高中化學競賽/價層電子對互斥模型

我們已在高中初步學習了價層電子對互斥模型,並且了解了價層電子對數的計算公式(a為中心原子的族序數,b為配位原子達到穩定結構需要的電子數,x為配位原子的數量)。在這裡我們會學習一種新的判斷VSEPR模型的方法。

對於以A原子為中心原子的某一分子(或離子)AXn,我們將其寫為AXnEm,E表示中心原子A上的孤對電子對數。那麼有:

其中a為A的族序數,b為X的化合價,q為離子所帶電荷數(帶正負號)。

例題

題目

計算下列微粒的中心原子上的孤對電子對數:


答案

我們令,便可寫出AYz這個通式。這裡的z表示價層電子對數。這樣,我們便可以與高中階段聯繫起來了。

z與VSEPR模型對應關係如下表:

z 2 3 4 5 6
VSEPR模型 直線型 平面三角形 正四面體型 三角雙錐型 正八面體型
球棍模型

我們捨去孤對電子,便得到了粒子的實際構型。但孤對電子實際位置需要通過下列幾種斥力順序判斷:

  1. 孤對電子對-孤對電子對>孤對電子對-鍵合電子對>鍵合電子對-鍵合電子對
  2. 雙鍵-單鍵>單鍵-單鍵
  3. 電負性弱-電負性弱>電負性弱-電負性強>電負性強-電負性強
例題

題目

已知四氟化硫分子,判斷其VSEPR模型和空間構型。


答案

,故,z=5。其VSEPR模型為三角雙錐形。
分子中有一對孤對電子,它可能出現的位置有兩種——(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內。
考慮斥力:(1)分子中有3個90度的孤對電子對-鍵合電子對,三個90度的鍵合電子對-鍵合電子對,三個120度的鍵合電子對-鍵合電子對;(2)分子中有兩個90度的孤對電子對-鍵合電子對,兩個120度的孤對電子對-鍵合電子對,四個90度的鍵合電子對-鍵合電子對,一個120度的鍵合電子對-鍵合電子對。
由於120度電子對之間的斥力遠小於90度電子對,可以忽略不計,所以(2)的斥力比(1)穩定。
故四氟化硫分子呈變形四面體型(又稱蹺蹺板型),如下圖。

一般來講,確定了z、m之後,分子構型如下表所示:

電子對數 m=0 m=1 m=2 m=3
2
直線型
     
3
平面三角型
角型(V型)
   
4
四面體型
三角錐型
角型(V型)
 
5
三角雙錐型
變形四面體型(蹺蹺板型)
T型
直線型
6
八面體型
四角錐型
平面正方形型
 T型