1、1940年，西奇威克(Sidgwick)等在總結(jié)實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上提出了一種簡單的模型，用于預(yù)測簡單分子或離子的立體結(jié)構(gòu)。六十年代初，吉列斯比(RJ.Gillespie)和尼霍爾姆(Nyholm)等發(fā)展了這一模型。因該模型思想方法質(zhì)樸淺顯，在預(yù)見分子結(jié)構(gòu)方面簡單易行，而成為大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)的基本教學(xué)內(nèi)容，并于新一輪課程改革中引入高中化學(xué)教學(xué)。這就是價(jià)層電子對互斥模型(ValenceShellElectronPairRepulsion),常以其英文的縮寫形式VSEPR來表示。1、來自生活中的一個(gè)游戲現(xiàn)象吹氣球是大家熟悉的生活游戲，如果將每個(gè)氣球吹成一樣大小，將其中的兩個(gè)通過吹氣口系在一起，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這兩

2、個(gè)氣球自然成一直線，再向其中加入一個(gè)氣球并通過吹氣口系在一起，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這三個(gè)氣球均勻地分開成正三角形分布。依次再向其中加入一個(gè)氣球并通過吹氣口系在一起，你會(huì)有什么預(yù)期？你會(huì)發(fā)現(xiàn)結(jié)果與你的預(yù)期如此地吻合：四個(gè)大小相同的氣球成正四面體分布，五個(gè)大小相同的氣球成三角雙錐分布，六個(gè)大小相同的氣球成正八面體分布。見圖：我們很容易從這一游戲現(xiàn)象受到啟迪：當(dāng)物體所占空間因素相同時(shí)，它們彼此趨向均勻分布。這一規(guī)律在自然界乃至人類社會(huì)生活中并不鮮見，我們不難找到類似的和接近的例子。2、VSEPR模型要點(diǎn)VSEPR模型認(rèn)為，分子的幾何構(gòu)型總是采取電子對排斥作用最小的那種結(jié)構(gòu)。因?yàn)檫@樣可使體系的能量最低，中心原子價(jià)

3、層的電子對總是按照最合適的空間方式進(jìn)行分布。見下表VSEPR模型簡樸通俗，應(yīng)用簡單易行，顯現(xiàn)了它的獨(dú)特魅力并引人入勝。3、VSEPR模型判別分子構(gòu)型的基本程序中心原子的價(jià)層如果沒有孤電子對，那么每一個(gè)電子對就代表一個(gè)共價(jià)鍵，此時(shí)電子對的空間分布就是分子的幾何構(gòu)型。例如，BeCl2分子中Be原子的兩個(gè)價(jià)電子分別與兩個(gè)Cl原子形成的兩個(gè)共價(jià)鍵，沒有孤電子對，故它是直線型結(jié)構(gòu)。又如CH4分子中的C原子價(jià)層有四個(gè)電子對，這四個(gè)價(jià)電子對代表了四條C-H健，C原子價(jià)層無孤電子對，故CH4屬四面體結(jié)構(gòu)。如果中心原子的價(jià)層存在孤電子對時(shí)，則應(yīng)先考慮不同電子對之間的斥力后，再確定分子的構(gòu)型。不同電子對間斥力的大

4、小的順序是：孤電子對-孤電子對孤電子對-鍵電子對鍵電子對-鍵電子對。價(jià)層電子對互斥模型是根據(jù)中心原子周圍價(jià)層電子對的數(shù)目，確定價(jià)層電子對在中心原子周圍的理想排布，然后再根據(jù)價(jià)層電子對間斥力的大小，以體系的排斥能最小為原則來確定分子的幾何構(gòu)型。4、價(jià)層電子對和孤電子對的確定用通式AXnLm來表示所有只含一個(gè)中心原子的分子或離子的組成，式中A表示中心原子，X表示配位原子(也叫端基原子)，下標(biāo)n表示配位原子的個(gè)數(shù)，L表示中心原子上的孤電子對，下標(biāo)m是電子對數(shù)。已知分子或離子的組成和原子的排列順序時(shí)，m值可用下式確定：(A的族價(jià).X的化臺(tái)價(jià)純對值的個(gè)數(shù)土離子的電荷數(shù))m=2例如：分子或離子SO2SO3

5、SO32-2-SO42NO2+m10100注：有時(shí)計(jì)算出來的m值不是整數(shù)，如NO2,m=0.5,這時(shí)應(yīng)當(dāng)作m=1來對待，因?yàn)閱坞娮右惨紦?jù)一個(gè)孤對電子軌道。通式AXnLm里的(n+m)的數(shù)目稱為價(jià)層電子對數(shù)，令n+m=z,則可將通式改寫成另一種通式AYz。因此，z的數(shù)目決定了一個(gè)分子或離子中的價(jià)層電子對在空間的分布，由此可以畫出VSEPR理想模型。值得一提的是，這里的價(jià)層電子對的對”未必就是二個(gè)電子，事實(shí)上一個(gè)價(jià)層電子對表示一個(gè)成鍵區(qū)或表示一個(gè)空間占位，這就是如果出現(xiàn)有奇電子(有一個(gè)成單電子)或重鍵，可把這個(gè)單電子或重鍵當(dāng)作電子對來看待的原因。5、應(yīng)用VSEPR模型中的“8n+2mM則確定孤電

6、子對用VSEPR判斷分子構(gòu)型，困難就在于中心原子周圍有沒有孤電子對。一種更簡便的方法一一(8n+2m)較好地解決了這一困惑。設(shè)中心原子為A,配位原子為X,孤電子對為L,再設(shè)配位原子數(shù)為n,孤電子對數(shù)為m,則分子式可為AXnLmo若組成分子的元素都是主族元素，整個(gè)分子的價(jià)電子總數(shù)為V,則V與n、m有如下關(guān)系：V=8n+2mm=(V-8n)/2例如，三氧化硫分子，價(jià)電子總數(shù)為：V=6+6X3=24,m=(V-8X3)/2=(24-83)/2=0可知S原子價(jià)層無孤電子對，故三氧化硫是平面三角形結(jié)構(gòu)。又如，五氯化磷分子的價(jià)電子總數(shù)：V=5+75=40,m=(V-8X5)/2=(40-85)/2=0P原

7、子價(jià)層無孤電子對，故五氯化磷為三角雙錐結(jié)構(gòu)。再如硝酸根的價(jià)電子總數(shù)為(離子的電荷計(jì)入總價(jià)電子數(shù))：V=5+6X3+1=24,m=(V-8X3)12=(24-8符)12=0N原子價(jià)層無孤電子對，故硝酸根的結(jié)構(gòu)是平面三角形。亞硝酸根的價(jià)電子總數(shù)為：V=5+6X2+1=18,m=(V-8X2)/2=(18-82)12=1可知氮原子價(jià)層有一個(gè)孤電子對，故亞硝酸根為V型結(jié)構(gòu)。通過上述諸區(qū)J可以看出V=8n+2m是以八隅體”結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。所以，本規(guī)則主要是適合主族元素的化合物，若配位原子是氫原子時(shí)，應(yīng)改為V=2n+2m,因?yàn)闅湓觾H需兩個(gè)電子就可達(dá)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。6、根據(jù)價(jià)層電子對斥力最小原則確定分子或離子的實(shí)

8、際幾何構(gòu)型對于含有5個(gè)及5個(gè)以上價(jià)層電子對、其中并含有孤電子對的分子或離子，如何根據(jù)價(jià)層電子對斥力最小原則判斷其實(shí)際構(gòu)型，是VSEPR應(yīng)用的又一難點(diǎn)。例如，SF4屬于AX4L1=AY5,其VSEPR理想模型為三角雙錐體，排除孤對電子的分子立體結(jié)構(gòu)(由于孤對電子的位置不同)有兩種可能的模型：哪一種結(jié)構(gòu)更合理呢？價(jià)層電子對之間的斥力分別有90。、120。、180。三種方向角，最小方向角的斥力是決定分子幾何構(gòu)型的主要因素。下表為90方向角斥力分析:90方向角斥力作用對數(shù)目III孤對電子-孤對電子00孤對電子-成鍵電子對32成鍵電子對-成鍵電子對34故預(yù)測其分子幾何構(gòu)型是II。再如，C1F3屬AX3L

9、2=AY5,價(jià)層電子對理想模型為三角雙錐型，其分子幾何構(gòu)型可能有以下三種:e 口F F下表為90方向角斥力分析:90方向角斥力作用對數(shù)目IIIIII孤對電子-孤對電子無1無孤對電子-成鍵電子對634成鍵電子對-成鍵電子對無32故預(yù)測其分子幾何構(gòu)型是III,即“T形由以上兩例可知，按斥力大小的順序：孤電子對-孤電子對孤電子對鍵電子對鍵電子對-鍵電子對，只要最小方向角斥力最小，即得偏離理想模型發(fā)生畸變”的實(shí)際分子或離子幾何構(gòu)型據(jù)此，可得以下AXnLm排布圖:中心原子價(jià)電子對數(shù)成鍵電子對數(shù)中心原子孤電子對數(shù)微粒空間構(gòu)型實(shí)例220CO2,BeCl2,HgCl2330BF3,SO321SnCl2,SO2

10、,O340CH4,NH4+431NH3,PCl322H2OQF2QO250PC1541SF432BrF3523XeF2,l3-60SF6651IF5,XeOF442XeF47、價(jià)層電子對斥力作用對鍵角影響的定性解釋鍵角是描述分子幾何結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)，鍵角大小是價(jià)層電子對斥力作用的綜合體現(xiàn)。由于鍵合電子對受到左右兩端帶正電原子核的吸引，而孤對電子對只受到一端原子核吸引，相比之下，孤對電子對較胖”，占據(jù)較大的空間，而鍵合電子對較瘦”，占據(jù)較小的空間。這樣就解釋了斥力大小的順序：孤電子對-孤電子對孤電子對-鍵電子對鍵電子對-鍵電子對。如：CH4、NH3、H2O中的鍵角/HAH分別為109.5、107.

11、3、104.5ot-tt-dd-dd-ss-s（t-叁鍵，d-雙鍵,s-單鍵）類似地，重鍵較單鍵占據(jù)較大的空間，故有斥力大小的順序:又如，SO2c12分子屬AX4Lo=AY4,因S=O鍵是雙鍵，S-Cl鍵是單鍵，據(jù)順序有：/OSO10928/C1SC1/OSC1V10928。此外，鍵的極性對鍵角也有影響。中心原子電負(fù)性較大，成鍵電子對將偏向中心原子，成鍵電子對之間斥力增大，鍵角增大，如：NH3、PH3、AsH54c分子中的鍵角（/HAH）依次為107、93.08、91.8;配位原子電負(fù)性較大，成鍵電子對將偏離中心原子，成鍵電子對之間斥力減小，鍵角減小，如：H2。、OF2分子中的鍵角（AOA）依次為104.5、102。據(jù)此，可解釋下列鍵角變化：NO2+、NO2、NO2-鍵角（/ONO）依次為180、134.3；1