价层
电子对互斥模型是将
共用电子对与
孤对电子的概念,与
原子轨道的概念相结合,且电子
斥力达到最小。在这个模型中电子对相互排斥,成键电子与孤对电子距离越远越好。VSEPR模型以最简单的方法形象化了化学变化,也很容易判断物质的空间构型。
基本信息
词条:价层电子对互斥模型
英文:(Valence Shell Electron Pair Repulsion Theory)
简称: VSEPR模型
简介
在1940年,希吉维克(Sidgwick)和坡维尔(Powell)在总结实验事实的基础上提出了一种简单的
理论模型,用以预测简单分子或离子的立体结构。这种理论模型后经吉列斯比(R.J,Gillespie)和尼霍尔姆(Nyholm)在20世纪50年代加以发展,定名为价层电子对互斥模型,简称VSEPR(Valence Shell Electron Pair Repulsion)。
价层电子对互斥理论(英文VSEPR),是一个用来预测单个
共价分子形态的化学模型。理论通过
计算中心原子的价层电子数和
配位数来预测分子的几何构型,并构建一个合理的
路易斯结构式来表示分子中所有键和孤对电子的位置。同时,也是一种较简便的判断共价分子
几何形状的方法,该理论紧紧抓住中心
原子价层电子对数目这一关键因素,运用分子的几何构型取决于价层电子对数目这一假设,成功的解释并推测了许多简单分子的几何形状.
AXE方法
价层电子对互斥理论常用AXE方法计算分子构型。这种方法也叫ABE,其中A代表中心原子,X或B代表配位原子,E代表
孤电子对。
甲烷分子(CH4)是四面体结构,是一个典型的AX4型分子。中心
碳原子周围有四个电子对,四个
氢原子位于四面体的顶点,键角(H-C-H)为109°28'。
一个分子的形状不但受配位原子影响,也受孤对电子影响。氨分子(NH3)中心原子
杂化类型与
甲烷相同(sp3),分子中有四个
电子云密集区,电子云分布依然呈四面体。其中三个是成键电子对,另外一个是孤对电子。虽然它没有成键,但是它的排斥力影响着整个分子的形状。因此,这是一个AX3E型分子,整个分子的形状是三角锥形,因为孤对电子是不可“见”的。
事实上,电子对数为七是有可能的,轨道形状是五角双锥。但是它们仅存在于
不常见的化合物之中。一种如
六氟化氙,有一对孤电子,它的构型趋向于八面体结构,因为孤对电子倾向于位于五角形的平面上。另一种如
七氟化碘,没有孤电子,七个氟原子呈五角双锥状排列。
电子对数为八也是有可能的。理论要点
①对于ABm型共价分子:中心原子周围电子对排布的几何形状,主要取决于中心原子的
价电子对数,而
价电子数等于成键电子对和未成键的孤电子对之和.
两对────180°最远
五对────三角双锥
一般说来,孤电子对、成键电子对之间斥力大小的顺序为:孤电子对~孤电子对>孤电子对~成键电子对>成键电子对~成键电子对
③价层电子对排布方式与分子构型有关
只有
σ键才能撑起分子骨架,所以分子构型与价对构型有时一致有时不一致,根据键对与孤对数目判断构型。
计算方法
m+n规则:
m为中心原子周围B原子个数.
n=(中心原子价电子数-直接相连
原子数×该原子达稳定结构所需电子数)÷2特别注意:当算出的
n值不是整数值时,有2种取值方法.
①n>3时,只取整数位.(例如n=3.9只取n=3)
②n<3时,采取
四舍五入.(例如n=1.5,取值为n=2)
例如:H2O m+n=2+(6-2×1)÷2=2+2=4 价对四面体→sp3杂化
2个键对,2个孤对 分子为V构型
NH3 m+n=3+(5-3×1)÷2=
3+1=4 四面体分子→sp3杂化
3个键对,1个孤对 分子为三角锥型BF3 m+n=3+(3-3×1)÷2=3+0=3 平面三角形→sp2杂化
3个键对,0个孤对 分子为平面三角形
O3 m+n=2+(6-2×2)÷2=2+1=3 价
电对→sp2杂化
2个键对,1个孤对 分子为V构型
注意:外来电子处在中心原子上,即得也得在中心原子上,失也失在中心原子上
例如:(I3)-m+n=2+(7+1-2×1)÷2=2+3=5 价电对→sp3d杂化
价对构型为三角双锥,2个键对,3个孤对,分子为直线型。
m+n规则中,m为成键电子对数,n为孤电子对数
分子极性
m+n值除可以判断分子几何形状外,还可以用来判断ABm型分子的极性。
当m+n值中,n=0时,则该分子为非
极性分子.若n≠0,则该分子为极性分子.如CH4 其m+n=4+0 ,为
非极性分子.PCl5 其m+n=5+0,为非极性分子.
注意:若m+n=4+2 则该分子也为非极性分子.因为在m+n=4+2时,两对孤电子对替代八面体上下两对成键电子对,其余的四对成键电子对与两对孤电子对所形成的平面
四边形为对称结构,所以m+n=4+2时分子也为非极性分子
基本规则总结
对于一个
中心原子和
配位原子,首先计算
价层电子的
对数P,即有多少对电子。(孤对
电子数目+成键电子数(包括配位原子的成键电子)目除以2),为了尽可能的分开。P=2为直线,P=3为平面,P=4为
四面体,P=5为
三角双锥,p=6为
八面体,p=7为五角
双锥。
1.不同键电子对之间排斥作用的大小顺序为:
三键排斥>双键排斥>
单键排斥。
2.孤对电子与键对电子间的排斥大小为:孤对/孤对>孤对/键对>键对/键对。
3.配位原子的
电负性增大或中心原子电负性减小,也会使
键角偏离
标准值.端原子电负性增加时,共享电子对将偏向
配位体,从而减少成键电子对之间的
斥力,键
角的度数随之减小。
4.价电子对的相邻电子对越多,所受斥力就越大,距离
原子核也越远。
VSEPR能够广泛预测
定性预测各类ABn型
分子的几何构型,但也有例外.例如BaI2,SrCl2都是弯曲形构型而非预计的直线性型;对
过渡金属化合物几何构型的判断也有一定的局限性,对于
过渡元素配位场理论则能更好说明。