03 vsepr 模型与分子空间结构

vsepr，全称 Valence Shell Electron Pair Repulsion（价壳电子对排斥：一种用于预测分子几何形状的理论，基于价层电子对之间的排斥作用。）

价层电子对互斥模型（VSEPR 模型）

判断分子中，中心原子上的价层电子对数

TIP

$\sigma$ 键能直接看出来，比如 $H_{2}O$ 有 2 个 $\sigma$ 键，

$S{O}_3$ 有 3 个 $\sigma$ 键。

但是中心原子上的孤电子对数是看不出来的，需要计算。

TIP

公式：$\mathrm{中}\mathrm{心}\mathrm{原}\mathrm{子}\mathrm{上}\mathrm{的}\mathrm{孤}\mathrm{电}\mathrm{子}\mathrm{对}\mathrm{数}=\frac{1}{2}(a-xb)$ 中，

• $a$ 指中心原子的价电子数，若中心原子是主族元素，就是原子最外层的电子数
• $b$ 指与中心原子结合的原子最外层电子，再得几个电子就达到 8 电子结构（除了 H，H 得到 1 个电子就达到稳定结构）
• $x$ 能直接看出来，指与中心原子结合的原子数

公式来由

以 $N{H}_3$ 举例，

中心原子将自己的电子分享出去，而外围的 H 是来抢电子的。

$(a-xb)$ 就表示中心原子被周围原子抢夺电子后剩余的电子数，乘 $\frac{1}{2}$ 就表示算电子对数（2 个电子为 1 对）。

几种分子或离子的中心原子上的孤电子对数

所以 $S{O}_2$ 有 $2\sigma +1\mathrm{孤}\mathrm{电}\mathrm{子}\mathrm{对}$，有 3 个方向的排斥力，所以 vsepr 呈现平面三角形。

$N{H}_4^{+}$ 有 $4\sigma$ 键，没有孤电子对，所以它应该是 4 面体形；

$C{O}_3^{2-}$ $3\sigma$ 键，没有孤电子对，所以呈现平面三角形。

常见分子的 vsepr 模型

$C{O}_2$ 二氧化碳

$\{\begin{array}{l}\sigma :2\\ \mathrm{孤}：\frac{1}{2}(4-2\times 2)=0\\ \mathrm{价}\mathrm{层}\mathrm{电}\mathrm{子}\mathrm{对}\mathrm{数}：2+0=2\end{array}$

$B{F}_3$ 三氟化硼

$\{\begin{array}{l}\sigma :3\\ \mathrm{孤}：\frac{1}{2}(3-3\times 1)=0\\ \mathrm{价}\mathrm{层}\mathrm{电}\mathrm{子}\mathrm{对}\mathrm{数}：3+0=3\end{array}$

$S{O}_2$ 二氧化硫

$\{\begin{array}{l}\sigma :2\\ \mathrm{孤}：\frac{1}{2}(6-2\times 2)=1\\ \mathrm{价}\mathrm{层}\mathrm{电}\mathrm{子}\mathrm{对}\mathrm{数}：2+1=3\end{array}$

真实立体构型：V 形。

$C{H}_4$ 甲烷

$\{\begin{array}{l}\sigma :4\\ \mathrm{孤}：\frac{1}{2}(4-4\times 1)=0\\ \mathrm{价}\mathrm{层}\mathrm{电}\mathrm{子}\mathrm{对}\mathrm{数}：4+0=4\end{array}$

$N{H}_3$ 氨

$\{\begin{array}{l}\sigma :3\\ \mathrm{孤}：\frac{1}{2}(5-3\times 1)=1\\ \mathrm{价}\mathrm{层}\mathrm{电}\mathrm{子}\mathrm{对}\mathrm{数}：3+1=4\end{array}$

$H_{2}O$ 水

$\{\begin{array}{l}\sigma :2\\ \mathrm{孤}：\frac{1}{2}(6-2\times 1)=2\\ \mathrm{价}\mathrm{层}\mathrm{电}\mathrm{子}\mathrm{对}\mathrm{数}：2+2=4\end{array}$