我們將把注意力放在判斷共價(jià)多原子分子中原子的三維幾何排布的一種方法上面。根據(jù)電子對(duì)互斥理論,在一個(gè)共價(jià)分子中,中心原子周圍電子對(duì)的排布是要使得它們本身之間的靜電斥力為最小。當(dāng)各電子對(duì)所占據(jù)的位置使彼此之間有最大可能遠(yuǎn)的距離時(shí),就可以導(dǎo)致斥力最小。根據(jù)電子對(duì)的互斥而產(chǎn)生的理想幾何結(jié)構(gòu)提供在表6-1中。字母M代表分子的中心原子。
1.確定在中心原子M的價(jià)電子層中的電子總數(shù)。把中心原子原有的價(jià)電子數(shù)加上其他結(jié)合原子提供的與中心原子共用的電子數(shù),就得到電子總數(shù)。在正規(guī)的共價(jià)鍵中,氫和鹵素(周期系第VⅢA族)原子各供給1個(gè)共用電子。氧族元素(周期系第VIA族)可以認(rèn)為不提供電子。當(dāng)作為分子中的中心原子時(shí),氧和第VIA族各其他元素提供出它們所有的6個(gè)價(jià)電子,以及鹵素(第VLA族)提供出它們所有的7個(gè)電子。如果所討論的物種是一個(gè)離子,則應(yīng)加上或減去離子電荷所需要的電子數(shù),舉例來(lái)說(shuō),對(duì)PO2加人3個(gè)電子,對(duì)NH材離子減去1個(gè)電子。最后,用2去除中心原子周圍價(jià)電子層中的電子總數(shù),就得到電子對(duì)的數(shù)目。
2.從表6-1中按照中心原子M周圍電子對(duì)數(shù)目選定合適的幾何結(jié)構(gòu)。在有奇數(shù)電子的情況中,把這個(gè)單電子(電子對(duì)的一半)也當(dāng)作電子對(duì)來(lái)處理。
3.繪出結(jié)構(gòu)圖,把相應(yīng)的原子排在中心原子周圍的正確幾何外形上,用一對(duì)電子把各原子同中心原子連結(jié)起來(lái)。超過(guò)與原子相結(jié)合所需要的多余電子對(duì)也擺在位置上,把它們叫做孤電子對(duì)或自由電子對(duì)。如果可能有不止一種結(jié)構(gòu),應(yīng)用下述規(guī)則往往可以確定出最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。
a.僅考慮以最小角度(往往是90°)分隔開的如下幾種排斥力:任何2對(duì)孤電子對(duì)之間的斥力;孤電子對(duì)與成鍵電子對(duì)之間的斥力;和2對(duì)成鍵電子對(duì)之間的斥力。孤電子對(duì)是未參加價(jià)鍵形成的自由電子對(duì)。成鍵電子對(duì)是中心原子和另一原子之間的共用電子對(duì)。所說(shuō)的角度是指孤電子對(duì)-中心原子一孤電子對(duì)角、孤電子對(duì)-中心原子一成鍵電子對(duì)角和成鍵電子對(duì)一中心原子一成鍵電子對(duì)角。
舉例來(lái)說(shuō),三氟化氯CF3在三種可能的三角雙錐結(jié)構(gòu)中只占一個(gè):
A代表90°°的孤電子對(duì)-孤電子對(duì)排斥作用;
B代表90°的孤電子對(duì)一成鍵電子對(duì)排斥作用;
C代表90°的成鍵電子對(duì)成鍵電子對(duì)排斥作用;
D代表120°的成鍵電子對(duì)成鍵電子對(duì)排斥作用
E代表120°的孤電子對(duì)-成鍵電子對(duì)排斥作用。
b.給各結(jié)構(gòu)列出電子對(duì)間角度最?。ㄍ?0°角)的排斥作用的數(shù)目:
(1)孤電子對(duì)-孤電子對(duì)排斥作用這種排斥作用有最大的排斥力,會(huì)造成最低的穩(wěn)定度。
(2)孤電子對(duì)一成鍵電子排屏作用,排斥力處于中間狀態(tài)。
(3)成鍵電子對(duì)一成鍵電子對(duì)排斥作用;排斥力最小。
C.一種結(jié)構(gòu)如果它的最小角度的孤電子對(duì)一孤電子對(duì)排斥作用數(shù)目最少,它就是最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),可以給分子選定這個(gè)結(jié)構(gòu)。如果還有不止一種結(jié)構(gòu),選定孤電子對(duì)一成鍵電子對(duì)排斥作用最少的結(jié)構(gòu)。如果還存在不止一種結(jié)構(gòu),選定成健電子對(duì)一成鍵電子對(duì)排斥作用最少的結(jié)構(gòu)。有的時(shí)候做到了所有上述手續(xù)之后,還會(huì)剩下不止一種結(jié)構(gòu)。在這種情況下,前述的規(guī)則就不足以確定在剩下的結(jié)構(gòu)間的穩(wěn)定度差別了。不過(guò)在大多數(shù)情況中,使用上述規(guī)則是能夠描繪出哪一種結(jié)構(gòu)是最穩(wěn)定。的。