分子或離子中大π鍵(離域π鍵)的確定

李朝旭

近年來,有關(guān)分子或離子中大π鍵的判斷屢次出現(xiàn)在全國高考化學(xué)試題和各地模擬考試化學(xué)試題中，那么到底如何確定分子或離子中大π鍵呢?

1 形成大π鍵的條件

1)形成大π鍵的原子必須在同一平面上．即中心原子采用sp雜化(直線形分子)或sp2雜化(平面三角形或V形分子)．

2)這些原子要有互相平行的p軌道．

3)p軌道上的電子總數(shù)小于p軌道總數(shù)的2倍．

2 確定π電子數(shù)常用方法

1)確定分子中各原子價(jià)電子總數(shù).

若為陽離子,應(yīng)減去所帶電荷數(shù);若為陰離子,應(yīng)加上所帶電荷數(shù)．

2)畫出分子中的σ鍵以及端位原子(與中心原子相結(jié)合的原子)上與中心原子雜化軌道處于同一直線或同一平面上的孤電子對．

可以假設(shè)端位原子也采用了與中心原子相同的雜化方式,其中1個(gè)雜化軌道用于與中心原子的雜化軌道形成σ鍵,其余雜化軌道則用于容納孤電子對．

3)價(jià)電子總數(shù)減去σ鍵電子總數(shù)和孤電子對中的電子總數(shù),差值即為π電子數(shù)．

最后，對相關(guān)工藝文件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化及要求現(xiàn)場操作者按工藝進(jìn)行操作，檢驗(yàn)時(shí)增加MT磁粉檢測。經(jīng)改善后，小噸位鑄造引導(dǎo)輪的感應(yīng)淬火裂紋發(fā)生率大幅降到0.15%以下，改善效果明顯有效。

即:π電子數(shù)=價(jià)電子總數(shù)-(σ鍵電子對數(shù)+孤電子對數(shù))×2;若π電子數(shù)大于原子總數(shù)的2倍,則應(yīng)平均分成2套大π鍵．

3 實(shí)例

1)直線形分子.

例如，CO2分子的價(jià)電子總數(shù)為16e-,中心原子C原子采用sp雜化,假設(shè)端位的氧原子也采用sp雜化,每個(gè)氧原子各出1個(gè)sp雜化軌道與C原子的sp雜化軌道形成2個(gè)σ鍵,氧原子的另外1個(gè)sp雜化軌道則容納了1對孤電子對,如圖1所示.

圖1

2)V形分子.

例如，SO2分子的價(jià)電子總數(shù)為18e-,中心原子S采用sp2雜化,假設(shè)端位的氧原子也采用sp2雜化,每個(gè)氧原子各出1個(gè)sp2雜化軌道與S原子的2個(gè)sp2雜化軌道形成2個(gè)σ鍵,S原子的另1個(gè)sp2雜化軌道則容納了1對孤電子對,氧原子的另外2個(gè)sp2雜化軌道也各自則容納了1對孤電子對,如圖2所示.

圖2

3)平面三角形分子.

例如，SO3分子的價(jià)電子總數(shù)為24e-,中心原子S采用sp2雜化,假設(shè)端位的氧原子也采用sp2雜化,每個(gè)氧原子各出1個(gè)sp2雜化軌道與S原子的3個(gè)sp2雜化軌道形成3個(gè)σ鍵,氧原子的另外2個(gè)sp2雜化軌道則各自容納了1對孤電子對,如圖3所示.

圖3

4 練習(xí)

圖4

圖5

2) (2017年全國卷Ⅲ，節(jié)選) 硝酸錳是制備上述反應(yīng)催化劑的原料,Mn(NO3)2中的化學(xué)鍵除了σ鍵外,還存在________．

3) (2018年全國卷Ⅱ，節(jié)選) 氣態(tài)三氧化硫以單分子形式存在,其分子的立體構(gòu)型為________形,其中共價(jià)鍵的類型有________種．

答案平面三角; 2(σ鍵和大π鍵).

4) 尿素分子的結(jié)構(gòu)簡式為CO(NH2)2,該分子中σ鍵數(shù)目為________,實(shí)驗(yàn)測得:分子中的所有原子在同一平面內(nèi),尿素中的碳氧鍵(125pm)比典型的碳氧雙鍵(121pm)長,而尿素中的碳氮鍵(137pm)比典型的碳氮單鍵(147pm)短,說明分子中存在________．

圖6