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$n={\frac {1}{2}}(a-xb)$（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）AX_n，我们将其写为AX_nE_m，E表示中心原子A上的孤对电子对数。那么有：

$m={\frac {1}{2}}(a-n|b|-q)$

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：$SO_{2}$，$SO_{3}$，$SO_{3}^{2-}$，$SO_{4}^{2-}$。

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答案

${\begin{array}{|c|c|}particle&m\\\hline SO_{2}&1\\SO_{3}&0\\SO_{3}^{2-}&1\\SO_{4}^{2-}&0\\\end{array}}$

我们令$z=m+n$，便可写出AY_z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$SF_{4}$分子，判断其VSEPR模型和空间构型。

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答案

$m={\frac {1}{2}}(6-1\times 4)=1$，故$SF_{4}$属$AX_{4}E_{1}$，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