心价层电子对的数目

就是键区的数目加上孤对电子对的数目

也就是配体加上孤对电子对的数目

需要指出价电子的形状在分子结构中

是体现不了的

也就是看不见的

如果没有配体 无论中心原子

价电子对的数目是多少 都只看到一个原子

下面根据价层电子对互斥理论

判断一些分子的构型

在用价层电子对互斥理论的同时

还给出了这些分子的Lewis结构

大家可以进行比较

首先看没有孤对电子的情况

也就是说 只有配体

那么当配体等于2

如二氯化铍分子由于有两对价电子

所以说它张成一个直线结构

还有二氧化碳

二氧化碳的碳氧键是双键

但是只看作是一个键区

所以说两个双键也就相当于两对价电子

因此也是形成直线形结构

当配体的数目等于3

如三氟化硼

那则张成一个三角平面形结构

还有甲醛

甲醛也是有三个配体

因此也是张成一个三角平面形结构

而且从这个结构中我们可以看到

碳氧双键与碳氢单键的夹角

大于碳氢单键间的夹角

一个是121.9度

另一个是116.2度

这是因为双键电子数多

有更大的电子分布区域

所以双键与单键的排斥作用

大于单键-单键间的排斥作用

因此双键与单键的夹角大于单键间的夹角

当配体的数目等于4

如甲烷分子

那么这个时候它就构成一个正四面体

当配体数目是5 如五氯化磷

它构成一个三角双锥

磷在中间 五个顶点是氯原子

当配体的数目是6 如六氟化硫

那么它就构成一个八面体

硫在中间 氟在八面体的六个顶点位置

下面我们来看存在孤对电子的情况

先看有四个价电子对的情况

像氨分子

氨分子中的氮原子有五个价电子

其中三个电子与氢各配对形成三根共价键

剩下一对非键电子也就是孤对电子

我们知道孤对电子

在分子结构中是体现不了的

因此氨分子的结构是一个三角锥

或者也可以说是一个四面体

但不是正四面体

而且还可看到氮氢单键夹角小于109度

这是因为孤对电子的分布不同于成键电子对

成键电子对受两个成键原子核的吸引

比较集中在键轴的位置

而孤对电子只受一个核的吸引

分布区域更大

对邻近电子有更强的排斥

这使氮氢单键间键角减小

这里我们也给出了价电子对

作用大小的相对顺序

孤对电子

孤对电子的作用

大于孤对电子与成键电子的作用

而孤对电子与成键电子的作用

大于成键电子对-成键电子对的作用

再来看水分子

对于水分子氧的六个价电子有两个

分别与氢原子的一个价电子配对形成共价键

剩下四个非键电子

也就是有两对孤对电子

这时水分子呈弯曲形

而且更强的两对孤对电子排斥作用

使氢氧氢键角比氮分子中的氮氢单键夹角更小

当价电子对数目更多时

孤对电子的位置有多种选择

我们需要把孤对电子放在正确的位置

也就是使中心原子价电子对

排斥作用最小的位置

孤对电子的位置很重要

不同的位置将得到不同的分子结构

如我们来看四氟化硫中孤对电子的位置

从四氟化硫Lewis结构可知

有四对成键电子和一对孤对电子

现在我们来看孤对电子在哪个位置

可以使分子最稳定

实际上就是要讨论孤对电子

在哪个位置时价电子对的排斥作用最小

首先要指出价电子对之间角度越小

排斥作用越强

价电子对夹角约为120度的时候

它的作用比处于90度的时候小得多

因此这里只考虑夹角约为90度的作用

我们看这个图

若孤对电子在轴的一端

那么这个时候就有三对孤对电子

和成键电子对的作用

以及三对成键电子对-成键电子对的作用

但若孤对电子和三角平面的

一个硫氟键的位置对调

那么将有两对孤对电子和成键电子对的作用

和四对成键电子对-成键电子对的作用

排斥作用会更小

从而形成了跷跷板结构

对于三氟化溴存在两对孤对电子

与溴氟键构成三角平面得到T形结构

这时90度的孤对电子

和成键电子对的作用为四对

若把孤对电子放在轴的两端

分子平面为平面三角形结构

此时90度的孤对电子和成键电子对的作用

将是6对

导致更大的排斥作用

不如T形结构稳定

现在我们再看四氯化碘离子

如图所示 中心原子有两对孤对电子

这两对孤对电子

垂直于分子平面形成四方形结构

下面我们来讨论一下

存在着两个内部原子的情况

前面讨论的结构都是只有一个内部电子

我们来看甲醇分子

甲醇分子的Lewis结构是这样

从Lewis结构中我们可以看到

碳和氧是内部原子

端点原子都是氢原子

那么怎么处理这两个内部原子呢

可以分别处理

若把碳看作是中心原子

那么相对碳原子氧就是配体原子

反过来氧是中心原子时

碳看作是配体原子

由此我们就得到这样一个表

我们也可以看到碳原子共享四对成键电子

没有孤对电子

因此它构成一个四面体形

氧原子的成键电子对是两对

有两对孤对电子

所以它是一个弯曲形

这两个结构链接就会得到如图所示的

甲醇分子结构

对于更多内部原子的分子结构的判断

我们可以做类似的处理

也就是可以分别将这些内部原子

当做中心原子处理

当某个内部原子看作是中心原子时

周围原子就看作是配体

无论这些周围原子

是其他内部原子还是真正的端点原子