高中化學教材“價層電子對互斥理論”知識整合

陸麟

摘 要：價層電子對互斥理論是指各價層電子對之間存在著相互排斥的作用力向不同的方向運行，造成總體能量減少，結構更加穩定。本文對中心原子價層電子對數目、價層電子對之間的作用力、價層電子與共價分子的結構分析、孤對電子、成鍵的作用、成鍵原子電負性的影響等方面展開了研究。通過價層電子對互斥理論來進行惰性元素化合物合判斷簡單分子結構的結構判斷。

關鍵詞：價層電子對;互斥理論;排斥模型

對于現階段對于價層電子對互斥理論的定義可以很好的進行共價分子結構空間的預測和解釋，特別是對于稀有氣體化合物的分子結構空間進行更為合理和滿意的解答，此理論對于物質結構的研究和物質的合成及性質都具有很重要的意義。

一、價層電子對之間的距離傾向于彼此遠離

根據VSEPR法可以得知不同的價層電子之間存在著相互排斥的作用，會在可能范圍之內進行充分遠離，并且盡可能遠離，使得分子結構可以盡可能的對稱。配位數為2、3、4、5、6時，是理想中的構型，可構成不同形式的分子構型，例如直線型、四面體型、三角雙錐型和平面三角型及八面體型。因為電子對數目的不同，導致分子幾何構型和空間結構方式也會有一定差異。先對中心原子的電子數進行了解，并掌握與配位體所提供的共享電子數之和，才能知道中心原子價電子對數。舉例來講，對于BeCl2，Be的價位數為2，兩個Cl原子各提供一個電子，就是4個電子。就可以根據總電子數得出中心原子價電子對數.把出現剩余的單電子當做電子來看。當與復雜離子反應是，根據具體情況進行離子電荷需要的電子數的加減。像SO42-，中心原子S有6個價電子，缺少的是-2價的兩個電子，就得出了電子對數是4的結論;而NH4+，中心原子N的價電子是5個，4個H各一個電子，共9個電子，在除去一個+1價的電子，就是8個電子，價電子對數就是4.根據上面的例子就可以看出中心原子價層電子對數的規律：價層電子對數是中心原子價電子數和配位原子的電子數之和減去離子電荷的數值后除以2，算出來價層電子的對數，根據電子排布，就可以得出讓電子之間靜電排斥力最小的排布方式。

在中心原子的周圍將配位原子按照相應的幾何結構進行排布，讓每一個配位原子和電子連結，作為成鍵電子對;剩余的電子就成為了孤電子對。分子的空間構型常常會因為剩余電子對的位置不同而變化。孤電子對是處于排斥力最少的地方存在。在中心原子周圍存在的成鍵電子對和孤電子對呈現不同情況的排布。

二、價層電子對排斥力大小順序

通過電子對互斥的原理可以得出，電子對之間距離越近，產生的作用力越大，成鍵角角度越小所產生的作用力越大，直角大于鈍角大于平角。若結構中存在孤電子對所產生的作用力會更大。所以不同的電子對之間所形成的互斥力也不同。若電子之間存在孤電子對之間的作用力則最強，孤電子對和成鍵電子對的作用力較弱，成鍵電子對之間作用力最弱。但是為何會形成這樣的結果呢？是因為單電子會受到原子核的引力，孤電子因為保里原理，不會在結構中特定的空間中受到限制和影響，比較自由，因此可以占據的空間比較大，就造成了孤電子對可以與相鄰的軌道有更多的機會進行重疊，所產生的電子排斥力就會明顯強于相鄰軌道也就是成鍵軌道中的成鍵電子對。在進行分子結構分析時，若結構中小角度孤電子對與孤電子對的數量少，則分子的結構最穩定。此外單電子的存在也會對分子的鍵角基本結構造成影響，使分子容易變形。像在H2O、NH3、CH4等分子結構中，成鍵電子對少于孤電子對，鍵角的角度也偏小。因為孤電子具有較大的作用力的影響擠壓成鍵電子對，造成X以單鍵與C、N、O進行連接時，出現鍵角小于四面體的情況。

三、成鍵電子對的排斥力大小與中心原子和配位體電負性有關

因為孤電子對的影響造成了H2O、NH3的鍵角小于了4個電子對的四面體排布的109.5°鍵角，但是相同族的鍵角例如SeH2、H2S會比H2O更小，為90.9°和92°，比NH3鍵角小的有PH3、AsH3、SbH3，鍵角依次為95.5°、92°和91°。根據這些數據可以得出中心原子的電負性和鍵角成正比，電負性越大，鍵角越大。因為原子體積的不同，使得孤對電子產生擴張，成鍵電子對在克服了排斥力的重要性變得接近。最后形成的分子結果鍵角變小。也可能因為配位體電負性的增大造成了鍵角變小。像NF3分子為102°，OF2分子為103.2°，比同族的H2O鍵角和NH3鍵角都要小，造成這類原因就是因為配位原子的電負性，造成了成鍵電子對軌道因為電負性增大而壓縮，距離減少就更接近于配位體，成鍵電子對的作用力會減少，形成的分子結構的鍵角變小。

四、總結

通過價層電子對互斥理論可以對大部分的化學分子的構型進行簡單的確定一些化合物，但并不能完成適用，對于少數含有單電子分子或離子所形成的化合物構型進行理論分析時，會出現與結論不同的情況，對于成鍵的穩定性原理也不能進行充分的解釋，所以價鍵理論與分子軌道理論對于判斷物質分子和幾何構型也十分重要。

參考文獻：

[1]南京大學無機及分析化學編寫組.無機及分析化學[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]徐光憲.物質結構簡明教程[M].北京：高等教育出版社，2011.

[3]華彤文.普通化學原理[M].北京：北京大學出版社，2016.