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如何通過分子式直接推斷分子的立體結構

2010-04-29 00:00:00周冬梅
化學教與學 2010年3期

教材在介紹分子立體結構模型時先給出了分子的分子式和結構式后介紹了有關分子的立體結構,所以有些學生在學習這部分內容時常常會從結構式著手推分子立體結構,其實這只是一部分同學學習過程中的一個誤區。應用價層電子對互斥理論推測AB型分子的立體結構模型時,只要知道分子式就能確定分子的立體結構。學生在學習過程中只要清楚這樣幾個關系式就可以了。一、VSEPR模型的確定早在1940年,希吉維克和坡維爾在總結實驗事實的基礎上提出一種簡單的理論模型,用以預測簡單分子或離子的立體結構,這種理論模型經過吉例斯比和尼霍爾姆在20世紀50年代加以發展,定名為價層電子對互斥理論模型,簡稱為VSEPR模型。其理論依據是:分子中的價電子(包括σ鍵電子對和孤對電子對)由于相互排斥作用,而取向彼此遠離以減小斥力,分子盡可能采取對稱的空間構型。也就是說對于AB型分子(A是中心原子,B是配位原子)要確定其分子立體結構,只要能確定其價層電子對就可以了,要確定價層電子對首先要清楚這樣一個關系:價層電子對= σ鍵電子對 + 孤對電子對接下來我們需要解決的問題就是如何確定σ鍵電子對和孤對電子對。對于σ鍵電子對根據共價鍵的知識可知:共價單鍵都是σ鍵;共價雙鍵中一個是σ鍵,另一個是π鍵;共價三鍵是由一個σ鍵和兩個π鍵組成。也就是說,中心原子不管以什么鍵型與配位原子相連,中心原子每連接一個配位原子就有一個σ鍵。所以我們又可以得出這樣一個關系:σ鍵電子對 = 配位原子數我們還需要解決的另外一個問題就是如何確定中心原子上的孤對電子對,我們可以通過這樣一個通式:孤對電子對=(A的價電子數-∑B達穩定結構所需電子數×B原子數+/-離子電荷相應電荷數)/2對于這個通式主要是對離子電荷的處理,正離子的電荷相當于中心原子失去電子,負離子就相當于中心原子得到電子。例如:SO2- 孤對電子對=(6+2-4×2)/2 = 0通過上面的三個關系式我們就能輕松解決AB型分子中心原子A的價層電子對,就可以得到VSEPR模型。教科書只要求掌握價層電子對≤4的分子或離子的立體模型。我們可以概括如下:二、分子立體模型通常所說的分子立體模型是指分子中的原子在空間的排布,不包括孤對電子。因為對AB型分子而言,中心原子上價層電子對之間存在這樣一種斥力關系:孤對電子-孤對電子>孤對電子-鍵合電子>鍵合電子-鍵合電子,使得分子或離子的立體模型偏離VSEPR理想模型而發生畸變。所以我們在得到VSEPR模型后,只要略去VSEPR模型中的孤對電子對,就得到分子或離子的立體模型。可以概括如下:根據上表,就可以輕松推測分子立體結構模型。例如:NH4+ 中心原子N原子的σ鍵電子對為4,孤對電子對0,所以NH4+立體結構模型為正四面體型。可見,應用價層電子對互斥理論推測AB型分子的立體結構模型時,只要知道分子式就能確定分子的立體結構。

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