化學原理啟迪358
1. 分子的結構對他們的性質有決定性影響。結構對生物分子的化學特性更是特別重要，一個大型生物分子的結構稍微有一點點改變，功能就會完全摧毀，甚至可能讓一個正常的細胞變成癌細胞。
2. 現代有許多精確的計數可以判分子的結構，分子結構是指一個分子的組成原子的三度空間排列方式。不過，即使是不太精確、只是近似的分子結構也是十分有用的。
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3. 價電殼層電子對互斥模型valence shell electron-pair repulsion(VSEPR) model，在預測非金屬原子組成的分子的立體構造上十分有用。VSEPR模型主張，一個特定原子周遭原子的排列結構原則是將電子對的斥力降到最低。
4. VSEPR模型的想法是，分子內某個特定原子周遭鍵結與未鍵結的電子對彼此應該盡量遠離。為了瞭解這個模型如何運作，我們將先討論分子氯化鈹BeCl2，它的路易斯結構是：
5. 特別留意在分子中的鈹原子周遭有二對電子（二個化學鍵各有一對鍵結電子）。這些電子對在空間中應該怎麼擺放才能降低電子之間的斥力？很顯然地，最好的擺法是將這二對電子各放在鈹的兩側，彼此相距180度：
6. 這樣的排法能使二個電子對彼此分得最開。一旦我們確定原子周遭電子對的最佳排法，我們就知道BeCl2的分子結構。因為鈹的每個電子對都是與氯共享的鍵結電子，所以這個分子應該是直線式構造，它的化學鍵是180度：
7. 接下來，讓我們討論三氟化硼BF3，BF3的路易斯結構：
8. 在三氟化硼BF3分子裡，硼周遭環繞著三對電子（三個化學鍵各有一對鍵結電子）。什麼樣的排列方式能夠減少電子的斥力？這些電子對彼此離得最遠的距離，就是讓彼此的夾角是120度：
9. 因為鈹的每一對電子都是與氟共享，所以分子的構造是：
10. 這是一個扁平的三角形分子，稱為平面三角形 trigonal planar。
11. 接下來，讓我們討論甲烷CH4分子，它的路易斯結構：
12. 甲烷分子的中心碳原子周圍有4對電子。這些電子怎麼排列才能將斥力降到最低呢？首先，將四對電子放在平面上，成為一個平面四方形：
13. 碳原子在這平面四方形中間，4對電子從碳原子延伸出去到四角，每一對碳原子之間的角度是90度。
14. 有沒有其他的排列方式讓這4對電子彼此的角度超過90度？答案是有的。如果讓甲烷的4對電子不是在一個平面上，而是在立體空間四處延伸，讓4對電子位於四面體的4個椎角與中心碳原子之間的位置，那麼4對電子彼此之間的角度放大到109.5度：
15. 甲烷分子結構為四面體tetrahedral arrangement時，圍繞中心碳原子的4對電子彼此遠離的幅度最大。由此可知，只要一個分子的構造是，中心原子的周遭有4對電子，分子的構造就是四面體，4對電子位於中心原子與四個角錐之間。
16. 我們已經發現讓斥力最低的4對電子的排列方式，我們也確定原子的位置，因此也知道分子CH4的結構。甲烷分子的每一對共享的電子都介於碳與氫之間，所以甲烷的分子構造就是一個四面體結構，氫原子在四個角的位置，碳在四面體的中心位置。
17. 再複習一次，VSEPR 模型的基本觀念是，要使圍繞中心原子的電子對彼此的電子斥力降到最低。然後再依據結果確定分子的構造。
18. 摘要 使用VSPR模型的步驟：
l 畫出分子的路易斯結構。
l 計算出圍繞中心原子的電子對數量，將這些電子對排列在電子斥力降到最低的位置，也就是讓它們彼此盡可能地遠離。
l 從原子彼此共享的電子對最適當的位置，判斷出原子的位置。
l 從每個原子的位置確定分子的結構。
19. 我們將用以上的方法預測氨NH3的分子結構。
l 畫出氨的路易斯結構
l 計算中心原子氮周圍的電子對，將這些電子對排列到彼此斥力最低的位置。
氨有4組電子對，其中3組是鍵結電子對，1組是未鍵結電子對/孤對電子。從甲烷的例子來看，我們知道最好的排列方式是讓氨的4對電子位於四面體的中心點到4個角的位置。
l 判斷這些原子的位置。
3個氫原子與中心碳原子共享電子對。
l 為分子結構命名。
分子結構的名稱奠基於原子的位置。電子對的位置決定分子的結構，但是分子結構的名稱是按照原子的位置。因此，稱氨NH3分子的結構為四面體是不正確的；氨以各電子對為骨架支撐出來的構造是四面體沒錯（強調電子對不是在一個平面上，而是每3組電子對分處於一種平面，4組電子對總共4個平面），但是原子的立體排列不是這樣。氨的分子構造是三角錐trigonal pyramid，a每個原子位於三角錐的不同頂點。
20. 【例題】請描繪水分子H2O的分子構造。
【解題】
水H2O的路易斯結構是
水分子H2O的中心氧原子共有4對電子，2對鍵結電子，2對未鍵結電子。為了減少電子間的斥力，最好的排列方式是讓電子對呈現從中心原子朝四個角放射的四面體狀。
雖然水分子H2O的電子對構造是四面體三角錐，但它並的造型不是四面體三角錐，而是V型，因為它有二個角沒有任何原子，只有未鍵結電子對。
21. 從以上的例題我們瞭解到，水分子H2O因為未鍵結電子對的關係，彎折成V型的構造。如果沒有未鍵結電子對，只有二個化學鍵，水分子會是線型構造，而且分子也沒有極性，沒有偶極矩，這將使水分子的性質與現在我們所熟知的水分子非常不同。
n 翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》
repulaion --->> repulsion ??
回覆刪除我修正了，應該是repulsion，謝謝！
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