VSEPR模型判別分子構(gòu)型

1、 VSEPR模型判別分子構(gòu)型 2009-4-6 14:38:13作者-hongzhi來(lái)源-錄入 閱讀634次【字體：小 大】返 回前頁(yè) 1940年，西奇威克（Sidgwick）等在總結(jié)實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上提出了一種簡(jiǎn)單的模型，用于預(yù)測(cè)簡(jiǎn)單分子或離子 的立體結(jié)構(gòu)。六十年代初，吉列斯比（RJ、Gillespie）與尼霍爾姆（Nyholm）等發(fā)展了這一模型。因該模型思 想方法質(zhì)樸淺顯，在預(yù)見(jiàn)分子結(jié)構(gòu)方面簡(jiǎn)單易行，而成為大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)的基本教學(xué)內(nèi)容，并于新一輪課程改 革中引入高中化學(xué)教學(xué)。這就就是價(jià)層電子對(duì)互斥模型（Valence Shell Electron Pair Repulsion）,常以 其英文的

2、縮寫(xiě)形式 VSEPR來(lái)表示。 1、來(lái)自生活中的一個(gè)游戲現(xiàn)象 吹氣球就是大家熟悉的生活游戲，如果將每個(gè)氣球吹成一樣大小，將其中的兩個(gè)通過(guò)吹氣口系在一起，您會(huì) 發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)氣球自然成一直線，再向其中加入一個(gè)氣球并通過(guò)吹氣口系在一起，您會(huì)發(fā)現(xiàn)這三個(gè)氣球均勻地 分開(kāi)成正三角形分布。依次再向其中加入一個(gè)氣球并通過(guò)吹氣口系在一起，您會(huì)有什么預(yù)期？您會(huì)發(fā)現(xiàn)結(jié)果 與您的預(yù)期如此地吻合：四個(gè)大小相同的氣球成正四面體分布，五個(gè)大小相同的氣球成三角雙錐分布，六個(gè) 大小相同的氣球成正八面體分布。見(jiàn)圖： 我們很容易從這一游戲現(xiàn)象受到啟迪：當(dāng)物體所占空間因素相同時(shí)，它們彼此趨向均勻分布。這一規(guī)律在自 然界乃至人類社會(huì)生活中

3、并不鮮見(jiàn)，我們不難找到類似的與接近的例子。 2、VSEPR!型要點(diǎn) VSEPR模型認(rèn)為，分子的幾何構(gòu)型總就是采取電子對(duì)排斥作用最小的那種結(jié)構(gòu)。因?yàn)檫@樣可使體系的能量最 低,中心原子價(jià)層的電子對(duì)總就是按照最合適的空間方式進(jìn)行分布。見(jiàn)下表。 電子對(duì)數(shù) 電子對(duì)的空間分布 空間分布 幾何構(gòu)型 2 直線 3 在角形 4 四面體 5 三角雙錐 6 八面體 VSEPR模型簡(jiǎn)樸通俗，應(yīng)用簡(jiǎn)單易行，顯現(xiàn)了它的獨(dú)特魅力并引人入勝。 3、VSEPF模型判別分子構(gòu)型的基本程序 中心原子的價(jià)層如果沒(méi)有孤電子對(duì) ，那么每一個(gè)電子對(duì)就代表一個(gè)共價(jià)鍵，此時(shí)電子對(duì)的空間分布就就是分 子的幾何構(gòu)型。例如,BeCl 2分子中Be原

4、子的兩個(gè)價(jià)電子分別與兩個(gè) Cl原子形成的兩個(gè)共價(jià)鍵，沒(méi)有孤電子 對(duì)，故它就是直線型結(jié)構(gòu)。又如CH分子中的C原子價(jià)層有四個(gè)電子對(duì)，這四個(gè)價(jià)電子對(duì)代表了四條 C-H健，C 原子價(jià)層無(wú)孤電子對(duì)，故CH屬四面體結(jié)構(gòu)。 如果中心原子的價(jià)層存在孤電子對(duì)時(shí)，則應(yīng)先考慮不同電子對(duì)之間的斥力后，再確定分子的構(gòu)型。不同電子 對(duì)間斥力的大小的順序就是：孤電子對(duì)-孤電子對(duì) 孤電子對(duì)-鍵電子對(duì) 鍵電子對(duì)-鍵電子對(duì)。 價(jià)層電子對(duì)互斥模型就是根據(jù)中心原子周圍價(jià)層電子對(duì)的數(shù)目，確定價(jià)層電子對(duì)在中心原子周圍的理想排 布，然后再根據(jù)價(jià)層電子對(duì)間斥力的大小，以體系的排斥能最小為原則來(lái)確定分子的幾何構(gòu)型。 4、價(jià)層電子對(duì)與孤電子對(duì)的

5、確定 用通式AXnLm來(lái)表示所有只含一個(gè)中心原子的分子或離子的組成，式中A表示中心原子，X表示配位原子（也叫 端基原子），下標(biāo)n表示配位原子的個(gè)數(shù) 丄表示中心原子上的孤電子對(duì)，下標(biāo)m就是電子對(duì)數(shù)。已知分子或 離子的組成與原子的排列順序時(shí) ，m值可用下式確定： 例如: 分子或離子 SQ SO SO2- SQ2- NQ+ m 1 0 1 0 0 注：有時(shí)計(jì)算出來(lái)的 m值不就是整數(shù)，如NO,m=0、5,這時(shí)應(yīng)當(dāng)作m=1來(lái)對(duì)待，因?yàn)閱坞娮右惨紦?jù)一個(gè)孤對(duì) 電子軌道。 通式AXLm里的(n+m)的數(shù)目稱為價(jià)層電子對(duì)數(shù)，令n+m=z則可將通式改寫(xiě)成另一種通式AY。因此,z的數(shù)目 決定了一個(gè)分子或離子中的價(jià)

6、層電子對(duì)在空間的分布，由此可以畫(huà)出VSEPF理想模型。 值得一提的就是，這里的價(jià)層電子對(duì)的“對(duì)”未必就就是二個(gè)電子 ，事實(shí)上一個(gè)價(jià)層電子對(duì)表示一個(gè)成鍵區(qū) 或表示一個(gè)空間占位，這就就是如果岀現(xiàn)有奇電子(有一個(gè)成單電子)或重鍵，可把這個(gè)單電子或重鍵當(dāng)作電 子對(duì)來(lái)瞧待的原因。 5、應(yīng)用VSEPF模型中的“ 8n+2m規(guī)則確定孤電子對(duì) 用VSEPF判斷分子構(gòu)型，困難就在于中心原子周圍有沒(méi)有孤電子對(duì)。一種更簡(jiǎn)便的方法一一(8n+2m)較好地 解決了這一困惑。 設(shè)中心原子為A，配位原子為X，孤電子對(duì)為L(zhǎng)，再設(shè)配位原子數(shù)為n，孤電子對(duì)數(shù)為 m,則分子式可為 AXLm。若 組成分子的元素都就是主族元素，整個(gè)分

7、子的價(jià)電子總數(shù)為 V,則V與n、m有如下關(guān)系： V=8n+2mm=(V-8n)/2 例如，三氧化硫分子，價(jià)電子總數(shù)為：V=6+6X3=24,m=(V - 8X3)/2=(24 - 8X3)/2=0 可知S原子價(jià)層無(wú)孤電子對(duì)，故三氧化硫就是平面三角形結(jié)構(gòu)。 又如，五氯化磷分子的價(jià)電子總數(shù)：V=5+7X5=40,m=(V -8X5)/2=(40 -8X5)/2=0 P原子價(jià)層無(wú)孤電子對(duì)，故五氯化磷為三角雙錐結(jié)構(gòu)。 再如硝酸根的價(jià)電子總數(shù)為 (離子的電荷計(jì)入總價(jià)電子數(shù)):V=5+6 X3+仁24,m=(V -8X3)12=(24 -8X3)12=0 N原子價(jià)層無(wú)孤電子對(duì)，故硝酸根的結(jié)構(gòu)就是平面三角形

8、。 亞硝酸根的價(jià)電子總數(shù)為：V=5+6X2+1=18,m=(V -8X2)/2=(18 -8X2)12=1 可知氮原子價(jià)層有一個(gè)孤電子對(duì)，故亞硝酸根為V型結(jié)構(gòu)。 通過(guò)上述諸例可以瞧岀 V=8n+2m就是以“八隅體”結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。所以，本規(guī)則主要就是適合主族元素的化 合物,若配位原子就是氫原子時(shí)，應(yīng)改為V=2n+2m因?yàn)闅湓觾H需兩個(gè)電子就可達(dá)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。 6、根據(jù)價(jià)層電子對(duì)斥力最小原則確定分子或離子的實(shí)際幾何構(gòu)型 對(duì)于含有5個(gè)及5個(gè)以上價(jià)層電子對(duì)、其中并含有孤電子對(duì)的分子或離子，如何根據(jù)價(jià)層電子對(duì)斥力最小原 則判斷其實(shí)際構(gòu)型，就是VSEPF應(yīng)用的又一難點(diǎn)。 例如，SF4屬于AX4_i=AY,其V

9、SEPR1想模型為三角雙錐體，排除孤對(duì)電子的分子立體結(jié)構(gòu)(由于孤對(duì)電子的位 置不同)有兩種可能的模型： 哪一種結(jié)構(gòu)更合理呢？ 價(jià)層電子對(duì)之間的斥力分別有 90、120、180三種方向角，最小方向角的斥力就是決定分子幾何構(gòu)型 的主要因素。下表為90方向角斥力分析： 90方向角斥力 作用對(duì)數(shù)目 I II 孤對(duì)電子-孤對(duì)電子 0 0 孤對(duì)電子-成鍵電子對(duì) 3 2 成鍵電子對(duì)-成鍵電子對(duì) 3 4 故預(yù)測(cè)其分子幾何構(gòu)型就是II。 再如,CIF 3屬AX3_2=AY,價(jià)層電子對(duì)理想模型為三角雙錐型，其分子幾何構(gòu)型可能有以下三種 下表為90方向角斥力分析： 90方向角斥力 作用對(duì)數(shù)目 I II III 孤對(duì)

10、電子-孤對(duì)電子 無(wú) 1 無(wú) 孤對(duì)電子-成鍵電子對(duì) 6 3 4 成鍵電子對(duì)-成鍵電子對(duì) 無(wú) 3 2 故預(yù)測(cè)其分子幾何構(gòu)型就是 III,即“T形。 由以上兩例可知，按斥力大小的順序：孤電子對(duì)-孤電子對(duì) 孤電子對(duì) 鍵電子對(duì) 鍵電子對(duì)-鍵電子對(duì)，只要最 小方向角斥力最小，即得偏離理想模型發(fā)生“畸變”的實(shí)際分子或離子幾何構(gòu)型。 據(jù)此,可得以下AXLm排布圖： 中心原子價(jià) 電子對(duì)數(shù) 成鍵電子對(duì) 數(shù) 中心原子孤 電子對(duì)數(shù) 微粒空間構(gòu) 型 實(shí)例 2 2 0 CQ,BeCI 2,HgCI 2 3 3 0 BF3,SO3 2 1 SnCLSQQ 4 0 CH,NH/ 4 3 1 NH,PCI 3 2 2 HO,O

11、F2,CIO2 5 0 PCI5 5 4 1 SF4 3 2 BrF3 2 3 XeF,l 3- 6 6 0 SF6 5 1 4 2 IF 5,XeOF4 Xe 7、價(jià)層電子對(duì)斥力作用對(duì)鍵角影響的定性解釋 鍵角就是描述分子幾何結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)，鍵角大小就是價(jià)層電子對(duì)斥力作用的綜合體現(xiàn)。 由于鍵合電子對(duì)受到左右兩端帶正電原子核的吸引，而孤對(duì)電子對(duì)只受到一端原子核吸引，相比之下，孤對(duì) 電子對(duì)較“胖”，占據(jù)較大的空間，而鍵合電子對(duì)較“瘦”，占據(jù)較小的空間。這樣就解釋了斥力大小的順 序：孤電子對(duì)-孤電子對(duì) 孤電子對(duì)-鍵電子對(duì) 鍵電子對(duì)-鍵電子對(duì)。女口 ：CH。、NH3、H2O中的鍵角/ HAH分別為 1

12、09、5107、3104、5o 類似地，重鍵較單鍵占據(jù)較大的空間，故有斥力大小的順序：t-tt-dd-dd-ss-s（t- 叁鍵，d-雙鍵，s-單鍵） 又如,SO2Cl2分子屬AXL=AY4,因S=O鍵就是雙鍵,S-Cl鍵就是單鍵，據(jù)順序 有: ZOSO1028/CISCIV/OSCK109 28。 此外,鍵的極性對(duì)鍵角也有影響。 中心原子電負(fù)性較大，成鍵電子對(duì)將偏向中心原子，成鍵電子對(duì)之間斥力增 大,鍵角增大，如:NH3、PH、AsHL分子中的鍵角（ZHAH依次為 107 93、08 91、8 ;配位原子電負(fù) 性較大，成鍵電子對(duì)將偏離中心原子，成鍵電子對(duì)之間斥力減小，鍵角減小，如:H2O OF分子中的鍵角（AOA） 依次為104、5102。據(jù)此，可解釋下列鍵角變化：NC2+、NQNO-鍵角（/ONO依次為