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）II > Video
同学们好
下边我们继续
价层电子对
互斥理论的学习
在前边一节当中
我们已经讨论了
价层电子对的取值方法
以及这个理论
所告诉我们的
价层电子对数与
空间结构类型之间的关系
这节当中
我们要继续运用
所学到理论内容呢
把它们用于我们
已知的分子和
离子空间构型的预测
首先
我们来看
我们熟悉的
CH4分子的空间构型
在我们的杂化轨道理论当中
我们已经了解了
CH4的分子的空间构型
是一个正的四面体
这当中
中心原子C采用sp3杂化
构成了109°28'的
正四面体结构
分别与4个H原子形成了
对称的4个σ键
而如果我们用
价层电子对互斥理论
再来观察一下
CH4分子的空间构型
会是什么样的结果呢
这里我们可以发现
C原子有4个电子
作为它的价电子
同时H作为
我们的配位原子
每个H提供一个价电子
如果我们把价层电子对的
计算公式代入的话
我们就发现
中心原子加上
配位原子的价电子数
再除以我们的括号外边的2
这时候由于CH4是
一个中性的分子
所以没有必要
考虑它的价态的贡献
我们最后的计算结果是
C的价层电子数是4
根据前边已有的
价层电子对数
与分子的空间结构
之间的对应关系
在CH4这样的结构当中
由于4个价电子
分别成了4个共价键
没有孤对电子存在
所以CH4的结构
就是一个典型的
空间正四面体的结构
而正四面体的结构当中
每个C-H的σ键
它们彼此之间的夹角
是109°28′
这样的结构
也和我们杂化轨道理论当中
通过sp3杂化轨道
所得到的
CH4的空间结构
是完全一致的
这也就使我们进一步印证了
杂化轨道理论
与我们的电子对互斥理论
在解析共价分子的
空间结构上面
所谓的异曲同工之妙
我们换一个主题
把我们的中心分子
变成一个
带有-1价的离子
也就是我们的ClO3-的离子
这时候在ClO3-的离子当中
Cl呢是作为中心原子
所以它有7个价电子
这7个价电子
全部要计算在
我们的价层电子对的
这样一个计数当中
什么时候Cl原子
才不计算它的价电子是7个
而计算它的价电子是1个呢
很好 同学们
那是在Cl原子
作为配位原子的时候
作为中心原子的时候
则要以7来进行计数
这里我们还有一个O原子
O原子由于在这里和Cl
它的相互关系
是作为中心原子Cl的
配位原子
所以根据我们的
价层电子对互斥理论的
配位原子的
价电子的取值规则
O原子是不提供
我们的价电子的
同时
还需要考虑的是
我们的ClO3-离子当中
是-1价
根据我们的计算公式
我们对于负价的离子
这里就要加上它的价态
那么Cl中心原子的
价层电子对数
就是7加上O
不提供价原子
再加上我们的
ClO3-离子的-1价
这里取正号
除以括号外的2
那么电子对数就是4
看起来Cl作为中心原子
它的价层电子对数与
刚才的C是完全一样的
但是
ClO3-的离子的空间构型
却和CH4有明显的差异
差异在哪里呢
我们来看
作为中心原子的Cl
这中间出现了一个
孤对电子
这个孤对电子没有参与
中心原子与配位原子之间的
成键
而它占据的顶角又会对
中心原子和配位原子之间
形成的共价键
产生一种同号的排斥作用
因此 ClO3-离子
它的空间构型就不再是
CH4那样的109°28'的
空间正四面体
而是变成一个
三角的锥形
这样的空间结构
就使我们理解了
孤对电子对于键对的
排斥作用
也理解了
孤对电子与键对电子
共同组成的
价层电子对数
但是
由于这个价层电子对数
它的组成不同
所以这个4中心原子的
价层对数4
是由一对孤对电子和
3对价层电子对
所组成的
所以
它的结构就不再是
一个正四面体的结构
接下来我们再来看
PCl5分子的空间构型
P作为中心原子
这时候它有5个价电子
Cl呢与前面的ClO3-不同
Cl的身份不再是中心原子
而变成了
我们的配位原子
按照取值规则
Cl这时候只提供
一个价电子
把它代入我们的
价层电子对计算的公式
我们会发现
中心原子加上5个
配位原子的价电子
再除以2等于5
也就是说中心原子
这时候所具有的
价层电子对数是5
根据查表我们可以知道
5的结构就是
我们的空间的
三角双锥结构
这样的三角双锥是因为
在形成了这样5个
价层电子对当中
没有孤对电子
而是全部和我们的
配位原子之间
形成了σ的键对
这样形成的结构
在空间上是一个
完全对称的结构
因此它的结构类型
和我们前叙
用杂化轨道理论
所分析的结构类型
是完全相同的
同时
利用价层电子对互斥理论
我们还可以进一步地解析
在结构当中
存在孤对电子与
键对电子互相作用时
我们的共价键键对的
空间构型的改变
这个改变规律
就与孤对电子
与键对电子之间的
同号相斥密切相关
首先 孤对电子
由于呈负电性
它的排斥作用
会将其余的成键电子呢
它们的电对
进一步地压缩
从而使它们的键角变小
比如我们前边
已经讨论过的
对于NH3这样一个
三角锥形的结构
在NH3当中
N由于存在的
一对未成键的孤对电子
这个孤对电子
它的电子云密度
要高于我们的N-H键
所形成的
键对的电子云的密度
这种排斥作用呢就使得
原来在空间上形成的
109°28'的这样一个夹角
会被压缩
在实际的NH3分子的
键角的测试当中
人们发现这个结果
会从109°28'
减小到107°
键角减小的原因
就是因为孤对电子
高密度的电子云
对于我们键对电子的
同号的排斥作用
所形成的结果
同时 多重键
也会对键角产生影响
我们以甲醛为例
在甲醛的分子结构当中
中心原子
C的价层电子对数呢
我们依据前面的规则来计算
C它的价电子数是4
两个H呢 我们各取1
O这时候是不取的
好 有了这样一个计算公式
我们得到了最后的结果
价层电子对数是3
按照我们以往所形成的
这样一个结构与
价层电子对之间的对应关系
我们可以推测
中心原子与O和H
形成的结构
应该是一个
平面的三角形结构
在三角形结构当中
O与C C与H
C与H之间的夹角
应该是120°的平面三角形
而实际上我们测到的结果
C-O键与C-H键之间的夹角
是大于我们原来的120°
而C-H与C-H键之间的夹角
是小于原来我们预测的
120°的
什么原因呢
分析具体的原因
人们发现
实际上在这样一个结构当中
C和O之间的相互的作用
所形成的键对
对于C-H键
有强烈的压缩作用
因为在这样一个结构当中
它们形成的是双键
双键当中
既有σ键也有π键
电子云的密度
会大于C-H键之间的
电子云的密度
因而 这个键所处的位置
会压缩C-H键
所处的空间位置
使两个C-H键相互地靠近
从而使整个的结构
达到了一个偏离我们的
正平面三角形的
这样一个结构
同时 中心原子
它的电负性
也是影响分子空间结构的
关键因素
比如我们以第V主族的
氢化物从NH3一直到PH3
AsH3和SbH3
我们会发现
它们的键角
逐渐逐渐地在减小
减小的原因是什么呢
具体地分析我们发现
中心原子电负性越大
那么成键电对
距中心原子的距离
就会越近
于是相互间的距离
就会变小
那么这样的情况
就会影响到
我们的三角锥这样一个
键对和键对之间
彼此之间的距离
影响到它们彼此间的距离
就意味着
它们彼此间的夹角
也会发生相应的改变
中心原子电负性越大
成键电对距中心就越近
它们互相间的键角
就会变得越大
相反
如果电负性越小
成键电对距中心
就会越远
这时候它们彼此间的
夹角也就会越小
同时
配位原子的电负性
也会影响到
我们的分子的空间结构
特别是影响到
我们成键的键角
比如说
配体原子的电负性越大
成键电对距离中心会越远
那么互相间的作用距离
就会越大
键角就会变小
比如
我们以磷的卤化物为例
在PCl3、PBr3和PI3当中
随着我们的电负性
逐渐地变小
那么相互之间的键角
我们也看到
在我们配体的电负性
较高的时候
键角是较小的
而我们的配体的
电负性较小的时候
我们的键角
反而是较大的
这与我们前面所介绍的内容
不谋而合
利用价层电子对互斥理论
我们可以预测大多数的
主族元素的原子所形成的
共价化合物的分子
或离子的空间构型
因而简化了
我们对于分子空间构型的
理论方面
繁复的推演和繁复模拟
因而这一理论
给我们预测分子构型
提供了简洁方便的途径
但是我们要注意
与杂化轨道理论相比
杂化轨道理论
它的主要作用和研究对象
是对实验已经测得的
分子和离子的空间结构
进行合理的理论解释
比如我们前边已知的
甲烷、乙烷、乙烯、乙炔
这样的分子的空间构型
往往是在我们实际的
实验当中
已经确定了它的结构
而杂化轨道理论
是通过量子化学的计算和
原子轨道的叠加
等等理论模型的构建
来完美地解析
这样实验过程当中
已经获得的实验的结果
与此不同的是
价层电子对互斥理论
也是我们这里
讨论的VESPR理论
它主要研究
分子结构的方法
是依据价层电子对的对数
来预测分子
和离子的空间构型
这一方法它的好处
就是不需要通过具体的实验
只需要我们准确地分析
中心原子
配位原子的价电子数
以及我们分子结构当中的
孤对电子数
就可以帮我们准确地判断
共价化合物的空间构型
这种构型不仅对于
分子构型的预测是有效的
对于离子的构型预测
也是同样有效的
基于这两种理论
它们在研究方法上
和实践当中的
各自不同的特点
在日常当中
人们也给两个理论
以形象的这样的区分
加上了特殊的标记
比如说
杂化轨道理论
因为主要研究对象
和解决的问题
是已知结构的解析
所以
杂化轨道理论也被冠以了
事后诸葛亮这样一个绰号
而VESPR理论
就是价层电子对互斥理论
它的特点或它的长处在于
它可以根据价层电子对数
就可以不依据实验结果
来预测分子和离子的结构
所以它也被冠以了
事前诸葛亮这样一个绰号
我想这两个绰号
可以帮助大家
更加形象生动地记忆和理解
两种理论
对于共价分子结构的
预测研究和判断
也希望同学们
将来会找到更方便的方法
帮大家去记忆和区分
这种看起来相似
其实本质上又有不同的
理论体系的
它们相关的内容和
相关的不同
同时价层电子对互斥理论呢
也有它的局限
虽然它在预测
分子和离子空间结构上边
具有非常方便快捷的
这样一个特点
但是
对于我们的共价分子的
物理化学特性
它的描述和预测就有许多
不尽人意的地方
比如说
我们的O2分子
属于一种顺磁性分子的
这样一种实验结果呢
我们是没有办法
在价层电子对互斥理论
这样一个范围内
找到满意的答案的
所以要解决这样的问题
我们还要借助新的理论
帮我们去找到正确的答案
这就是分子轨道理论
有关这部分内容
下节课
我们将开始
跟同学们一起分享
这节课我们就介绍到这
-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
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-1.4 课程学习的必要准备
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-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
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-2.1 物质的聚集状态—气体—理想气体与实际气体
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-2.1 物质的聚集状态—气体—实际气体的状态方程
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-2.1 物质的聚集状态—液体
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-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
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-2.1 物质的聚集状态—固体—晶体的对称性
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-2.1 物质的聚集状态—等离子体
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-2.1 物质的聚集状态—液晶
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-2.1 物质的聚集状态—等离子、液晶与平板显示技术
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-2.2 溶液的性质—溶液的特点与分类
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-2.2 溶液的性质—气体、液体和固体的溶解
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-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
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-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
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-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
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-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性— 溶液的渗透压
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-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—反渗透现象
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-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
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-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
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-3.1原子核外电子运动的描述-电子运动的特点
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-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
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-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
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-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
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-3.3核外电子排布-多电子原子核外电子运动的描述
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-3.3核外电子排布-基态原子核外电子的排布
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-3.4元素周期律-元素周期律与元素周期表
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-3.4 元素周期律-元素性质的周期性
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-3.4元素周期律-电子结构与元素性质
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-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
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-4.1 离子键理论—离子半径与离子晶体的结构
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-4.2 共价键理论—经典路易斯理论
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-4.2 共价键理论—现代价键理论
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-4.2 共价键理论—共价键的性质
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道的理论要点
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（一）
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（二）
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-4.3 杂化轨道理论—不等性杂化轨道理论
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-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）I
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-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）II
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-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
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-4.5 分子轨道理论-异核双原子分子和离子
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-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)
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-6.1化学反应中的能量变化-热力学第一定律
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-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(一)
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-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
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-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(二)
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-6.2 化学平衡-可逆反应与平衡常数
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-6.2 化学平衡-化学平衡的规则
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-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
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-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
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-7.4 吉布斯自由能判据—吉布斯-亥姆霍兹方程
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-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）
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-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）
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-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）
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-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）
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-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
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-8.1 化学反应速率-化学反应速率的表示方式
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（一）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（二）
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-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
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-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
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-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
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（二）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（二）
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-8.4 催化剂对化学反应速率的影响
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-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）
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-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（二）
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-9.1 酸碱平衡—水的解离平衡
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（一）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（二）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（三）
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-9.1 酸碱平衡—同离子效应
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（一）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（二）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（三）
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-9.2 配位平衡—配合物的解离平衡
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-9.2 配位平衡—配合物解离平衡的移动
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积常数
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（一）
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（二）
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-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
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-10.2 原电池与电极电势—原电池
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（一）
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（二）
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-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）
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-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）
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-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
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-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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-10.4 电极电势的应用—判断元素的氧化还原能力
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应进行的程度
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（一）
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（二）
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-10.4 电极电势的应用—金属的电化学腐蚀与防护
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-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 小论文
-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 习题
-无机元素化学-s区元素
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-无机元素化学-p区元素
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-无机元素化学-过渡元素
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-生命化学概论-生命有机化合物官能团
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-生命化学概论-生命元素-碳
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-生命化学概论-生命元素-氧
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-生命化学概论-蛋白质
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-生命化学概论-核酸
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-生命化学概论-糖
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-生命化学概论-金属酶与金属蛋白
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-生命化学概论-药物
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-第十一章 元素与生命化学概论--第十一章 习题
-纳米科学与化学-自然界中的纳米现象
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-纳米科学与化学-微观结构与仿生
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-纳米科学与化学-纳米结构的观察
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-纳米科学与化学-纳米结构与特殊浸润性
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-化学与材料-材料科学领域中的化学问题
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-化学与材料-正渗透与水处理技术
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-化学与材料-相变材料（一）
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-化学与材料-相变材料（二）
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-化学与材料-范德华力与二维材料
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-第十二章 化学与现代科学--第十二章 习题
-大学化学期末考试
