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物理化学

VSEPR 分子几何

电子对彼此尽量远离,从而决定分子形状(VSEPR)。孤对更强地压缩键角,使水弯成 104.5 度。键偶极的矢量和决定分子极性。

原子周围的电子对都带负电,所以彼此推开。它们尽量张到最远,那个排布就是分子的 3 维形状。不只是用在成键上的电子对,孤对也占一个位置并推开别人。只数电子域的个数,直线、平面三角形、四面体这样的骨架就定了。有孤对,角就被压成弯曲形或三角锥。再把键的极性按矢量相加,整个分子是极性还是非极性也出来了。推开定下形状。形状就这样定下。

电子域彼此排斥,尽量离得最远。个数是 2 个,就正对着张开成直线 180°。3 个,是平面三角形 120°。4 个,是四面体 109.5°。5 个是三角双锥,6 个是八面体。改变个数,排布怎样自己定下来就显出来。想离得远的力选择骨架。

用在成键上的电子对绑在两个原子之间,比较窄。孤对只绑在一个原子上,胀得更宽。所以它把旁边的成键对压得更狠。水的电子域有 4 个,理想上应该是 109.5°,可是 2 个孤对一推,H-O-H 角窄成 104.5°,分子弯了。把孤对打开又关掉,角变小就照原样看见。胀开的对把角压住。

说分子形状的时候,要把电子对的排列和原子的位置分开。电子域是 4 个,排列永远是四面体,可是其中有些是孤对,只凭看得见的原子判断的形状就变了。AX₄ 仍是四面体,1 个孤对的 AX₃E 是三角锥,2 个孤对的 AX₂E₂ 是弯曲形。在全部电子域和只看见原子的样子之间来回,差别就显出来。藏着的对把名字改了。

电子域为什么偏偏落在那个排布上。因为每一对彼此推开的排斥能之和,在那里最小。把画面上的一个域从最佳位置拉开,它越靠近邻居,排斥能的和就越往上冲。松手,它又回到张得最远的最低能量排布。那个最低点,就是我们观察到的分子形状。最低的和就是形状。

每个键都是一个小偶极,电子因为电负性的差别偏向一侧。整个分子的极性,是这些键偶极按矢量相加的值。二氧化碳里两个 C=O 偶极正对着,彼此抵消,净值为 0,是非极性。水是弯的,两个 O-H 偶极抵消不了,合到一边,留下净偶极,是极性。在键偶极和净偶极之间来回,方向的和就得到核对。方向的和说出极性。

实际应用核心只有一件。电子域彼此推开,张到最大,那个最小排斥的排布定下分子的骨架。按个数得到直线 2、平面三角形 3、四面体 4、三角双锥 5、八面体 6,孤对把角压住,把水弯成 104.5°。最后把键偶极按矢量相加,二氧化碳是 0,非极性,水留下净值,是极性。净值还在那里。依旧如此。个数、孤对和矢量连成一行。
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