金敖然

(廣西壯族自治區(qū)南寧市第三中學(xué))

在一輪復(fù)習(xí)備考“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”模塊的時(shí)候,學(xué)生經(jīng)常遇到涉及分子中比較共價(jià)鍵夾角大小的問(wèn)題.對(duì)于此類問(wèn)題,教材上沒(méi)有直接的講解,有些輔導(dǎo)材料上的解釋也不夠系統(tǒng)和全面.在缺乏理論指導(dǎo)的情況下,學(xué)生在解答此類問(wèn)題時(shí)往往無(wú)從下手,錯(cuò)誤率很高.筆者通過(guò)剖析價(jià)層電子對(duì)互斥(VSEPR)理論,指導(dǎo)學(xué)生分析、判斷鍵角的大小,培養(yǎng)學(xué)生的空間想象和邏輯思維能力以及分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力,提高高三備考的效率.

1 VSEPR理論

雜化軌道理論可以很好地解釋分子的空間構(gòu)型,但是若想進(jìn)一步解釋采用相同雜化類型的分子,其分子中因結(jié)合原子不同而造成結(jié)構(gòu)上的變化,即鍵角的改變,雜化軌道理論就顯得“力不從心”了.高中階段用VSEPR 理論解釋或者預(yù)測(cè)分子的幾何模型簡(jiǎn)單有效且易懂.VSEPR 理論認(rèn)為分子的立體構(gòu)型取決于中心原子周圍電子對(duì)之間的相互排斥,當(dāng)排斥力存在時(shí),整個(gè)分子的空間構(gòu)型趨向于電子對(duì)排斥力最小的結(jié)構(gòu),維系體系能量最低.具體表現(xiàn)在兩個(gè)方面,一方面是看中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)目.價(jià)層電子對(duì)數(shù)＝成鍵電子對(duì)數(shù)+孤電子對(duì)數(shù),成鍵電子對(duì)數(shù)或者σ鍵電子對(duì)數(shù)等于中心原子結(jié)合的原子數(shù).中心原子孤電子對(duì)數(shù)的計(jì)算式為,a為中心原子的價(jià)電子數(shù),x為結(jié)合原子數(shù),b為結(jié)合原子所能接受的電子數(shù).例如SO3,其成鍵電子對(duì)數(shù)為3,孤電子對(duì)數(shù)為,價(jià)層電子對(duì)總數(shù)為3.價(jià)層電子對(duì)總數(shù)決定分子的基本空間構(gòu)型.另一方面,要考慮不同情況下的電子對(duì)之間斥力不同,對(duì)空間基本構(gòu)型產(chǎn)生的影響不同,使鍵角發(fā)生改變.

2 依據(jù)VSEPR理論判斷分子的空間構(gòu)型

2.1 價(jià)層電子對(duì)總數(shù)對(duì)空間構(gòu)型的影響

前面講過(guò)如何確定一個(gè)分子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)目.價(jià)層電子對(duì)數(shù)目是影響分子空間構(gòu)型的主要因素,如表1所示.

表1

圖1

圖2

表2

比較分子中的C—Ga—C 鍵角大小:Ga(CH3)3________Ga(CH3)3(Et2O)(填“＞”“＜”或“＝”),其原因是________.

2.2 孤電子對(duì)對(duì)空間構(gòu)型的影響

成鍵電子對(duì)與孤電子對(duì)在中心原子周圍形成的電子云分布方式不一樣,成鍵電子對(duì)由于受到2個(gè)原子核的吸引,電子云沿鍵軸方向“拉長(zhǎng)”,而孤電子對(duì)只受中心原子吸引,因而電子云更加“聚攏”于中心原子一側(cè),占據(jù)較大空間.這樣孤電子對(duì)對(duì)相鄰電子對(duì)的排斥力就更大,NH3中成鍵電子對(duì)與孤電子對(duì)的電子云分布情況如圖3所示.不同電子對(duì)之間的排斥力大小順序?yàn)?孤—孤＞孤—鍵＞鍵—鍵.孤電子對(duì)越多,對(duì)成鍵電子對(duì)的斥力越大,共價(jià)鍵鍵角就越小.

圖3

A.CH4和H2O 的VSEPR 模型均為四面體

C.CF4和SF4均為非極性分子

D.XeF2與XeO2的鍵角相等

圖4 SF4 分子的空間構(gòu)型

圖5 XeF2 分子的空間構(gòu)型

2.3 多重鍵對(duì)空間構(gòu)型的影響

共價(jià)鍵包括單鍵、雙鍵、三鍵、大π鍵等.我們通常把含有π鍵的共價(jià)鍵稱作重鍵.π鍵不影響分子的骨架,但是π鍵增多,成鍵電子占據(jù)的空間就越大,對(duì)其他電子對(duì)的斥力也隨之增大,導(dǎo)致鍵角改變.一般來(lái)講,π鍵的成分越多斥力越大,包含多重鍵的鍵角會(huì)變大,而單鍵之間的鍵角會(huì)變小.

圖6 甲醛分子構(gòu)型

2.4 中心原子相同,配原子不同

當(dāng)中心原子相同,配原子不同時(shí),由于配原子的電負(fù)性不同,配原子的電負(fù)性越大成鍵電子對(duì)越靠近配原子,距離中心原子越遠(yuǎn),成鍵電子對(duì)的斥力就會(huì)越小,其鍵角也會(huì)變小.

2.5 配原子相同,中心原子不同

當(dāng)配原子相同,中心原子不同時(shí),隨著中心原子的電負(fù)性增大,中心原子對(duì)成鍵電子對(duì)吸引力增強(qiáng),成鍵電子對(duì)靠近中心原子,造成成鍵電子對(duì)間的斥力增加,鍵角增大,

3 結(jié)束語(yǔ)

學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí),深入理解VSEPR理論,了解影響鍵角大小的因素,綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)分子結(jié)構(gòu)中的鍵角大小關(guān)系.通過(guò)學(xué)習(xí)這部分知識(shí),可以提升空間想象能力,提高分析問(wèn)題和運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力,同時(shí)可以促進(jìn)對(duì)雜化軌道理論、原子核外電子排布規(guī)律以及電負(fù)性等知識(shí)的理解,整體提升高三一輪復(fù)習(xí)中物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識(shí)模塊的復(fù)習(xí)效果.

(完)