化学自习室移动版

在常见元素中，硼注定是那特别的一个——价层电子只有3个，却因原子半径不够大主要显非金属性；周期表中紧挨着碳，却完全没有碳那种“四平八稳”的成键风格。

碳可优雅地形成4条键，满足最外层8电子结构，而硼只有3个价电子，似乎天生“缺一条胳膊”。

但正是这种“不足”，让硼走上了完全不同的化学道路，展现出令人惊叹的成键诡计。

硼酸：含有3个－OH的一元酸

正常的含氧酸都是电离掉－OH上的H^＋显酸性的，一般是分子中有几个－OH便是几元酸。比如磷酸PO(OH)₃为三元酸，亚磷酸HPO(OH)₂为二元酸，次磷酸H₂PO(OH)仅为一元酸。

硼酸的结构B(OH)₃，分子中含有三个完全等价的－OH基团，实验却表明它只是一元酸！这不得不让科学家费心寻求解释。

原来，即使电离出的那一个H^＋，也不是由它自己身上掉下来的！而是来自H₂O。

因为B(OH)₃中，B原子最外层只有3对电子，处于缺电子状态，于是它会用自己的空轨道接受来自OH^－的孤电子对，形成配位键，强迫H₂O分子发生解离，对外提供一个H^＋：

H₃BO₃＋H₂O≒B(OH)₄－＋ H^＋

顺便理解一下：Al(OH)₃作为一个两性氢氧化物，它是三元碱、一元酸。其一元酸的道理也跟硼酸一样，因为B、Al同族。

乙硼烷：诡异的氢桥键

硼的氢化物按理应是BH₃，但这个分子实际不存在，存在是乙硼烷(B₂H₆)。

可是，按经典的价键理论很难理解这个乙硼烷B₂H₆的结构，因为B难以满足最外层8电子。

直到20世纪40年代，科学家提出了“氢桥键”学说，才勉强解释了其结构——B₂H₆分子中，俩B之间通过两个“氢桥”连接——每个桥氢同时与两个硼原子共用电子对，形成神奇的3中心2电子键。

这个氢桥键，它突破了共价键的饱和性学说，只有1个价电子的H同时跟两个B发生电子云重叠——相对于民间所说的“一个姑娘同时嫁两婆家”。

如果勉强理解一下，那就是H的原子半径小，使得原来一个B－H键的电子云可以飘忽到另一个b原子周围与其共用。这跟有机反应过程形成的自由基或碳正离子中间体里超共轭效应的解释比较相像。

用价键理论的语言说：在B₂H₆中，每个硼原子采取sp³杂化，其中一条杂化轨道是空的。桥氢的1s轨道可同时与相邻两个硼的杂化轨道重叠，两个电子填充在整个三中心区域，既连接了原子，又弥补了硼的缺电子性。

B₂分子：不依附于σ键的π键

如果说氢桥键还算“奇怪但能理解”，那么气态B₂分子中的成键方式简直颠覆认知。

高温下存在双原子分子B₂。光谱分析显示键长约0.16 nm，键能290 kJ/mol，说明存在相当强的化学键。

按分子轨道理论，两个硼原子各提供三个价电子(2s²2p¹)，总共六个电子。常规排布会先填充σ轨道，但B₂的情况却大不相同。

量子化学计算结果表明，在B、C、N的双原子分子内，σ(2P)的能量要高于π(2P)。于是B₂的基态电子排布是：σ(1s)²、σ×(1s)²，σ(2s)²、σ×(2s)²，π(2px)¹、π(2py)¹。σ(2P)中没有电子填入——B₂是一个不存在σ键的双原子分子，两个b之间通过π键直接连接。

真是令人耳目一新！

反过来想一想，这也许没什么可奇怪的。一切理论，都是基于众多事实的概括总结，当旧的理论不能解释事实了，新的理论便会涌现出来取而代之。