化學原理啟迪366
1. 我們曾經討論過，第三列元素組成像SF6和PCl5這類化合物時，第三列元素的價電子是不是能夠超過8顆（超過八隅體法則允許的數量）的關鍵在於，第三列元素的原子組成化合物時，使否有使用到3d軌域去鍵結。現在我們將說明當原子使用3d軌域去鍵結時的混成軌域狀態。
The Sleeping Beauty 9/14 Tchaikovsky-Ballet de
L'Opera de Paris Rudolf Nureyev choreographed
http://www.youtube.com/watch?v=F1o7qvYsbSM
2. 首先，我們將討論五氯化磷PCl5分子。傳統上，PCl5的路易斯結構（假設d軌域參與鍵結）：
顯示出磷原子周圍有5對電子。
3. 在價電殼層電子對模型VSEPR model，5對價電子要降低彼此的斥力必須是雙三角錐trigonal bipyramidal構造，因此五氯化磷PCl5的磷P的原子軌域必須是雙三角錐，這樣的軌域稱為dsp3混成軌域，這是由1個d軌域、1個s軌域和3個p 軌域混合而成的。
4. dsp3混成軌域組合裡，構成三角平面的3個混成軌域的形狀，與垂直於三角平面的2個混成軌域的形狀有些不同；這點與sp、sp2、sp3混成軌域組合裡，每個軌域的形狀都一樣，是有差異的。
5. 五氯化磷PCl5分子的磷P用dsp3混成軌域的5個軌域與5個氯原子Cl共享電子。根據這個模型，一個分子內的原子，如果有5對有效電子，這些電子對一定是雙三角錐trigonal bipyramidal構造，並且這個原子的軌域一定是dsp3混成軌域。
6. 五氯化磷PCl5分子的路易斯結構顯示，每個氯原子身邊圍繞著4對價電子，這4對價電子彼此之間的斥力降到最低的構造是四面體結構，所以氯的原子軌域是由4個次軌域組成的sp3混成軌域。
7. 現在我們已經能夠清楚描述五氯化磷PCl5分子的鍵結構造，磷原子的dsp3軌域與每個氯原子的sp3軌域彼此交疊，共享電子，構成了五氯化磷PCl5分子的5個P－Cl的σ鍵。扣除鍵結的軌域，氯原子還有3個sp3混成軌域用來填入未鍵結電子對。
8. 【例題】請描述碘離子I3－的鍵結情形。
【解題】
碘離子的路易斯結構：
碘離子的路易斯結構顯示，碘原子有5對價電子，這5對價電子彼此斥力降到最低的構造是雙三角錐結構，因此碘離子的中心碘原子是dsp3混成軌域。
碘離子左右兩顆碘原子有4對電子，要使這4對電子彼此斥力降到最低的構造四面體結構，並且他們的原子軌域是sp3混成軌域。
碘離子的中心碘原子是dsp3混成軌域，其中3個dsp3混成軌域用來填入未鍵結電子對，另外2個dsp3混成軌域與左右兩顆碘原子的sp3混成軌域交疊形成σ鍵。
9. d2sp3混成軌域d2sp3 Hybridization。接下來我們將討論六氟化硫SF6的路易斯結構：
10. 六氟化硫SF6的硫原子共有6對價電子，將這6對價電子彼此的斥力降到最低的結構是八面體構造，這是由6個混成軌域為骨架撐起的八面體構造，因此六氟化硫SF6的硫是d2sp3混成軌域，d2sp3混成軌域由2個d軌域，1個s軌域和3個p軌域混合而成。
11. 特別留意，任何一個分子內的原子，如果它的身上圍繞6對價電子，由這6對價電子為骨架撐起的造型一定是八面體，這個原子的軌域是d2sp3混成軌域。
12. 六氟化硫SF6分子裡，硫的每一個d2sp3混成軌域都用來與氟原子鍵結。因為氟原子身上共有4對電子，因此氟原子的軌域是sp3混成軌域。
13. 【例題】四氟化氙XeF4的氙原子是哪一種混成軌域？
【解題】四氟化氙XeF4的路易斯結構顯示，氙的身邊圍繞6對價電子，將這6對價電子彼此的斥力減到最低的構造是八面體；八面體構造是由6個原子軌域支撐出來，只有d2sp3混成軌域是由6個原子軌域，因此氙原子是d2sp3混成軌域。
14. 摘要 用定域化電子模型描述一個分子
l 先畫出分子的路易斯結構。
l 利用VSEPR模型決定電子對在空間中的排列方式。
l 找出要容納這些價電子的混成軌域。
n 翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》；圖片來源／Chemeddl、ENLACES、Chemwiki、Chemistry.tutorvista、Timpanogos
三碘離子路易士結構打錯了
回覆刪除我已經修改了，謝謝提醒。
刪除想請問:d2sp3和sp3d2 這2個有什麼差別
回覆刪除列如ICL2-的混成軌域是哪一個
回應 化學原理啟迪366 dsp3混成軌域
回覆刪除匿名網友問：dsp3混成軌域 dsp3 Hybridization 上的「想請問:d2sp3和sp3d2 這2個有什麼差別 列如ICL2-的混成軌域是哪一個」？
1. 首先，我認為:d2sp3和sp3d2沒有差別，只是這本教科書的作者Steven S. Zumdahl習慣用 d2sp3混成軌域，但是也有很多人會寫成sp3d2。不過，你會有困擾，可能是沒有完全想清楚s、p、d的意義，所以，我補充解釋一下這幾個名詞的意義。
2. 包覆在原子核外的電子雲，是一層一層的，不是均勻分布的；愈靠近原子核的電子雲，受到原子核的引力愈大，電子與原子核之間正負相吸的力量愈強；
3. 我們用能階n表示各層電子雲的能量大小，n=1 是第一能階，最靠近原子核，能量最大，其次是n=2第二能階，能量次之，再其次是n=3第三能階………。
4. 原子核外面有一層一層的電子雲，稱為主電子殼層。能階n是用來說明各層電子雲的能量大小。
5. 每一個能階(或稱主電子殼層)的電子雲，又可以再細分成好幾層，由內而外、由低能階到高能階，依序為s殼層、p殼層、d殼層、f殼層。
6. 每個次殼層電子雲的形狀不同，s殼層(s軌域)是圓球型；p殼層(p軌域)是兩個相連的橢圓球，又稱為啞鈴型；d殼層共有5種形狀；f殼層共有7種形狀。
7. 當一顆原子是獨立自主的時候，這些殼層的特性不會顯現出來，但是，當原子彼此互相鍵結的時候，這些次殼層的電子雲形狀，就會因為周圍其他原子的引力，而被誇大出來。
8. 如果一個原子的最外層電子雲，也就是所謂的鍵結電子軌域，包括1個s軌域和p軌域，那麼，在周圍其他鍵結原子的引力牽引下，會混合成一種新的電子雲型狀；新的電子雲型狀，帶有一點s軌域的特性，又帶有一點p軌域的特性，因此稱為sp、sp2或sp3混成軌域；p右上方的數字是依據參與鍵結p軌域的數量來決定。
9. 你說：d2sp3和sp3d2有沒有差別？我認為沒有，因為不論是d2sp3或是sp3d2意思都是指，這是由原子的2個d軌域、1個s軌域和3個p軌域，混合而成的軌域。
10. 第二個問題，ICL2-的混成軌域是哪一個？我幫你查網路，依據化學網站UCDAVIS CHEMWIKI(加州大學戴維斯分校化學維基) 是sp3d混成軌域。
11. 加州大學戴維斯分校化學維基說，碘的最外的電子殼層有7個電子，因此，ICl2-尚有多一個負電子，因此碘的最外層共有7+1=8個電子；
12. 在ICl2-，碘I與2個氯原子Cl鍵結，形成2個「碘－氯鍵」，這是σ鍵，碘扣掉二個與氯鍵結的電子，還剩下6個電子，這6個電子形成3個未鍵結電子軌域，全部加起來共有5個σ鍵。
13. 5個σ鍵＝4個σ鍵＋1個外加的σ鍵，這是sp3d混成軌域。
14. 科學領域牽涉好幾項能力，國內的教育體系比較注意「運算能力」與「記憶能力」，這些確實都是重要的科學能力；這幾年有很多人加入國際發明獎的比賽，應用理論，動手設計與製造產品，也是一種科學能力。
15. 圖像思考也是一種科學能力，將抽像的、看不見的世界，用具體的圖形表達出來；混成軌域理論就牽涉到圖像思考的能力。如何訓練圖像思考能力？繪畫、玩積木、看漫畫書、看卡通、學習攝影、去美術館看藝術品、欣賞建築，都可以訓練圖像思考能力。
16. 台灣過去很長一段時間處於白色恐怖戒嚴時期，當時多數人看到碰政治的人都坐牢、被殺害，很害怕，就建議小孩子不要碰政治，碰政治會出事。我的一家人不想碰政治，結果還是出事。
17. 我不懂政治，就一直被握有權力的人、懂政治的人迫害，被統派和獨派輪流追殺；只要損及他們的利益，懂政治又握有權力的人，就會用他們的能力打壓弱勢者，不僅連一份糊口的工作都不會給，他們還會使出栽贓抹黑的手段，這是他們的求生本能，這也是每個人必須面對的社會現實。
18. 所以，我認為學科學的人不要學政治的想法，是不對的。一個人對政治無知，她一定會因為在政治方面的無知而遭遇不幸；一個人對法律無知，她一定會因為在法律方面的無知而遭遇不幸。
19. 因此，學科學的人一定要多元學習，看報紙、看政論節目、看政治人物的造勢演講，這樣頭腦比較靈活，才會產生獨立思考能力，縱使一時失敗，也可以再次站起來。
20. 所謂的科學就是不斷地對不同領域求知。
以下為從UCDAVIS CHEMWIKI下載的內容：
Prediction of sp3d, sp3d2, and sp3d3 Hybridization States
In case of sp3d, sp3d2 and sp3d3 hybridization state there is a common term sp3 for which 4 sigma bonds are responsible. So, in addition to 4 sigma bonds, for each additional sigma, added one d orbital gradually as follows:-
5σ bonds = 4σ bonds + 1 additional σ bond = sp3d hybridization
6σ bonds = 4σ bonds + 2 additional σ bonds = sp3d2 hybridization
7σ bonds = 4σ bonds + 3 additional σ bonds = sp3d3 hybridization
Eg:-
a.IF4+: I has 7 e-s in its outermost shell, so, in this case, subtract one e- from 7 i.e. 7 – 1 = 6. So, out of 6 electrons, 4 electrons form 4 I-F bonds i.e. 4 sigma bonds and there is one LP. So, altogether there are 5 σ bonds. So, 5σ bonds = 4 σ bonds + 1 additional σ bond = sp3d hybridization
b.IF7: 7 I-F single bonds i.e. 7σ bonds = 4σ bonds + 3 additional σ bonds = sp3d3 hybridization.
c.ICl2-: I has 7 e-s in its outermost shell, so, in this case, add one e- with 7(overall charge on the compound) i.e. 07+1= 08. So, out of 08 electrons, 02 electrons form 02 I-Cl bonds i.e. 02 sigma bonds and there is 03 LPs. So, altogether there are 05σ bonds. So, 5σ bonds = 04 σ bonds + 01 additional σ bond = sp3d hybridization.
d. XeF4: Xe, an inert gas, consider 8 e-s in its outermost shell, 04 of which form 04 Xe-F sigma bonds and there is two LPs, i.e. altogether there is 06 σ bonds = 04 σ bonds + 02 additional σ bonds = sp3d2 hybridization.
In case of determination of the hybridization state by using the above method, one must have a clear idea about the outermost electrons of different family members in the periodic table as follows:
圖片來源∕克里斯的小窩、chemistry.tutorvista.com
有沒有sp3d4 和 sp3d5?
回覆刪除如有，是甚麼樣的?
我推測
刪除Sp3d4軌域的分子，
是很少見的 。
目前地球上
應該還沒有發現這樣的分子，
但是，
在恰當的條件下 ，
可以人工製造，
如果1個中心原子可以和另外8個原子鍵結，
那就會出現sp3d4軌域。
同樣地，
sp3d5軌域的分子 ，
也是很少見，
必須 人工合成，
Sp3d5的分子，是一個中心原子和另外9個原子鍵結 ，
Sp3d5的分子結構，很像太陽系，
中間一顆太陽（中心原子），外面環繞著九大行星的狀態（外圍原子）