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一种判断分子键角大小的方法

键角是指多原子分子中原子核的连线的夹角,这也是描述共价键的重要参数。然而,键角不同于键长键能,不同分子中的键角有所不同(即便在构型相似的分子中,成键原子不同、分子的键角也有差异),因此,键角不能形成通用数据,常常需要一个一个讨论。而键角的大小又影响着分子的许多性质,例如分子的极性强弱,从而影响其溶解性、熔沸点等性质。

在高中阶段,由于学生所学的知识还较为有限,所以,这里介绍一种能较便利地分析分子键角大小的方法。

先来看几个例子。

例1比较AsI3、AsBr3、AsCl3的键角大小

分析这三种分子的结构:

⑴As和N位于同一主族,根据价层电子对互斥理论知,这三者均为三角锥形的结构。

⑵物质中As相同,电负性:I< Br <Cl,那么电子云As—X(表示I、Br、Cl),I→Cl越来越偏向于X,即As—I、As—Br、As—Cl中,电子云按I、Br、Cl越来越靠近于X。如图示表示如下:

一种判断分子键角大小的方法

AsI3分子构型示意图

一种判断分子键角大小的方法

AsBr3分子构型示意图

一种判断分子键角大小的方法

AsCl3分子构型示意图

图中的红圈表示电子云密集的位置,在As—I中电子云密集位置最靠近,因此相互之间排斥力最大,所以键角最大;在AsCl3中,电子云主要聚集在Cl的附近,电子云之间排斥力最小,所以键角最小。

⑶结论:键角:AsI3>AsBr3>AsCl3

例2比较NCl3、PCl3、AsCl3的键角大小

与上例分析相似,首先,N、P、As位于同一主族,且电负性:N> P > As。然后,它们与Cl形成共价键时,电子云偏向于N> P> As。如下图表示:

一种判断分子键角大小的方法

NCl3分子构型示意图


一种判断分子键角大小的方法

PCl3分子构型示意图

一种判断分子键角大小的方法

AsCl3分子构型示意图

同理,NCl3中N原子周围电子云间排斥力最大,则键角最大;而在AsCl3中,电子云主要聚集在Cl的附近,电子云之间排斥力小,所以键角最小。因此可得出结论:键角:NCl3>PCl3>AsCl3

例3 比较NH3、NF3的键角大小?

一种判断分子键角大小的方法

NH3分子构型示意图

一种判断分子键角大小的方法

NF3分子构型示意图

这两者均为三角锥结构,由于N的电负性大于H,则NH3中电子云偏向N元素;由于F的电负性强于N,则NF3中电子云偏向F元素。NH3中电子云之间的排斥力大,所以键角大。因此,键角:NH3>NF3

从以上三个例子不难看出,对于相同类型结构分子,我们可以利用成键元素电负性的大于来辅助判断分子键角的大小(当然,这种方法也是有适用范围的,不能放之四海而皆准)。

现在,让我们回到问题中来解释一氧化二氯键角为什么大于109°28'。

根据VSEPR模型可知Cl2O分子中O原子采取sp3杂化方式,以两个未成对的电子分别和两个氯的一个未成对电子形成α键,形成一个V型分子。由于O元素的电负性为3.44、Cl的电负性为3.16(鲍林电负性标度),所以O—Cl的电子更偏向于O原子、使O原子周围电子云更加密集、排斥力更大,所以Cl2O分子的键角为110.9°(如下图所示)、略大于109°28'。

一种判断分子键角大小的方法


(责任编辑:化学自习室)
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