高中化學(xué)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(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。本文對中心原子價層電子對數(shù)目、價層電子對之間的作用力、價層電子與共價分子的結(jié)構(gòu)分析、孤對電子、成鍵的作用、成鍵原子電負(fù)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(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)判斷。

關(guān)鍵詞：價層電子對;互斥理論;排斥模型

對于現(xiàn)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(jié)構(gòu)空間的預(yù)測和解釋，特別是對于稀有氣體化合物的分子結(jié)構(gòu)空間進行更為合理和滿意的解答，此理論對于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究和物質(zhì)的合成及性質(zhì)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(yuǎn)離

根據(jù)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(nèi)進行充分遠(yuǎn)離，并且盡可能遠(yuǎn)離，使得分子結(jié)構(gòu)可以盡可能的對稱。配位數(shù)為2、3、4、5、6時，是理想中的構(gòu)型，可構(gòu)成不同形式的分子構(gòu)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(shù)目的不同，導(dǎo)致分子幾何構(gòu)型和空間結(jié)構(gòu)方式也會有一定差異。先對中心原子的電子數(shù)進行了解，并掌握與配位體所提供的共享電子數(shù)之和，才能知道中心原子價電子對數(shù)。舉例來講，對于BeCl2，Be的價位數(shù)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(jù)總電子數(shù)得出中心原子價電子對數(shù).把出現(xiàn)剩余的單電子當(dāng)做電子來看。當(dāng)與復(fù)雜離子反應(yīng)是，根據(jù)具體情況進行離子電荷需要的電子數(shù)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(shù)是4的結(jié)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(shù)就是4.根據(jù)上面的例子就可以看出中心原子價層電子對數(shù)的規(guī)律：價層電子對數(shù)是中心原子價電子數(shù)和配位原子的電子數(shù)之和減去離子電荷的數(shù)值后除以2，算出來價層電子的對數(shù)，根據(jù)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(yīng)的幾何結(jié)構(gòu)進行排布，讓每一個配位原子和電子連結(jié)，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(gòu)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(xiàn)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(chǎn)生的作用力越大，成鍵角角度越小所產(chǎn)生的作用力越大，直角大于鈍角大于平角。若結(jié)構(gòu)中存在孤電子對所產(chǎn)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(jié)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(jié)構(gòu)中特定的空間中受到限制和影響，比較自由，因此可以占據(jù)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(chǎn)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(jié)構(gòu)分析時，若結(jié)構(gòu)中小角度孤電子對與孤電子對的數(shù)量少，則分子的結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定。此外單電子的存在也會對分子的鍵角基本結(jié)構(gòu)造成影響，使分子容易變形。像在H2O、NH3、CH4等分子結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(fù)性有關(guān)

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(jù)這些數(shù)據(jù)可以得出中心原子的電負(fù)性和鍵角成正比，電負(fù)性越大，鍵角越大。因為原子體積的不同，使得孤對電子產(chǎn)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(jié)果鍵角變小。也可能因為配位體電負(fù)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(fù)性，造成了成鍵電子對軌道因為電負(fù)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(jié)構(gòu)的鍵角變小。

四、總結(jié)

通過價層電子對互斥理論可以對大部分的化學(xué)分子的構(gòu)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(shù)含有單電子分子或離子所形成的化合物構(gòu)型進行理論分析時，會出現(xiàn)與結(jié)論不同的情況，對于成鍵的穩(wěn)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(zhì)分子和幾何構(gòu)型也十分重要。

參考文獻：

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

[2]徐光憲.物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡明教程[M].北京：高等教育出版社，2011.

[3]華彤文.普通化學(xué)原理[M].北京：北京大學(xué)出版社，2016.