化學原理啟迪359
1. 依據先前關於分子結構的討論，我們能夠預測CH4、NH3和H2O分子的H－X－H鍵的角度應該是四面體的夾角109.5度（X是中心原子）。可是實驗顯示這些分子的夾角如下：
2. 這些實際測量分子而得到的鍵角，對價電殼層電子對模型VSEPR有什麼意義？這裡面透露出的其中一個觀點是，這些分子的夾角都很接近四面體的夾角；相反的看法是，這些分子變成各種不同的角度，而不是模型所說的109.5度，顯示VSEPR模型需要進一步修正才能更精確地反映真實。
3. 讓我們來檢驗以下的數據：
注：鍵角是鍵結電子對彼此之間的夾角。
4. 上表顯示出一個趨勢：分子未鍵結電子對的數量愈多，鍵角愈小。其中一種解釋認為是因為未鍵結電子對比鍵結電子需要更大的空間。換句話說，未鍵結電子對的數量愈多，鍵結電子對被壓縮得愈厲害，因此鍵結電子彼此之間的鍵角愈小。
5. 這個解釋在物理上來看是蠻合理的。鍵結電子是由二個原子核共享，所以電子要不是靠近這個原子核，要不就是靠近另一個原子核，不會跑太遠。因此鍵結電子被鎖在兩原子核之間的距離範圍內。
6. 未鍵結電子對只在一個原子核上，這二個未鍵結電子會盡量靠近唯一的一個原子核（這二個電子彼此互斥，因此需要較大的空間）。
7. 下圖甲烷CH4、氨NH3和水H2O的分子結構說明未鍵結電子對需要的空間比鍵結電子對大：
8. 依據上述的觀察結果，我們對原始的VSEPR模型再做補充：未鍵結電子對比鍵結電子需要更多的空間，而且未鍵結電子對會壓縮鍵結電子對彼此的夾角。
9. 到目前為止我們已經討論了中心原子周遭有2個、3個、4個電子對的分子。中心原子周遭有5個電子對的分子，它有很多種可能的電子對排列方式，其中斥力最小的是結構是雙三角錐 trigonal bipyramid。
10. 平面雙三角錐結構的鍵結電子對彼此之間有二種不同的鍵角，90度和120度。如同名稱所顯示的，這是2個三角錐共享其中一個平面構成的結構（很像2個三角錐的底座黏起來）。
11. 一個特定原子周遭可圍繞6對電子形成八面體結構octahedral structure，每個電子對彼此之間的鍵角是90度。要使用VSEPR模型來判斷分子的幾何構造，你必須記得電子對的數量與電子對最恰當的排列方式之間的關係。
12. 【例題】當磷與過量的氯氣反應，會產生五氯化磷PCl5。液態與氣態的五氯化磷PCl5是由一顆顆的五氯化磷PCl5分子組成，但是固態下它變成由1：1的PCl4+和PCl6－離子組成。預測PCl5、PCl4+、PCl6－的立體構造。
13. 【解題】
l PCl5的路易斯構造如下
PCl5分子的磷原子P圍繞5對鍵結電子，使這5對鍵結電子彼此斥力降到最小的構造是雙三角錐trigonal bipyramidal arrangement。
在圍繞磷原子的鍵結電子對末端加上氯原子，就出現雙三角錐分子。
l 在畫出PCl4的路易斯結構之前，先計算PCl4的價電子數相關資訊。
PCl4＋價電子數：磷的5顆價電子＋（4個氯原子×氯的7顆價電子）－陽離子帶有1顆正電荷＝32
每個Cl分配到的未鍵結電子數：〔離子總價電子數32－（每對化學鍵有2顆鍵結電子×4對鍵結電子）〕÷4顆氯原子＝6顆未鍵結電子
PCl4＋的路易斯結構如下
PCl4＋離子的磷P原子周遭圍繞4對鍵結電子，使這4對鍵結電子彼此斥力降到最小的構造是四面錐體tetrahedral arrangement。
磷的每一對鍵結電子是與氯原子共享的，所以四面錐體的角落放上氯原子，得到分子結構如下：
在畫出PCl6－的路易斯結構之前，先計算PCl6－的相關價電子：
PCl6－的價電子：磷的5顆價電子＋（6個氯原子×氯的7顆價電子）＋陰離子帶有1顆負電荷＝48顆價電子
每個Cl分配到的未鍵結電子數：〔離子總價電子數48－（每對化學鍵有2顆鍵結電子×6對鍵結電子）〕÷6顆氯原子＝6顆未鍵結電子
PCl6－離子的磷P原子周遭圍繞6對鍵結電子，使這6對鍵結電子彼此斥力降到最小的構造是八面錐體octehedral arrangement。
磷的每一對鍵結電子是與氯原子共享的，所以八面錐體的角落放上氯原子，得到分子結構如下：
n 翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》；圖片來源／Wps.prenhall.com、Chemeddl.org、Fculty.uscupstate.edu、S-owl.cengage.com、Chempaths.chemeddl.org
PCl4＋的圖......
回覆刪除PCl4+的圖修正過了，謝謝！
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