第二章分子結構與性質第二節分子的空間構型第1課時分子的空間構型

價電子互斥理論肉眼不能看到分子，科學家是怎樣知道分子的結構的呢？一、分子結構的測定

早年的科學家主要靠對物質的化學性質進行系統總結得出規律后推測分子的結構。

如今，科學家應用了許多測定分子結構的現代儀器和方法，如紅外光譜、晶體X射線衍射等紅外光譜儀(1)原理：分子中的原子不是固定不動的，而是處于不斷振著的。動紅外線透過分子時，分子會吸收跟它的某些化學鍵的振動頻率相同的紅外線，再記錄到譜圖上呈現吸收峰。通過和已有譜圖庫比對，或通過量子化學計算，可以得知分子中含有何種化學鍵或官能團的信息。1．紅外光譜法例如，通過紅外光譜儀測得某未知物的紅外光譜圖如上圖所示，發現有O—H、C—H、和C—O的振動吸收。因此，可以初步推測該未知物中含有羥基（—OH）。

紅外光譜幫助我們確定分子中的化學鍵和官能團，還有什么現代化儀器幫我們確定有機物的結構呢？現代化學常利用質譜儀（如上圖）測定分子的相對分子質量質譜儀

質譜儀的基本原理（如下圖所示）是在質譜儀中使分子失去電子變成帶正電荷的分子離子和碎片離子等粒子。由于生成的離子具有不同的相對質量，它們在高壓電場加速后，通過狹縫進入磁場得以分離，在記錄儀上呈現一系列峰，化學家對這些峰進行系統分析，便可得知樣品分子的相對分子質量。2.質譜儀縱坐標表示相對豐度，橫坐標表示粒子的相對質量與其電荷數之比（m/z），簡稱荷質比，化學家通過分析得知，被測物的相對分子質量是92，該物質是甲苯。相對分子質量＝最大質荷比

在多原子構成的分子中，由于原子間排列的空間順序不一樣，于是分子就有了原子的幾何學關系和形狀，這就是分子的空間結構。這就是所謂的分子的立體構型。二、多樣的分子空間結構1、雙原子分子（直線形）O2HCl直線形180°化學式電子式結構式鍵角分子的空間結構模型空間結構空間充填模型球棍模型CO2

H2O

O:::CO:::::H:OH:::O=C=O180°直線形V形105°2、三原子分子的空間結構—直線形和V形化學式電子式結構式鍵角分子的空間結構模型空間結構空間充填模型球棍模型CH2O

NH3

H:CO:::::HH:NH:::H120°107°平面三角形三角錐形3、四原子分子的空間結構—平面三角形和三角錐形

化學式電子式結構式鍵角分子的空間結構模型空間結構空間充填模型球棍模型CH4

109°28'正四面體形H:CH:::HH4、五原子分子的空間結構——正四面體形

P4P4O6P4O10C60椅式C6H12船式C6H12S8SF6分子空間結構與其穩定性有關。例如，上圖中S8像頂皇冠，如果把其中一個向上的硫原子倒轉向下，盡管也可以存在，卻不如皇冠式穩定；又如，椅式C6H12比船式C6H12穩定。5、其他多原子分子CO2直線形180°H2O

V形105°CH2O平面三角形約120°NH3三角錐形107°三原子分子CO2和H2O、四原子分子NH3和CH2O，為什么它們的空間結構不同？為了探其原因，發展了許多結構理論

有一種比較簡單的理論叫做價層電子對互斥(VSEPRmodels)模型，這種簡單的理論可用來預測分子的空間結構。

價層電子對互斥模型認為,分子的空間結構是中心原子周圍的“價層電子對”相互排斥的結果。

“價層電子對”是指分子中的中心原子與結合原子間的σ鍵電子對和中心原子上的孤電子對。

多重鍵只計其中的σ鍵電子對,不計π鍵電子對。三、價層電子對互斥(VSEPRmodels)模型1、價層電子對互斥理論的內容2.價層電子對數的計算價層電子對數＝σ鍵電子對數+孤電子對數①σ鍵電子對數可從化學式來確定。

ABn型分子，A為中心原子，B為與A用共價鍵結合的原子。n為結合的數量。中心原子與幾個原子成鍵，就有幾個σ鍵電子對。分子中心原子中心原子結合的原子數σ鍵電子對數H2OO2NH3N3SO3S3233σ鍵電子對數=中心原子結合的原子數②中心原子上的孤電子對數1°根據電子式直接確定×(4-4×1)＝0×(5-3×1)＝1×(6-2×1)＝22121212°公式計算中心原子上的孤電子對數＝(a-xb)211、a為中心原子的價電子數（對于主族元素等于原子的最外層電子數）3、b為與中心原子結合的原子最多能接受的電子數（氫為1，其他原子為“8減去該原子的價電子數”2、x為與中心原子結合的原子數

。如：H-1;O-2;Cl-1分子或離子中心原子

a

x

b中心原子上的孤電子對數SO2S6221

NH4+N5-1=4410

CO32-C4+2=6320

SO42-S6+2=84203.幾種分子或離子的中心原子上的孤電子對數對于陽離子，a=價電子數-離子電荷數；對于陰離子，a=價電子數+|離子電荷數|。總結：中心原子上的孤電子對數=

（a-xb）—21其中：a為中心原子的價電子數,對主族元素，a=最外層電子數；對于陽離子，a=價電子數-離子電荷數；對于陰離子，a=價電子數+|離子電荷數|。

x為與中心原子結合的原子數；

b為與中心原子結合的原子最多能接受的電子數，H為1，其他原子＝8－該原子的價電子數。如：O為2、N為3（化合價數）

計算價層電子對數=中心原子的σ鍵電子對數+孤電子對數代表物電子式中心原子結合的原子數σ鍵電子對數孤電子數價層電子對數H2ONH3CO2CH4:::HOH::::HNH:H:::HCH:HHOCO::::::::2342224314404202

（1）中心原子上的價電子都用于形成共價鍵，無孤對電子。如CO2、CH2O、CH4等分子中的碳原子，它們的立體結構可用中心原子周圍的原子數n(價層電子對數)來預測，概括如下：4、確定價層電子對互斥模型價層電子對數234電子對的排列方式VSEPR模型直線形平面三角形(正)四面體（2）中心原子上有孤電子對的分子的立體構型中心原子上的孤電子對也要占據中心原子周圍的空間，并互相排斥使分子呈現不同的立體構型。化學式BeCl2SO2CO32-CH4NH4+NH3H2Oσ鍵電子對孤電子對價層電子對VSEPR模型分子模型223443201000122334444直線平面三角平面三角四面體四面體四面體四面體直線V形平面三角正四面體正四面體三角錐V形略去互斥模型中心原子的孤電子對，得分子的空間結構。價層電子對互斥構型(VSEPR模型)是價層電子對的空間構型，而分子的空間構型指的是成鍵電子對的空間構型，不包括孤電子對。兩者是否一致取決于中心原子上有無孤電子對：當中心原子上無孤電子對時，兩者的構型一致；當中心原子上有孤電子對時，兩者的構型不一致。價層電子對互斥構型(VSEPR模型)與分子的空間構型有什么聯系？價層電子對之間相互排斥作用大小的一般規律：

孤電子對－孤電子對＞孤電子對－成鍵電子對＞成鍵電子對－成鍵電子對。

隨著孤電子對數目的增多，孤電子對與成鍵電子對之間的斥力增大，鍵角減小。

價層電子對互斥模型不能用于預測以過渡金屬為中心原子的分子思考與討論化學式中心原子孤對電子數σ鍵電子對數VSEPR模型名稱H2SBF3NH2-