分子或離子中大π鍵(離域π鍵)的確定

李朝旭

近年來,有關分子或離子中大π鍵的判斷屢次出現在全國高考化學試題和各地模擬考試化學試題中，那么到底如何確定分子或離子中大π鍵呢?

1 形成大π鍵的條件

1)形成大π鍵的原子必須在同一平面上．即中心原子采用sp雜化(直線形分子)或sp2雜化(平面三角形或V形分子)．

2)這些原子要有互相平行的p軌道．

3)p軌道上的電子總數小于p軌道總數的2倍．

2 確定π電子數常用方法

1)確定分子中各原子價電子總數.

若為陽離子,應減去所帶電荷數;若為陰離子,應加上所帶電荷數．

2)畫出分子中的σ鍵以及端位原子(與中心原子相結合的原子)上與中心原子雜化軌道處于同一直線或同一平面上的孤電子對．

可以假設端位原子也采用了與中心原子相同的雜化方式,其中1個雜化軌道用于與中心原子的雜化軌道形成σ鍵,其余雜化軌道則用于容納孤電子對．

3)價電子總數減去σ鍵電子總數和孤電子對中的電子總數,差值即為π電子數．

最后，對相關工藝文件進行標準化及要求現場操作者按工藝進行操作，檢驗時增加MT磁粉檢測。經改善后，小噸位鑄造引導輪的感應淬火裂紋發生率大幅降到0.15%以下，改善效果明顯有效。

即:π電子數=價電子總數-(σ鍵電子對數+孤電子對數)×2;若π電子數大于原子總數的2倍,則應平均分成2套大π鍵．

3 實例

1)直線形分子.

例如，CO2分子的價電子總數為16e-,中心原子C原子采用sp雜化,假設端位的氧原子也采用sp雜化,每個氧原子各出1個sp雜化軌道與C原子的sp雜化軌道形成2個σ鍵,氧原子的另外1個sp雜化軌道則容納了1對孤電子對,如圖1所示.

圖1

2)V形分子.

例如，SO2分子的價電子總數為18e-,中心原子S采用sp2雜化,假設端位的氧原子也采用sp2雜化,每個氧原子各出1個sp2雜化軌道與S原子的2個sp2雜化軌道形成2個σ鍵,S原子的另1個sp2雜化軌道則容納了1對孤電子對,氧原子的另外2個sp2雜化軌道也各自則容納了1對孤電子對,如圖2所示.

圖2

3)平面三角形分子.

例如，SO3分子的價電子總數為24e-,中心原子S采用sp2雜化,假設端位的氧原子也采用sp2雜化,每個氧原子各出1個sp2雜化軌道與S原子的3個sp2雜化軌道形成3個σ鍵,氧原子的另外2個sp2雜化軌道則各自容納了1對孤電子對,如圖3所示.

圖3

4 練習

圖4

圖5

2) (2017年全國卷Ⅲ，節選) 硝酸錳是制備上述反應催化劑的原料,Mn(NO3)2中的化學鍵除了σ鍵外,還存在________．

3) (2018年全國卷Ⅱ，節選) 氣態三氧化硫以單分子形式存在,其分子的立體構型為________形,其中共價鍵的類型有________種．

答案平面三角; 2(σ鍵和大π鍵).

4) 尿素分子的結構簡式為CO(NH2)2,該分子中σ鍵數目為________,實驗測得:分子中的所有原子在同一平面內,尿素中的碳氧鍵(125pm)比典型的碳氧雙鍵(121pm)長,而尿素中的碳氮鍵(137pm)比典型的碳氮單鍵(147pm)短,說明分子中存在________．

圖6