关于价层电子对互斥理论的问题集
时间:2021-03-29 08:32 来源:化学原理补正 作者:化学自习室 点击:次 所属专题: 价层电子对互斥理论
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1. 价电子对数和价层电子对数是一个意思吗?
首先要指出的是,对于化学教师来说,概念所属理论体系的辨析,是其参与相关教学工作的基础。
”价电子“是讨论原子核外电子性质时所用到的一个类别概念。其含义是,在原子核外的诸多电子中,能够与该原子所表现出来的“价数”,相关的那部分电子。实际上就是能参与成键的那些电子。
如s区元素的电子构型为ns1-2的电子,p区元素的ns1-2、np1-6电子,都是其价电子。所以说,主族元素的族数,就是其价电子数。
在化学教学中,一般不会用“价电子对”的这个词。因为,人们并不在意价电子是否成对(即便它成对了,出于成键需要,它也可以激发成两个成单电子)。所以,通常指出该原子的价电子数就足够了。
“价层电子对”则是,价层电子对互斥理论中的一个专用概念。由于,这个理论的核心就是要依据下式来计算,某中心原子的“价层电子对”数目。
所以,在有关上式的讲解与使用中,都要时刻关注到“价层电子”,这个不同于“价电子”、且仅有一字之差的概念。
“价层电子对数”本质上就是某原子的杂化轨道数,它与该原子的电子云空间构型直接相关。所以,讨论的对象是哪个原子,必须要有一个清楚的限定。
对于ABm型的简单分子或离子来说,指的当然是其中心原子。可以不再加以说明。
当分子中有多个中心原子时,那就一定要明确,讨论的到底是哪个原子才行。
如,对于H2CO3分子。从中心原子C的角度看,其价层电子对数是“3”。如果讨论的是羟基氧中的O原子,那么其价层电子对数就是“4”了。
指出是哪个原子的价层电子对数,通常都是很有必要的。
与中心原子“价层电子对数”有直接关系的,就是中心原子的“价层电子(总)数”。因为只有先计算出后者,将其除以2,才能得到中心原子的“价层电子对数”。
这样来看,上式右端分式中的整个分子项,就应该被称作是“中心原子的价层电子总数”。它是由三部分,共同来构成的。
第一部分是,中心原子的价电子。中心原子的所有价电子都是其“价层电子”。所以,中心原子对其价层电子的贡献(或者说,提供出的价层电子数),就是其价电子数。
第二部分是,各配原子提供的价层电子数。这个数值需要进行计算,才能求出。计算要分别对每个重原子,单独来进行。用其“价电子数”减去6,这样所得数值就是一个该原子对“价层电子数”的贡献值。
而“各配原子提供的价层电子数”,就是对各个配原子提供的价层电子数,进行求和的结果。
第三部分,是离子电荷对中心原子“价层电子数”的贡献(或影响)。
由此可见,价电子数与价层电子数是不同知识和理论范畴内的两个不同概念。
但它们之间还是有一些联系的。这个联系表现在,在计算中心原子的“价层电子数”时,必须要用到原子的“价电子数”概念。
2. 为什么,价层电子对数只与其σ键的数目有关,而与其π键无关?
价层电子对数就是杂化轨道数。而杂化轨道不是被用于形成σ键,就是被孤电子对所占据。
这样来看,某原子的价层电子对数,与其所成σ键的数目间,并没有直接的关系。
决定其σ键数目的仅是其配原子数。中心原子有多少个配原子,它就有多少个σ键。
价层电子对数只是限定了,中心原子所成σ键的最大数(当其配原子数足够多时)。
至于某原子,是否成π键、能成多少个π键?其实还真的,就与该原子的“价电子对数”直接相关。那是由于,未参与杂化的p轨道,一定要用来构成π键。
当中心原子为sp或sp2杂化时,它们分别有2及1个未参与杂化的p轨道,也就是必然会有2及1个π键(如乙炔和乙烯)。
进而,可以在这个π键的基础上,再来考虑是否有大Π键的形成(需要满足的条件,在这里就不再赘述)。
3. 为什么用价层电子对互斥理论来计算价层电子对数时,算出的不是整数?
由于“价层电子对数”是由“价层电子总数”除以2后,才得到的。所以,当“价层电子对数”不是整数时,必然是出现了“价层电子总数”为奇数,这样的“特殊”情况。
这要从两个方面来分析。
最为常见的情况是,计算“价层电子总数”时,有计算性的错误(本应是偶数)。这就要,再次认真地来核实。因为“价层电子总数”为奇数的情况,实在是少之又少。
第二方面就是,要考虑到奇分子(价电子数成单的分子)的存在。
对于这类分子,确实会出现计算出的“价层电子对数”中有“0.5”,这样的情况。这是由于,这些分子中有一个成单电子所造成的。
如,NO、NO2分子中。中心原子N有5个价电子。而配原子O又不向其提供价层电子。这样N原子的价层电子对数就是2.5。
但是,考虑到这个成单的电子,也要占据一个杂化轨道。所以,要按N原子需要3个杂化轨道来考虑,它采取的是sp2杂化。
4. 如何计算端基原子的“价层电子数”?
端基原子就是仅与中心原子成键,而不再与其他原子成键的原子。含氧酸中的非羟基氧就是端基原子,H及F原子在大部分化合物中也是端基原子。
通常人们都不会去计算,端基原子的“价层电子数”。这有多个原因。
其一,价层电子对互斥理论是一个讨论分子空间构型的理论,关键在于确定中心原子的杂化类型。而端基原子的存在,不影响分子的空间构型。没有讨论其价层电子对数的必要。
其二,即便端基原子的轨道不杂化,也不会影响它与中心原子的再成键情况。因为,当它用px轨道与中心原子成σ键后,其py与pz轨道也可以部分或全部去参与π键的形成。
如,在SO2中的端基O原子,就还参与了一个π键的形成。而在CO2中的O原子,就同时参与了两个π键的形成。
第三,可以把端基原子看做,都是采取了sp杂化。因为sp杂化轨道有最大的s轨道成分,会使它与中心原子间电子云的重叠部分更大、所成的σ键也更为有效。且其剩余的还是py与pz轨道,不影响其π键的形成。
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