当前课程知识点：大学化学 > 第四章 分子结构与化学键理论 > 4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）I > Video
同学们好
下边我们开始
第四节的学习
在第四节当中
我们要引入一个
新的理论体系
我们称为
价层电子对互斥理论
有关这部分内容啊
在中学里边我们很少涉及
但是
这个理论所讨论的
分子结构
与价键之间的规律
在中学里边
老师们已经从
不同的层次
不同的对象当中
帮大家做了相关的介绍
下边我们就来看一下
这个价层电子对互斥理论
它是怎么来的
它具体的有什么样的
理论的构架
首先
价层电子对互斥理论
是由英国化学家
西吉威克
首先
根据我们的原子轨道和
形成分子结构的
原子当中的σ键和
孤对电子为主要的依据
来提出来的这样一个
判断分子几何构型的
一套理论的体系
这套体系一经提出
立刻为人们找到了
方便的从原子轨道和σ键
孤对电子等等这些基本的
量子化学的参数
能够推导或预测出
我们的分子的空间构型
这样一个简便的方法
为后续人们的研究呢
提供了极大的方便
首先
西吉威克认为
分子共价键
无论是单键 双键
还是叁键
它们组成这些共价键当中的
电子对以及孤对电子
由于它们的电性相同
彼此会处在
相互排斥的状态
因此
这些成键的电子对
还有未成键的孤对电子
应该是彼此倾向于
尽可能的远离
这样才能使分子
保持对称的结构
因此
分子结构的形成
从价键的角度和
电子构型的角度上来看
西吉威克为我们总结了
孤对电子和成键电子对
对于形成分子构型
它们的关键的作用
这样一些规律
成为了建立
我们的基本理论体系的
一个基础
其次呢
西吉威克认为
在价层电子
形成这样一个
互斥结构的时候
我们针对像ABn型
这样的分子
这当中A
我们一般认为是中心原子
B称为配位原子
这个配位原子是
更广义的配位原子
有的书上也把它称为配体
它和我们在下一章
配合物当中
所要谈到的配体
与中心原子之间的作用
还有所不同
在这里
以ABn型组成的
共价结构的分子
往往这当中
A是主族元素的原子
也可以是
我们的过渡族金属
B它可以是非金属
这当中还有什么呢
还有就是一个LM
这个LM
我们用特殊的颜色标识
是因为它是指孤对电子
在以往的分子式当中
我们很少把孤对电子
这样一个参量
描写在分子式当中
而对于ABn型的这样一个
共价分子结构当中
如果考虑我们的成键电对
和孤对电子的
共同作用的话
这时候就有必要
把我们的孤对电子数
引入到
我们的结构参数当中来
价层电子对互斥理论
主要有以下的观点
首先
它认为分子的空间构型
取决于中心原子的
价层电子对的数目
而价层电子对的数目呢
又仅仅是考虑
σ键和孤对电子数
这样就使我们
在以往学习的过程当中
我们把形成双键和叁键
这样复杂的
多键的共价结构呢
简化为只考虑当中的
σ键的电子对数
同时呢 还要考虑
未成键的孤对电子数
这是中心原子价层电子对
它的构成的总和
关于怎么样去计算
一个中心原子的
价层电子对数的
这样的方法呢
后续我们会给大家
来详细的介绍
这里首先我们要看的是
中心原子的价层电子对数与
我们的分子的空间构型之间
有一 一对应的关系
我们可以发现
当中心原子的
价层电子对数为2的时候
共价分子将是一种
直线型的结构
如果为3呢
是一种平面三角形的结构
为4 四面体
5和6呢
则分别是
三角双锥和八面体结构
了解了价层电子对数与
分子空间构型之间的
对应关系
我们还可以了解价层电子对呢
它们由于互相之间
存在着排斥力
所以无论是形成σ键的电对
还是处在
孤对电子状态的电对
它们彼此之间会互相排斥
应该彼此相互远离
这样才能够使他们的
共价分子结构呢 得以稳定
对于带正负电荷的离子
则由于中心原子的
价电子的数目当中
存在着我们的额外的
带正电和带负电的
这样的一个价电子
所以
在我们计算中心原子的
价电子的数目的时候
要把它相应地加上或减去
如果在计算过程当中
出现了小数
我们这时候呢都要以1来代替
我们的小数部分
同时 由于键对电子呢
受到两个原子核的
同时吸引
所以电子云的分布呢
就比由单个原子核所吸引的
孤对电子要分布更广泛
分布得更加弥散
某种程度上可以形象地说
电子云会比孤对电子
来得要瘦一些
同时
不同的价电子对之间
它们的排斥作用也存在着
根据电子云分布的
密度的大小
而出现的大小的差异
比如说
孤对电子和孤对电子
它们彼此之间呢
存在着电子云的密度
都比较高
因此
在相同的作用距离上
彼此之间的排斥作用
会是更强的
这样我们就可以总结出
孤对电子与孤对电子
它们的互相作用呢
会强于孤对电子与
键对电子之间的作用
同时
由于键对和键对电子之间
它们的分布范围比较广
电子云的密度呢
相对要小一些
也就是比起孤对电子来讲
它们电子云要瘦一些
这时候
键对与键对之间的作用呢
就比孤对与键对
孤对与孤对之间的作用呢
要来得弱
这时候我们还要
重申刚才最初的
这样一个话题
也就是说
我们在考察
键对和孤对电子的时候
会遇到多重的价键的结构
像上一节当中
我们讲到过的
乙烯和乙炔当中
都存在着碳碳之间的双键
和叁键这样的一个多重键
但是我们在
杂化轨道理论里边也讲过
这种通过杂化轨道形成的
多重键当中
无论它是单键
双键还是叁键
都只唯一的有一个是σ键
另外多出来的
那一个或两个键呢
是处在不同空间取向上的
π键
而在我们的价层电子对
互斥理论当中
我们的价层电对数
也只计我们的σ键
而不计多重键当中的π键
多重键一律按单键来处理
这一点
同学们一定要牢记
好 有了这样的规则以后
我们来看
既然价层电子对
与我们的空间构型
密切相关
也讲清楚了
怎么样去取
我们的多重键和
我们的孤对电子
这样的一些基本的原则
那么 价层电子对数
通过我们的前面讲的
σ键的电子对数与
孤对电子的对数
两者之和
我们会总结出
这么一个公式
这个公式当中
由中心原子的价电子数
加上配位原子提供的
价电子数
在这里分别有
加和减离子的电荷数
这当中
如果离子是负离子
我们就要加上相应的
电荷数
如果离子呢是正离子
我们要减去离子所带的
相应的电荷数
这样一个式子呢
我们还要给它除以2
因为我们计的是电子对数
而不是电子数
从这里我们就看到
在这里是电子对数
而这里呢是价电子数
这里呢也是价电子数
这里呢是它的价数
所以要把它变成电子对呢
理所当然的
我们要除以一个2
同学们会想
好烦啊 这么多名词
我怎么能一下记得下来呢
又是价电子数
又是我的离子的价数
没关系
同学们
我们静下心来
一步一步地来看
每个部分怎么去取
然后我们就会掌握
这样看似长长的概念当中
最精髓的部分
首先
对于这样一个公式
我们的负离子的价态
取正号
正离子的价态取负号
这一点就是指
我们的ABn型的
这样的一个共价化合物
有的时候它会带上
相应的价态
如果它带的价态是负的
这时候
我们就要把这个价态
加在我们的价电子数当中
如果它带的价态是正的
这时候我们就要把它减掉
我们相应离子的
价态的电荷数
同时
我们在取配位原子的
相应的价电子数时
要注意
注意什么呢
就是H和卤素这些原子
所提供的价电子数
一律计为1
这一点是比较特殊的
同学们要记住
这是价层电子对取值的
一个非常特殊的规律
有同学
可能一下子难以记住
觉得H它的价电子数是1
我可以理解
卤素明明价电子数是7啊
但为什么这个地方
也要计成1呢
这是跟我们总结
价层电子对互斥理论的
前边几条基本的假设
密切相关的
也是被后续的实验
所证实的
在初期呢同学们只要记住
可以很好地利用
就可以了
同时第二个特殊点就是
O和S
它们作为配位原子的时候
这时候啊 更特殊的一点是
价电子数要写为0
不写出
所以掌握了这两点啊
后续我们在计算
价层电子对的时候
才能够把握住它的准确性
保证不会出错
否则的话
我们可能计算出来的结果和
它的实际结构之间
就会出现偏差
同学们在后续的学习当中
一定要多加注意哦
H和卤素价电子数只取1
不但要记住H
而且卤素
这时候我们要忍痛
把它计做1
而不要再和原来的
我们最初的7个价电子
这样的概念互相混淆了
O和S作为配原子的时候
价电子数是0
不写出
也是我们要慢慢地习惯的
第二个原则
以下我们可以来看
对于SO42-
这样一个共价结构
同时又带有-2价的
这样一个离子
那么我们看中心原子S
它的价层电子数呢
我们看S
作为中心原子的时候
它的价电子数还是要取的
O呢
刚才的原则2已经告诉我们
作为配位原子的时候
O取0
我们插一个小话题
同学们如果S
在这里不是作为中心原子
而是作为配位原子呢
很好 S这时候也要取0
但是不同的是在SO42-当中
S是中心原子
而不是配位原子
所以S要取它正常的
价电子数
是6
O呢 恰恰这里是做配位原子的
所以O取0
由于整个SO42-离子
是带-2价
刚才讲了
负离子后边的符号
要取加号
正离子取减号
所以 这个2要取加号
除以整个括号外的2
我们就会得到4
这样一个结果
4的话
对照我们的价层电子对数与
我们的结构之间的关系
我们就会发现
4对应的是
空间四面体结构
这个知识在中学里边
同学们已经通过
其它的途径了解了
但是反过来
你来看
如果我们从
价层电子数目这一块
来判断我们的
共价离子的结构
它的空间构型
是不是来得
更简单
更直接啊
这就是
一开始李老师告诉大家的
很多知识我们在中学里
已经学习过了
但是
我们可以用更方便
更直接的知识
来代替我们以往的
那些不明了或者是
间接了解的内容
价层电子对互斥理论
就是提供了
这样一个实例
我们还可以把这个知识
用到PCl5结构的判断当中
从我们杂化轨道理论的
学习当中
我们已经知道了
这个结构是一个
三角双锥的结构
如果我们不用
杂化轨道理论来解析
我们用价层电子对数目
来剖析它的结构
我们发现
P的价层电子数呢
也可以等于我们的
中心原子的5
注意Cl
虽然它的价电子数是7
但是我们的规则1
告诉我们了
作为配位原子的时候
它要取1
和H是一样的
那么5个配位原子
我们就变成了
5乘以1等于5
由于PCl5
是一个中性的分子
不带电价
所以这时候
我们就不需要
在后边考虑离子价态的
加和减
除以我们整个括号外的2
最后就得到了数值5
再对照我们前边的数据
我们就会发现
价层电子对数是5的话
恰恰对应的空间结构就是
三角双锥结构
和我们用杂化轨道理论
解析出来的结构
是完全一致的
所以通过这两个例子
同学们就可以更加深对于
价层电子对互斥理论与
共价分子的
空间结构之间的关系呢
有了更深刻
更具体的印象
同时 也为同学们
进一步学习相关知识呢
提供了更多的方便
根据中心原子
价层原子对数
我们可以推测
电子对空间的布局
空间的排布方式
从而呢 可以得出
我们的分子结构的
空间构型
根据我们的成键电子对数
孤对电子数
以及它们之间的
互相作用力的大小
我们可以确定
相互之间
作用力最小的结构
或者是对称型呢
就是我们的分子或离子
最后稳定的空间结构
从我们的价层电子对数
与我们最后所形成的
稳定的空间结构
两者之间的关系上
我们可以进一步的
把含有孤对电子和
不含有孤对电子的结构
进行更加细化的分类
然后在这当中
我们就可以找到
我们在以往熟悉的
许多多变的结构
它们为什么会是那样
特殊的类型
这当中就与我们形成
共价分子或离子的
本身价电子的电子对数
以及我们孤对电子的数目
有直接的关系
这个关系我们可以从
这样的图例当中得到
更直接
更明了的解答
首先 对于中心原子的
价电子对数是2的
这一类的共价分子
我们知道AB2型
一般都是一个
直线型的分子
我们前面跟大家
通过杂化轨道理论解析的
sp杂化结构情况下的
BeCl2
就是直线型
CO2呢也是直线型
这一点
正好印证了两个理论
共同的一致的结果
如果当中心原子的
价电子对数达到3的时候
刚才我们讲了
3的时候呢
是一个平面三角形
但是注意
这个时候是意味着
在这样一个结构当中
没有孤对电子参与
只有我们的键对电子参与
如果同样是中心原子的
价电子的对数是3
但是这时候出现了
孤对电子
也就是最初
我们在介绍这个理论的时候
ABn后面还有一个L
同学们也许还记得
L就是孤对电子的
这样一个表达方式
如果在这当中
有两对键对
和一对孤对电子
它们价电子对数还是3
但是这时候的分子的结构
却变成了V形
而不是这样一个
平面的三角形
这当中成三角形的
我们前面分析过
有BF3
此外 还有没有分析过的
BCl3
以及我们的SO3等等
而从V字形结构呢
有PbCl2
SO2
O2等等这些结构
如果
我们的价电子对数达到4
这时候
键对数如果是4的话
是我们前面分析的
四面体结构
如果孤对电子数分别是1
或者是2
键对数分别是3和2的时候
它的变化呢也就是
其中某一个成键对的位置
会被孤对电子所取代
而分子在空间的构型呢
分别是三角锥和V形
比如说 我们讲的
不等性杂化当中两个特例
一个就是我们的NH3分子
107°的夹角
怎么形成的
就是因为
这样一个孤对电子
对于另外三个键对的压缩
使它们小于了109°28′
而另一个典型的
不等性杂化
我们是针对于H2O分子的
V形结构
这当中是两个孤对电子
对于H-O键的压缩
使它们由原来的109°28′
这样的理想的夹角
缩小为104.5°
所以
由于空间四面体
存在着这样一个
变化的方式
从空间的四面体
变为三角锥形和V形
也就是由原来的
这样一个非极性结构
变成了极性结构和
极性结构的增强结构
同样
我们还可以在
价电子对数为5的结构当中
发现不同的孤对电子数
对于我们的结构的影响
分子构型可以从三角双锥
一直变化成直线型
在6的结构当中
也可以从八面体的构型
变化成一个平面的
正方形
所以同学们
有了价层电子对互斥理论
给我们的关于
键对与孤对电子数
对于空间构型的影响
这样一个理论的基础以后呢
后续我们不仅在学习
共价化合物的空间结构当中
掌握了很好的方法
而且
我们在了解配合物
形成的空间构型与它们的
轨道杂化之间的关系的时候呢
也会借鉴到
相关的理论知识
有关这部分内容啊
第五章当中
李老师会给大家
分享很多关于
配合物空间特殊结构与
它们的键对电子之间的关系
有关这节课的内容啊
我们暂时先介绍到这
-1.1 不一样的大学化学
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-1.2 化学体系的建立
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-1.3 应该了解的化学
--Video
-1.4 课程学习的必要准备
--Video
-第一章 绪论--第一章 习题
-2.1 物质的聚集状态—物质的相与相变
--Video
-2.1 物质的聚集状态—气体—理想气体与实际气体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—气体—实际气体的状态方程
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—单晶多晶与非晶结构；晶体的宏观性质
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—晶体的对称性
--Video
-2.1 物质的聚集状态—等离子体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液晶
--Video
-2.1 物质的聚集状态—等离子、液晶与平板显示技术
--Video
-2.2 溶液的性质—溶液的特点与分类
--Video
-2.2 溶液的性质—气体、液体和固体的溶解
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—饱和蒸气压降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—稀溶液的沸点升高
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—溶液的凝固点降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性— 溶液的渗透压
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—反渗透现象
--Video
-第二章 物质的聚集状态与溶液的性质--第二章习题
-3.1原子核外电子运动的描述-原子结构理论的发展
--Video
-3.1原子核外电子运动的描述-核外单电子运动的量子化模型
--Video
-3.1原子核外电子运动的描述-电子运动的特点
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道- 电子运动的波函数与原子轨道
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道-量子数的取值与原子轨道
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道-自旋量子数的取值原则
--Video
-3.3核外电子排布-多电子原子核外电子运动的描述
--Video
-3.3核外电子排布-基态原子核外电子的排布
--Video
-3.4元素周期律-元素周期律与元素周期表
--Video
-3.4 元素周期律-元素性质的周期性
--Video
-3.4元素周期律-电子结构与元素性质
--Video
-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 小论文
-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 习题
-4.1 离子键理论—离子键理论
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-4.1 离子键理论—离子键价键构型
--Video
-4.1 离子键理论—离子半径与离子晶体的结构
--Video
-4.2 共价键理论—经典路易斯理论
--Video
-4.2 共价键理论—现代价键理论
--Video
-4.2 共价键理论—共价键的性质
--Video
-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道的理论要点
--Video
-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（一）
--Video
-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（二）
--Video
-4.3 杂化轨道理论—不等性杂化轨道理论
--Video
-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）I
--Video
-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）II
--Video
-4.5 分子轨道理论-分子轨道的建立
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-4.5 分子轨道理论-分子轨道能级图
--Video
-4.5 分子轨道理论-异核双原子分子和离子
--Video
-4.6 分子间作用力-分子的极性
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-4.6 分子间作用力-分子间作用力
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-4.7 氢键
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-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 小论文
-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 习题
-5.1 配合物的基本特征-配合物的形成
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-5.1 配合物的基本特征-配合物的命名规则
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-5.2 配合物的化学键理论-配位学说
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-5.2 配合物的化学键理论-配合物价键理论
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-5.2 配合物的化学键理论-晶体场理论
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-5.3 配合物化学键理论的应用-配合物的几何异构现象
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（一）
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（二）
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-第五章 配位化学概论--第五章 习题
-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(二)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-热力学第一定律
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-反应进度
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(二)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(二)
--Video
-6.2 化学平衡-可逆反应与平衡常数
--Video
-6.2 化学平衡-化学平衡的规则
--Video
-第六章 化学反应中的能量变化与化学平衡--第六章 习题
-7.1 自发过程与自发反应（一）
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-7.1 自发过程与自发反应（二）
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵与Entropy
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-7.2 熵与热力学第二定律—热力学第二定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—热力学第三定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—孤立系统熵判据
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（一）
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（二）
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-7.4 吉布斯自由能的判据—标准吉布斯自由能的计算
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-7.4 吉布斯自由能的判据—反应方向的标准吉布斯自由能判据
--Video
-7.4 吉布斯自由能的判据—非标准状态下自发反应方向性的判据
--Video
-7.4 吉布斯自由能判据—吉布斯-亥姆霍兹方程
--Video
-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（一）
--Video
-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（二）
--Video
-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（一）
--Video
-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（二）
--Video
-第七章 化学反应的方向--第七章 小论文
-第七章 化学反应的方向--第七章 习题
-8.1 化学反应速率-化学反应的方向与反应速率
--Video
-8.1 化学反应速率-化学反应速率的表示方式
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（一）
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（二）
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-一级反应速率方程
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-二级反应速率方程
--Video
-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-温度对化学反应速率的影响
--Video
-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（一）
--Video
-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（二）
--Video
-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（一）
--Video
-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（二）
--Video
-8.4 催化剂对化学反应速率的影响
--Video
-第八章 化学动力学基础--第八章 习题
-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（一）
--Video
-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（二）
--Video
-9.1 酸碱平衡—水的解离平衡
--Video
-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（一）
--Video
-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（二）
--Video
-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（三）
--Video
-9.1 酸碱平衡—同离子效应
--Video
-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（一）
--Video
-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（二）
--Video
-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（三）
--Video
-9.2 配位平衡—配合物的解离平衡
--Video
-9.2 配位平衡—配合物解离平衡的移动
--Video
-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积常数
--Video
-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（一）
--Video
-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（二）
--Video
-第九章 酸碱平衡与沉淀溶解平衡--第九章 习题
-10.1 氧化还原反应方程式配平
--Video
-10.2 原电池与电极电势—原电池
--Video
-10.2 原电池与电极电势—电极电势（一）
--Video
-10.2 原电池与电极电势—电极电势（二）
--Video
-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（一）
--Video
-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（二）
--Video
-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电极电势的影响
--Video
-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应的方向性
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