VSEPR模型判别分子构型.docx
《VSEPR模型判别分子构型.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《VSEPR模型判别分子构型.docx（8页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
VSEPR模型判别分子构型
1940年，西奇威克（Sidgwick）等在总结实验事实的基础上提出了一种简单的模型，用于预测简单分子或离子的
立体结构。
六十年代初，吉列斯比和尼霍尔姆（Nyholm）等发展了这一模型。
因该模型思想方法质朴浅
显，在预见分子结构方面简单易行，而成为大学基础化学的基本教学内容，并于新一轮课程改革中引入高中化学教学。
这就是价层电子对互斥模型（ValenceShellElectronPairRepulsion）,常以其英文的缩写
形式VSEP碟表示。
1、来自生活中的一个游戏现象
吹气球是大家熟悉的生活游戏，如果将每个气球吹成一样大小，将其中的两个通过吹气口系在一起，你会发现这两个气球自然成一直线，再向其中加入一个气球并通过吹气口系在一起，你会发现这三个气球均匀地分开成正三角形分布。
依次再向其中加入一个气球并通过吹气口系在一起，你会有什么预期你会发现结果与你的预期如此地吻合：
四个大小相同的气球成正四面体分布，五个大小相同的气球成三角双锥分布，六个大小相同的气球成正八面体分布。
见图：
我们很容易从这一游戏现象受到启迪：
当物体所占空间因素相同时，它们彼此趋向均匀分布。
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・
SQ
NQ
m
1
0
1
0
0
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
0
0
孤对电子-成键电子对
3
2
成键电子对-成键电子对
3
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:
90访向角斥力
作用对数目
1
无
6
II
III
孤对电子-孤对电子
孤对电子-成键电子对
1
3
无
4
成键电子对-成键电子对
无
3
2
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:
2
2
HAOFQO2
5
0
PCk
4
1
SH
5
3
2
BrFs
2
3
XeF2,l3-
6
0
SR
6
5
1
IF5,XeOF4
4
2
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。
升级会员 