Chapter 5  多原子分子中的化学键

          Chemical Bonds in Polyatomic Molecules

 

 5.1 价电子对互斥理论  The Valence-Shell Electron Pair Repulsion (VSEPR) Theory

　

OUTLINE

 

-1-  VSEPR 规则   

 

（1）原理 （Principle)

        价电子对互斥理论认为：原子周围各价电子对之间由于相互排斥作用，倾向于远离（使总排斥能最小）而达到最稳定状态。从而使得各个键角相互适应，这就产生了分子能量最低的几何构型。

 

•          可用ALmEn代表多原子分子，其中A为中心原子，L为配位原子，E则为A原子价层上的孤对电子对，m＋n为价层总电子对数P，则可借上述价电子互斥理论提出判断分子几何构型的以下规则：

 

  (2)  规则

    1.   原子价电子层中的电子，无论成键与否， 都被考虑为定域的电子对。

  1. 所有价电子对被排布于使互相排斥最小的位置（换言之，价电子对的空间取向，要满足使总排斥能达到最小的要求）。
  2. 由于孤电子对（lp）较为“肥大”，其排斥作用因而较强。孤电子对和成键电子对（bp）之间的排斥强度顺序为 (lp =  lone pair ;   bp = bonding pair)

                          lp-lp >>  lp-bp >  bp-bp         

    4.   重键在判断分子构型时按单键处理。（只对键角与键长有影响）

　

　

VESPR Rules for Determining Structure

 

  1.  Draw the Lewis Structure.

 

  1. Add together the number of atoms bound to the central atom and the number of lone pair electrons and choose the appropriate arrangement. (i.e. linear, triangular planar, tetrahedral, trigunal bipyramidal, or octahedral).

 

  1. Draw the strucutre, placing the appropriate number of atoms and electron pairs about the central atom according to the chosen  arrange-ment

 

4.  If more that one structure is possible, then minimize repulsions according to:

 (1) 180o repulsions < 120o repulsions < 90o repulsions.

       (2) Bonding Pair repulsions-Bonding Pair repulsions < Bonding Pair repulsions-Lone Pair repulsions < Lone Pair repulsions-Lone Pair repulsions

       (3) B.P.- B.P repulsions at 90o < B.P.- L.P. repulsions at 90o < L.P.- L.P. repulsions at 90o

　

　

　

 

   

Two Electron Groups                               Three electron groups

 

 

 

       Four Electron Groups                                      Five Electron Groups

  

                         

                                                  Six Electron Groups

 

VSEPR geometries

Electron pairs

Geometry 几何构型

2

linear                        直线型

3

trigonal planar          平面三角形

4

tetrahedral                四面体

5

trigonal bipyramidal 三角双锥

6

octahedral                 八面体

 

　

 

(A)

(B)

 

Figure 5.1-1  Arrangement of  electron pairs corresponding with the number of electron pairs

 

 

(C)

Figure 5.1-1  Arrangement of  electron pairs corresponding with the number of electron pairs

 

(D)

Figure 5.1-1  Arrangement of  electron pairs corresponding with the number of electron pairs

 

(E)

Figure 5.1-1  Arrangement of  electron pairs corresponding with the number of electron pairs

 

　

　

VSEPR

EXAMPLE FOR VSEPR AND MOLECULAR SHAPES

    Number of
    Atoms
    Bonded
    to Central
    Atom    成键原子数

    Number
    of
    Non-

    bonding
    Pairs     非键电子对数

    Formula

    Electron
    Geometry

    电子几何

    图形

    Molecular
    Shape

    分子形状

    Examples

    Image

    点击下列

    各图标看

    动态效果

    　
    2
    0

    　

    AB2
    Linear

    线形
    Linear    

    线形
    BeH2, CO2,
    CdBr2

    [BeH2 gif]
    3
    0
    AB3

    Trigonal
    Planar

    平面三角形

    Trigonal
    Planar

    平面三角形
    CO32-,
    BCl3

    [CO3(2-) gif]
    2
    1
    AB2E

    Trigonal
    Planar

    平面三角形

    Bent     

    V形

    （弯曲形）

    SO2-,NO2-,
    SnCl2

    		 [ClO2(-) gif]

    　

    4

    　

    0

    　

    AB4
    Tetrahedral

    四面体
    Tetrahedral

    四面体形
    CH4,
    ClO4-,
    SnBr4
    		 [CH4 gif]
    3
    1
    AB3E
    Tetrahedral

    四面体
    Trigonal
    Pyramidal

    三角锥形
    NH3, PCl3,
    ClO3-
    		 [NH3 gif]
    2
    2
    AB2E2
    Tetrahedral
    Bent  V形
    H2O,
    SCl2
    		 [H2O gif]
    5
    0
    AB5

    Trigonal
    Bipyramidal

    三角双锥形

    Trigonal
    Bipyramidal

    三角双锥形
    PCl5
    		 [PCl5 gif]

    　

    4

    　

    1

    　

    AB4E

    Trigonal
    Bipyramid

    三角双锥形

    See Saw  

    变形三角

    双锥形
    SF4
    		 [SF4 gif]
    3
    2
    AB3E2

    Trigonal
    Bipyramid

    三角双锥形  
    Tee Shaped T形
    BrF3,
    ClF3
    		 [BrF3 gif]
    2
    3

    　

    AB2E3

    Trigonal
    Bipyramid

    三角双锥形
    Linear

    线形
    ICl2-,
    XeF2
    		 [ICl2(-) gif]

    　

    6

    　

    0

    　

    AB6

    Octahedral

    八面体形

    Octahedral

    八面体形
    SF6
    		 [SF6 gif]
    5
    1
    AB5E

    Octahedral

    八面体形

    Square
    Pyramidal

    四方锥形
    BrF5,
    ClF5

    [BrF5 gif]

    　

    4

    　

    2

    　

    AB4E2

    Octahedral

    八面体形

    Square
    Planar   

    平面四方形
    ICl4-,
    XeF4
    		 [ICl4(-) gif]

 

 

•        Postscript

    价电子对互斥理论能够广泛地用于定性预测各类ABn型分子的几何构型，解释键长和键角变化，偏离标准值的规律性，但也有少数化合物的推测出现例外．例如 BaI2，SrCl2都是弯曲形构型而非预计的直线型．此外，对过渡金属化合物几何构型的判断也有一定的局限性．

　

          实际上，应用价电子对互斥理论的分子体系，都有一个共同的特点，即分子中所有电子都是成对的．如果分子中有未成对的电子，则不能简单地以此方法来推测分子的几何构型．对于不具有半满或全满d轨道的过渡元素，由于d轨道上电子分布不对称，将使分子形状不规则化，无法用价电子对互斥理论作出判断，而用配位场理论则能说明得更好．

 

          价电子对互斥理论被看成是杂化轨道理论简化了的方法．而它相当于只考虑了中心原子利用杂化轨道成键后，各电子对之间的相互排斥，因而只能作出大致的定性说明．而杂化轨道理论则还考虑了整个的杂化过程，并可得出定量的结果，如计算键角等．