浅谈中学常见分子立体构型的确定方法

2015-03-14陈魁林

人间 2015年34期

关键词：杂化对数构型

陈魁林

（河北省辛集市第五中学，河北石家庄 052360）

浅谈中学常见分子立体构型的确定方法

陈魁林

（河北省辛集市第五中学，河北石家庄 052360）

大多数分子是由两个及以上原子构成的，因此就有了分子中的原子的空间关系问题，这就是分子立体构型。那么我们如何确定常见分子立体构型呢?根据分子中心原子的价层电子对数= σ 键电子对数+孤电子对数，确定中心原子的轨道杂化方式，然后略去孤电子对，即可得到分子的立体构型。

分子立体构型；价层电子对互斥理论；中心原子的轨道杂化方式；中心原子的价层电子对数；σ 键电子对数

孤电子对数“分子结构与性质”一章中“分子的立体构型”（《化学选修3物质结构与性质》第二章第二节）蕴含着丰富的知识与规律，为帮助学生学习掌握有关知识规律，现将其归纳如下。例如，三原子分子的立体构型有直线形和V形两种，如CO2呈直线形，而H2O呈V型；大多数四原子分子采取平面三角形和三角锥形两种立体构型，如甲醛分子呈平面三角形，而氨分子呈三角锥形；五原子分子的可能立体构型更多，最常见的是正四面体形，如甲烷是正四面体形，那么我们如何确定常见分子立体构型呢?

一、价层电子对互斥理论

（一）中心原子的价层电子对数的计算。

价层电子对互斥理论认为，分子的立体构型是“价层电子对”相互排斥的结果。价层电子对是指分子中的中心原子上的电子对，包括σ 键电子对和中心原子上的孤电子对（未用于形成共价键的电子对）。即中心原子的价层电子对数=σ键电子对数+孤电子对数

（二）σ键电子对数的计算。

σ键电子对数由分子式确定，即中心原子的周围有几个配位原子（或原子团）就形成几个σ键，就有几对σ键电子对。如水的中心原子O,它的周围有2个配位H原子，形成了2个σ键，即O有2对σ键电子对。

σ键电子对数=中心原子周围的配位原子（或原子团）的数目=σ键数

（三）中心原子上的孤电子对数的计算。

二、价层电子对互斥理论把分子分成两类

（一）中心原子上的价电子都用于形成共价键，如CO2、 CH4等分子中的碳原子，它们的立体结构可用中心原子周围的原子数来表示，概括如下：

（二）中心原子上有孤电子对的分子，如H2O、NH3等，中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥，因而H2O分子呈V形、NH3分子呈三角锥形。

（三）中心原子的轨道杂化类型与分子立体构型的确定。

对于非过渡元素，由于ns和np能级接近，往往采用sp型杂化，而sp型杂化又分为sp杂化、sp2杂化、sp3杂化。那么中心原子的轨道杂化类型与中心原子的价层电子对数是怎样的关系呢？如何利用它们来确定分子立体构型呢？中心原子的价层电子对数为2的sp杂化，价层电子对所成键的键角为180ο，分子通常呈直线型。常见物质CO2、CS2等。中心原子的价层电子对数为3的2sp杂化。若三个杂化轨道都参与成键，则分子（或离子）呈平面三角形。常见物质SO3、BF3、、、HCHO等。若三个杂化轨道中只有2个轨道参与成键，还有一对孤对电子，分子为“V”形。常见物质SO2、等。中心原子的价层电子对数为4的3sp杂化。若4个杂化轨道都参与成键且成相同的键，则键的夹角为109ο28'，分子的构型为正四面体。常见物质CH4、CCl4、等。若4个杂化轨道都参与成键，但所成键不同或部分不同，键的夹角则不是109ο28'，分子的构型为不规则四面体。常见的物质有CH2Cl2、 CHCl3等。若4个杂化轨道只部分参与成键，其分子的构型与孤电子对数有关。如H2O中O的价层电子对数为，为3 sp杂化，其中O有2对孤电子对，分子形状为“V”形；NH3中N的价层电子对数为,为3sp杂化，其中N有1对孤电子对，分子形状为三角锥形。