VSEPR模型判别分子构型Word格式.docx
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这一规律在自然界乃至人类社会生活中并不鲜见,我们不难找到类似的和接近的例子。
2、VSEPF模型要点
VSEPR模型认为,分子的几何构型总是采取电子对排斥作用最小的那种结构。
因为这样可使体系的能量最低,中心原子价层的电子对总是按照最合适的空间方式进行分布。
见下表。
VSEPR模型简朴通俗,应用简单易行,显现了它的独特魅力并引人入胜。
3、VSEPF模型判别分子构型的基本程序
中心原子的价层如果没有孤电子对,那么每一个电子对就代表一个共价键,此时电子对的空间分布就是分
子的几何构型。
例如,BeCL分子中Be原子的两个价电子分别与两个CI原子形成的两个共价键,没有孤电子对,故它是直线型结构。
又如CH分子中的C原子价层有四个电子对,这四个价电子对代表了四条C-H健,C原子价层无孤电子对,故CH属四面体结构。
如果中心原子的价层存在孤电子对时,则应先考虑不同电子对之间的斥力后,再确定分子的构型。
不同电子对间斥力的大小的顺序是:
孤电子对•孤电子对>孤电子对-键电子对>键电子对-键电子对。
价层电子对互斥模型是根据中心原子周围价层电子对的数目,确定价层电子对在中心原子周围的理想排布,
然后再根据价层电子对间斥力的大小,以体系的排斥能最小为原则来确定分子的几何构型。
4、价层电子对和孤电子对的确定
式中A表示中心原子,X表示配位原子(也
用通式AX5来表示所有只含一个中心原子的分子或离子的组成,
叫端基原子),下标n表示配位原子的个数,L表示中心原子上的孤电子对,下标m是电子对数。
已知分子或离子的组成和原子的排列顺序时,m值可用下式确定:
S的族价•X的化舍价绝对佰送的个数土离子的国荷鮒
用二
2
例如:
分子或离子
SQ
SO
SQ2'
2・
NQ
m
1
注:
有时计算出来的m值不是整数,如NO,m二这时应当作mi来对待,因为单电子也要占据一个孤对电子轨道。
通式AXL”里的(n+m)的数目称为价层电子对数,令n+m=z则可将通式改写成另一种通式AYz。
因此,z的
数目决定了一个分子或离子中的价层电子对在空间的分布,由此可以画出VSEPR!
想模型。
值得一提的是,这里的价层电子对的“对”未必就是二个电子,事实上一个价层电子对表示一个成键区或表示一个空
间占位,这就是如果岀现有奇电子(有一个成单电子)或重键,可把这个单电子或重键当作电子
对来看待的原因。
5、应用VSEPR模型中的u8n+2m规则确定孤电子对
用VSEPF判断分子构型,困难就在于中心原子周围有没有孤电子对。
一种更简便的方法一一(8n+2m)较好地
解决了这一困惑。
设中心原子为A,配位原子为X,孤电子对为L,再设配位原子数为n,孤电子对数为m则分子式可为AX5。
若组成分子的元素都是主族元素,整个分子的价电子总数为V,则V与n、m有如下关系:
V=8n+2mm=(V-8n)/2
例如,三氧化硫分子,价电子总数为:
V=6+6X3=24,m=(V-8X3)/2=(24-8X3)/2=0
可知S原子价层无孤电子对,故三氧化硫是平面三角形结构。
又如,五氯化磷分子的价电子总数:
V=5+7苫=40,m=(V-8X5)/2=(40-8X5)/2=0
P原子价层无孤电子对,故五氯化磷为三角双锥结构。
再如硝酸根的价电子总数为(离子的电荷计入总价电子数):
V=5+6X3+1=24,m=(V-8X3)12=(24-8X3)12=0
N原子价层无孤电子对,故硝酸根的结构是平面三角形。
亚硝酸根的价电子总数为:
V=5+6X2+仁18,m=(V-8X2)/2=(18・8X2)12=1
可知氮原子价层有一个孤电子对,故亚硝酸根为V型结构。
通过上述诸例可以看岀V=8n+2m是以“八隅体”结构为基础的。
所以,本规则主要是适合主族元素的化合物,若配位原子是氢原子时,应改为V=2n+2m因为氢原子仅需两个电子就可达稳定结构。
6、根据价层电子对斥力最小原则确定分子或离子的实际几何构型
对于含有5个及5个以上价层电子对、其中并含有孤电子对的分子或离子,如何根据价层电子对斥力最小原则判断其实际构型,是VSEPF应用的又一难点。
例如,SR属于AXL=AY,其VSEPR!
想模型为三角双锥体,排除孤对电子的分子立体结构(由于孤对电子的位置不同)有两种可能的模型:
哪一种结构更合理呢
价层电子对之间的斥力分别有90。
、120。
、180。
三种方向角,最小方向角的斥力是决定分子几何构型的
主要因素。
下表为90吩向角斥力分析:
90访向角斥力
作用对数目
I
II
孤对电子-孤对电子
孤对电子-成键电子对
3
成键电子对-成键电子对
4
故预测其分子几何构型是II
再如,CIFs属AXL=AY5,价层电子对理想模型为三角双锥型,其分子几何构型可能有以下三种:
下表为90访向角斥力分析:
无
6
III
故预测其分子几何构型是III,即叩形。
由以上两例可知,按斥力大小的顺序:
孤电子对■孤电子对>孤电子对>键电子对>键电子对•键电子对,只要最小方向角斥力最小,即得偏离理想模型发生“畸变”的实际分子或离子几何构型。
据此,可得以下AXL話非布图:
HAOFQO2
5
PCk
SH
BrFs
XeF2,l3-
SR
IF5,XeOF4
XeF-
7、价层电子对斥力作用对键角影响的定性解释
键角是描述分子几何结构的重要参数,键角大小是价层电子对斥力作用的综合体现。
由于键合电子对受到左右两端带正电原子核的吸引,而孤对电子对只受到一端原子核吸引,相比之下,孤
对电子对较“胖”,占据较大的空间,而键合电子对较“瘦”,占据较小的空间。
这样就解释了斥力大小
的顺序:
孤电子对-孤电子对>
孤电子对■•键电子对>
键电子对-键电子对。
如:
CH、NH、H2O中的键角/HAH分别
Looo
为、\O
类似地,重键较单键占据较大的空间,故有斥力大小的顺序:
t-t>
t-d>
d-d>
d-s>
s-s(t-e键,d-双键,S-
单键)
又如,SOCb分子属AXU=AY,因S=0键是双键,S-CI键是单键,据顺序有:
/OSO>
10°
28,,MZCISCI<
ZOSCI<
10928””。
此外,键的极性对键角也有影响。
中心原子电负性较大,成键电子对将偏向中心原子,成键电子对之间斥力增大,键角增大,如:
NH、PH、AsH透分子中的键角(ZHAH依次为107、°
、°
酒己位原子电负性较大,成键电子对将偏离
耳OOF分子中的键角(AOA)依次
中心原子,成键电子对之间斥力减小,键角减小,女口:
价层电子对互斥模型是一个定性模型,与杂化轨道理论相比,它只能对分子的空间构型作定性的描述,而不能对分子的成键原理、键的稳定性做出相应的说明。
但该模型抓住了价层电子对间斥力的大小比较,因此它的很多预测有着相当的正确性。
但由于模型较简单,用来解释某些分子的空间构型时却有困难,例如过渡元素配离子的空间构型,用价层电子对互斥模型就得不到正确的解释。