從一個物質(zhì)結(jié)構(gòu)公式說起

崔廣杰

（江蘇省如皋市丁堰中學(xué) 江蘇 如皋 226521）

1.對于該公式我們可以作這樣的解讀，在現(xiàn)代價鍵理論中，雜化軌道理論在解釋粒子空間構(gòu)型方面是非常成功的，其基本原理是：中心原子的外層原子軌道發(fā)生混雜得到總數(shù)不變、能量相同的軌道，用于形成σ鍵和存放孤電子對，這樣的σ鍵鍵重疊程度大，相互排斥，在三維空間合理分布，達到理想的受力平衡狀態(tài)，形成穩(wěn)定的三維立體構(gòu)型。基于這一理論，ABx型粒子的空間構(gòu)型取決于中心原子A的雜化類型，雜化類型又取決于A的原子價電子對數(shù)，因為兩個原子間能而且只能形成一個σ鍵，故σ鍵數(shù)目為與A直接相連的B原子數(shù)x，所以判斷雜化類型的關(guān)鍵在于確定A原子上的孤電子對數(shù)。對于比較簡單的粒子，可依據(jù)其電子式中來確定孤電子對數(shù)，而對于較復(fù)雜的粒子中心原子上孤電子對數(shù)的判斷，該公式充分的顯示了它的優(yōu)越性。

當(dāng)中心原子A提供部分價電子與原子B成鍵，無論是形成σ鍵還是形成π鍵，剩下的價電子就是中心原子A的孤對電子。而A提供的價電子數(shù)就是B能接受的最多電子數(shù)，等于B在該粒子中的化合價。對于ABx型陰離子，計算A的孤電子對數(shù)時，價電子數(shù)a要加上離子電荷數(shù)；對于ABx型陽離子，價電子數(shù)a要減去離子電荷數(shù)。即使A向B提供孤電子對形成配位鍵，也不會影響計算結(jié)果，這是一種抓總量的計算方法。

孤電子對數(shù)+X 雜化類型 實例 分子的形狀0+5＝5 1+4＝5 0+6＝6 1+5＝6 0+7＝7 sp3d雜化sp3d雜化sp3d2雜化sp3d3雜化sp3d3雜化PCl5 SCl4 SF6 IF5 IF7三角雙錐三角錐正八面體四方錐五角雙錐

在以過渡元素原子為中心的ABx型粒子中，由于次外層d軌道參與雜化，情況比較復(fù)雜，所以不能簡單的應(yīng)用該公式計算孤電子對數(shù)、確定雜化類型。

3.有時利用上述公式計算孤電子對數(shù)會出現(xiàn)0.5的情況，有人認(rèn)為應(yīng)該用進一法算，即將0.5計為1，將1.5計為2，這有沒有道理呢？首先要弄清這個問題成因，其實有時A與B除了形成σ鍵外，A還可以與兩個甚至多個B形成多原子為中心的多電子大π鍵，而A參與大π鍵形成的電子數(shù)可以是一個也可以是兩個，這就導(dǎo)致了計算孤電子對數(shù)時出現(xiàn)0.5的情況。

例如NO2分子中，根據(jù)上面的公式計算N原子的孤電子對數(shù)為0.5，但實際情況是，N原子的最外層電子排布為 2s22px12py12pz1，O原子的價電子排布式是2s22px22py12pz1， 在 NO2分子中，N 原子用 2s與 2px、2py三個軌道進行雜化，得到3個sp2雜化軌道，并用2個sp2雜化軌道分別與兩個O原子的2py軌道重疊形成兩個σ鍵，N原子中未雜化的2pz軌道與兩個O原子的2pz的軌道平行，垂直于3個sp2雜化軌道所在平面，這三個軌道肩并肩重疊形成3電子3中心的大π鍵，也就是說N原子成鍵時“節(jié)約”了一個電子，仍然有一對孤電子對，所以NO2分子的結(jié)構(gòu)可以表示為：

我們再來看ClO2的情況，ClO2是V型分子，鍵角118°，具有順磁性和很高的化學(xué)活性，這些性質(zhì)可以從ClO2分子的結(jié)構(gòu)中得到解釋：Cl的價電子排布式是3s23px23py23pz1，在ClO2分子中，Cl將3s23px23py2雜化，得到3個sp2雜化軌道。成鍵時O原子將2s22px22py12pz1壓縮為2s22px22py22pz0，Cl原子將其中的兩個sp2雜化軌道以配位鍵的形式與兩個O原子的空軌道2pz重疊，同時Cl原子未雜化的3pz1與兩個O原子的2py軌道平行重疊形成3中心5電子的大π鍵，故Cl原子只剩下一對孤電子對，再考慮孤電子對對成鍵電子對的排斥力因素，鍵角實際為118°。若用上述公式計算，ClO2分子中Cl原子的孤電子對為1.5，計為2的話Cl原子為sp3雜化，顯然與事實不符，因為sp3雜化鍵角應(yīng)為109.5°，再考慮孤電子對的排斥鍵角應(yīng)小于109.5°，而不是現(xiàn)在的118°，ClO2分子的結(jié)構(gòu)可以表示為：

因此，當(dāng)利用上述公式計算孤電子對出現(xiàn)0.5的時候，要不要“進一”不能一概而論，要具體情況具體分析，畢竟雜化軌道理論是用于解釋粒子空間構(gòu)型，而不是用來確定粒子的空間構(gòu)型，也就是說在確認(rèn)粒子的空間構(gòu)型的事實基礎(chǔ)上，可以用雜化軌道理論加以解釋，切不可以生搬硬套，現(xiàn)代價鍵理論才能顯示出存在的生命力。

［1］ 北京師范大學(xué)無機化學(xué)教研室等.無機化學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，1997