化學原理啟迪361
Andrea Bocelli - Santa Claus is coming to town
1. 到目前為止我們對於價電殼層電子對模型VSEPR model的討論，都沒有談到含有多鍵化學鍵的分子。為了瞭解價電殼層電子對模型VSEPR model如何應用在這些分子上，我們將討論硝酸根離子NO3－的構造。
2. 硝酸根離子NO3－共有三個共振結構如下：
3. 硝酸根離子NO3－是平面構造，每個氮氧化學鍵之間的夾角是120度：
4. 硝酸根離子NO3－的平面結構認為，硝酸根離子的中心氮原子的周遭有3對電子環繞它，所以當我們使用價電殼層電子對模型VSEPR model來描述硝酸根離子時，必須將其中1對雙鍵看成是1對鍵結電子。
5. 這是有道理的，因為雙鍵上的2對電子並不是分開的電子對。這2對電子都在2原子核的之間，構成2原子之間的雙鍵（N＝O）。
6. 徐弘毅注：不同的模型設計對鍵結電子有不同的定義。在定域化電子模型LE model，雙鍵是2對鍵結電子；但是在價電殼層電子對模型VSEPR model，雙鍵代表的是1對鍵結電子，這是因為價電殼層電子對模型設計的目的是要利用不同電子對彼此之間的斥力，建立分子的立體結構；而雙鍵上的2對電子彼此並不互斥，可以平行共存，對分子的立體結構不會有影響，因此雙鍵上的2對價電子應當視為1對價電子。（完）
7. 三鍵的情況也是如此，當我們使用價電殼層電子對模型VSEPR model來描述三鍵時，應當將3對電子視為1對電子。這些作法指出一項法則：當我們應用價電殼層電子對模型VSEPR model來描述多鍵時，應當將多鍵視為由1對有效電子構成的化學鍵。
8. 硝酸根離子的構造也指出一個重要的觀點：當一個分子擁有幾個不同的共振結構，每一種共振結構都可用來預測分子的價電殼層電子對模型VSEPR model。
9. 【例題】預測二氧化硫SO2的分子結構。請問SO2分子有沒有偶極矩？
【解題】
首先，我們必須畫出SO2分子的路易斯結構，並且計算出SO2分子的價電子數，結果是6＋6×2＝18顆價電子。我們預期SO2分子的共振結構是：
為了判斷分子結構，我們必須計算環繞硫原子的電子對數量。每個共振結構的硫原子有1對未鍵結電子/孤對電子，1對電子在單鍵，2對電子在雙鍵。使用VSEPR模型描述分子時，必須將雙鍵的2對電子視為1對有效電子，因此環繞硫原子的電子對數量是3對電子。
環繞硫原子的3對電子（其中1對是有效電子）彼此的斥力降到最低的構造是三角平面，3對電子分別指向三角形的不同頂角，這樣就產生了一個V型構造的分子（因為其中1個頂角沒有銜接原子，只有孤對電子）：
因此，我們預測SO2分子的結構是V型結構，鍵角是120°。
SO2分子的偶極矩方向如下：
因為分子的構造是V型，因此2個S－O化學鍵的極性沒有被抵銷掉。
10. 有一點必須要提出，未鍵結電子對與其他電子對之間的夾角至少必須是120°，這樣我們對分子化學鍵的鍵角預測才不會失真。舉例來說，SO2分子的鍵角非常接近120°。
11. 這是因為未鍵結電子對與其他電子對之間的鍵角是120°才能提供未鍵結電子對足夠的空間；如果未鍵結電子對與其他電子對之間的鍵角小於120°，我們對分子結構的預測就會失真。
n 翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》；圖片來源／Mikeblaber、Catalog.flatworldknowledge、 Coursesaver、Uwplatt.edu、Sciencedaily、Bigstockphoto、Butane
參考資料：
沒有留言:
張貼留言