異核雙原子分子的鍵結軌域 Bonding in Heteronuclear Diatomic Molecules

化學原理啟迪372

1.     由二種不同原子組成的分子稱為異核雙原子分子heteronuclear diatomic molecules。

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2.    在異核雙原子分子中有一些分子是比較特殊的，它們由元素週期表上二個相鄰的原子所組成。因為這類分子的組成原子十分類似，我們可用同核雙原子分子的分子軌域模型MO。

3.    舉例來說，一氧化氮NO共有11個價電子，其中5個價電子來自於氮，6個價電子來自於氧，將這11個價電子放在分子軌域模型的能階圖，就能預測分子的鍵級和磁性。

4.     依據上圖我們得知，一氧化氮是順磁性，並且鍵級是：(8－3)÷2＝2.5

實驗的結果顯示，一氧化氮確實是順磁性。

5.     特別留意，分子軌域模型MO model的價電子是奇數十分正常，但是在這本教科書簡單版的定域化電子鍵結模型LE model無法描述價電子數是奇數的分子。

6.     【例題】請用分子軌域模型去預測NO^＋和CN^－離子的磁性與鍵級。

【解題】NO^＋離子有10個價電子：5＋6－1＝10。CN^－離子也有10個價電子4＋5＋1＝10。它們的分子軌域能階圖如下：

這二種離子都是逆磁性，鍵級是3：(8－2)÷2＝3

7.    當雙原子分子的二個原子在元素週期表上的位置差距非常大，就無法使用同核原子分子的能階軌域。我們必須使用不同的能階軌域圖，我們將以氟化氫HF分子為例說明這種能階圖。

8.   氫H和氟F的電子軌域分別是1s¹和1s²2s²2p⁵。為了讓問題簡化，我們假設氟只有提供它的其中一個2p軌域與氫原子鍵結。因此，HF的分子軌域模型將由氟的2p軌域和氫的1s軌域組成。

9. 下圖是HF的分子軌域能階圖，裡面只有鍵結相關的軌域－氫原子的1軌域與氟原子的2p軌域；我們假設氟的其他價電子是定域化地停留在氟原子身上，沒有參與鍵結。

10. 在氟化氫的分子軌域能階途中，氟的2p軌域能階低於氫的1s軌域，因為氟原子核對其價電子的吸引力較強。因此獨立氟原子的2p軌域上的電子，能階低於獨立氫原子的1s軌域上的電子。

11. 這個能階圖預測，氟化氫分子應該是穩定的，因為由二個原子提供的2個價電子在分子中的能量低於在獨立原子上的能量，這就是驅動二個原子鍵結的力量。

12. 因為氟的2p軌域能量低於氫原子的1s軌域，因此二原子共享的鍵結電子比較靠近氟原子，因此，σ分子軌域MO上的鍵結電子對出現機率較高的區域在氟原子附近。

13. 電子對並非平分給二個原子，而是比較靠近氟原子，這造成氫氟酸HF的氟原子稍微帶負電，而氫原子稍微帶正電。這就是HF化學鍵的極性。因此，MO model分子軌域模型確實說明氫與氟的陰電性的不同，以及陰電性差異造成的電子分佈不平均。

n  翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》