高中化学竞赛/价层电子对互斥模型

我们已在高中初步学习了价层电子对互斥模型,并且了解了价层电子对数的计算公式(a为中心原子的族序数,b为配位原子达到稳定结构需要的电子数,x为配位原子的数量)。在这里我们会学习一种新的判断VSEPR模型的方法。

对于以A原子为中心原子的某一分子(或离子)AXn,我们将其写为AXnEm,E表示中心原子A上的孤对电子对数。那么有:

其中a为A的族序数,b为X的化合价,q为离子所带电荷数(带正负号)。

例题

题目

计算下列微粒的中心原子上的孤对电子对数:


答案

我们令,便可写出AYz这个通式。这里的z表示价层电子对数。这样,我们便可以与高中阶段联系起来了。

z与VSEPR模型对应关系如下表:

z 2 3 4 5 6
VSEPR模型 直线型 平面三角形 正四面体型 三角双锥型 正八面体型
球棍模型

我们舍去孤对电子,便得到了粒子的实际构型。但孤对电子实际位置需要通过下列几种斥力顺序判断:

  1. 孤对电子对-孤对电子对>孤对电子对-键合电子对>键合电子对-键合电子对
  2. 双键-单键>单键-单键
  3. 电负性弱-电负性弱>电负性弱-电负性强>电负性强-电负性强
例题

题目

已知四氟化硫分子,判断其VSEPR模型和空间构型。


答案

,故,z=5。其VSEPR模型为三角双锥形。
分子中有一对孤对电子,它可能出现的位置有两种——(1)中心原子所在的三角形平面外;(2)中心原子所在的三角形平面内。
考虑斥力:(1)分子中有3个90度的孤对电子对-键合电子对,三个90度的键合电子对-键合电子对,三个120度的键合电子对-键合电子对;(2)分子中有两个90度的孤对电子对-键合电子对,两个120度的孤对电子对-键合电子对,四个90度的键合电子对-键合电子对,一个120度的键合电子对-键合电子对。
由于120度电子对之间的斥力远小于90度电子对,可以忽略不计,所以(2)的斥力比(1)稳定。
故四氟化硫分子呈变形四面体型(又称跷跷板型),如下图。

一般来讲,确定了z、m之后,分子构型如下表所示:

电子对数 m=0 m=1 m=2 m=3
2
直线型
     
3
平面三角型
角型(V型)
   
4
四面体型
三角锥型
角型(V型)
 
5
三角双锥型
变形四面体型(跷跷板型)
T型
直线型
6
八面体型
四角锥型
平面正方形型
 T型