混成軌域的空間排列

化學原理啟迪367

Svetlana Zakharova & Roberto Bolle - La Bayadere Pas de Deux (La Scala)

1.     當我們描述一個分子的定域化電子模型時，有一點十分重要，就是必須按部就班地進行：1.先畫出分子的路易斯結構。2.畫出分子的電子對的空間排列－VSEPR模型。3.判斷填入電子的原子混成軌域是屬於哪一種。

2.     一個模型要成功，必須抓到描述對象最重要的自然特質。在建立分子的鍵結模型時，必須十分清楚一件事情，分子傾向於優先降低整體能量，比較不重視保留這些原子獨立狀態下的特質。組成分子的原子必須要滿足分子的需要。

3.     當我們討論某個分子的鍵結情形時，我們總是先考量整個分子而不是裡面的個別原子。在分子中，電子的排列方式是務求讓每個原子的價電子符合鈍氣組態，降低電子對的斥力。

4.     分子內的原子排列原則是將電子對彼此之間的斥力降到最低，然後，每個原子配合分子電子對結構的需要將軌域混合。

5.     在我們應用定域化電子模型LE model描述分子時，我們不應該過度強調每個原子的特質。在獨立狀態下每一種原子的價電子在空間中的方位並不重要，重要的是在分子中每個原子的價電子的位置必須使分子達到最穩定狀態。

6.     同樣的道理，討論組成分子的原子軌域時，在獨立狀態下原子的軌域也是不太重要，重要的是這些原子要形成什麼樣的軌域才能將分子的能量降到最低。

7.     【例題】請說明以下幾個分子或離子的分子構造，並預測分子內每個原子的混成軌域：

a.CO  b.BF4^－ c.XeF2

【解題】

a.一氧化碳CO分子共有10顆價電子，它的路易斯結構是：

一氧化碳分子的每個原子各有2對有效電子，這代表他們的原子軌域都是sp混成軌域。碳與氧之間的三鍵，包含一個sp軌域交疊而成的σ鍵和2p軌域重疊而成的2個π鍵。碳與氧的未鍵結電子對位於sp混成軌域。CO分子只有2個原子互相吸引，因此是一個直線構造分子。

b.四氟化硼離子BF4^－有32個價電子。四氟化硼離子BF4^－的路易斯結構，中心原子硼B共有4對價電子，這必須以四面體結構排列才能將電子對彼此的斥力降到最低：

所以，中心硼原子B是sp³混成軌域，四氟化硼離子BF4^－的每個氟原子也同樣擁有4對價電子，是sp³混成軌域。四氟化硼離子BF4^－的分子結構是四面體。

c. 氟化氙XeF2分子共有22個價電子。路易斯結構顯示氙Xe有5對價電子，以雙三角錐的結構排列：

特別留意，氙Xe的未鍵結電子對在三角平面上，並且容納未鍵結電子對的3個軌域彼此夾角為120°。氙的5對電子形成雙三角錐，由此推測氙的原子軌域為dsp³混成軌域。

 

每個氟原子F都有4對電子，這顯示氟的原子軌域為sp³混成軌域。二個氟的sp³混成軌域與氙Xe垂直於三角平面的dsp³混成軌域交疊成化學鍵，形成一個直線結構的氟化氙XeF2分子。

n  翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》；圖片來源／Padhaichannel、Meritnation、Citycollegiate、Uwplatt、Ajilbab、Chem.tamu.edu