(8.1.5)--杂化轨道理论与价层电子对互斥理论应用于分子构型的比较研究.pdf

杂化轨道理论与价层 电子对互斥理论 应用于分子构型的比较研究 摘 要 ：介绍了杂化轨道理论和价层电子对互斥理论的基本要点和在分析分子的几何构型方面的应用，并对它们 进行了比较研究．相对而言，杂化轨道理论比价层 电子对互斥理论应用范围较广，在大学化学教学中应重点讲授 ． 关键词 ：杂化轨道理论；价层电子对互斥理论(VSEPR理论)；分子构型 中图分类号 ：0641．122 文献标识码 ：A 杂化轨道理论与价层 电子对互斥理论都是在现代价键理论的基础上发展起来的，是对现代价键理论有 益和必要 的补充 ，它们在解释分子的空间构型方面发挥 了很大的作用 ．现行国内外无机化学教材[一】和结构 化学教材[s一]大都对这两个理论有所介绍 ，虽然不尽相 同，但都大 同小异，其理论要点也都差不多．但是，人 们往往只是对这两个理论分别研究，很少把它们联系起来 ，并且对它们的区别与联系、优点与缺点几乎没人 讨论 ．笔者认为 ，理清这两个理论之间的关系很有必要 ，现讨论如下 ． 1 杂化轨道理论和价层 电子对互斥理论 的基本要点 1．1 杂化轨道理论 为了解释多原子分子 的空间结构 ，L．Paulir~和J．c．Stater于 1931年在价键法 的基础上提 出了杂化轨道 理论，这个理论是从原子的价 电子构型出发，认为在中心原子与其它原子形成化学键时，由于原子间的相互 影响，致使中心原子的原子轨道发生重新组合，形成杂化轨道 ，然后 中心原子以杂化轨道与其它原子的原子 轨道形成更稳定的化学键 ，即中心原子经过激发、杂化以后再键合 ．中心原子的电子由基态到激发态所需的 能量 由键合过程放 出的能量给予补充．根据中心原子 中是否有孤对 电子参加杂化，原子轨道 的杂化还分为等 性杂化和不等性杂化 ．等性杂化 中没有孤对电子参加，形成的一组杂化轨道也是完全等 同的，而不等性杂化 中由于有孤对电子参加杂化 ，形成的杂化轨道不等同．杂化轨道理论常应用于：(1)解释无机和有机分子 的几 何构型及键长和键角的规律性；(2)解释配位化合物的磁性质；(3)解释单键和双键 的形成和性质 ．现将常见 的杂化类型列表归纳，见表 1(等性杂化)，表 2(不等性杂化)． 1．2 价层 电子对互斥理论 这个理论最初是 由N．V．Sidgwick和 H．M．PoweU在 1940年提 出来 的，20世纪 60年代初 R．J．Gillespie和 R．S．Nyholm发展了这一理论 ．它比较简单、不需原子轨道的概念 ，而且在解释、判断和预见分子的结构的准 确性方面比杂化轨道理论毫不逊色 ．价层 电子对互斥理论在讨论分子的几何构型时，则直接从 中心原子 的价 电子对着手 ，认为中心原子与周围配置的原子或原子团的几何构型 ，主要决定于中心原子价电子层 中电子对 (包括成键 电子对和未成键的孤电子对)的互相排斥作用 ，分子 的几何构型总是采取 电子对相互排斥最小的 那种结构 ．当中心原子的键数与中心原子周 围的价电子对数相一致时，分子 的几何构型便与 中心原子周围价 电子对的几何构型一致 ，且分子为理想的几何构型．当中心原子的键数少于 中心原子周 围的价电子对时，即 有孤电子对存在时，则分子的几何构型与中心原子周围的价电子对的几何构型不一致 ．这是 因为价电子对间 斥力大小不一致，其大小顺序为：(I)孤电子对——孤 电子对 孤 电子对——成键 电子 成键 电子——成键 收稿 日期 ：2002—12一10 作者简介：宋 斌 (1957一)，男 ，四川资阳人 ，四川职业技术学院生化系讲师 ，主要从事化学教学及其结构化学理论研究 ． 维普资讯 第24卷第 2期 朱 斌：杂化轨道理论与价层电子对互斥理论应用于分子构型的比较研究 241 电子；(2)叁键 双键 单键 ．表 3(不包含 兀键的分子)、表 4(包含 兀键的分子)例 出了用价层 电子对互斥理 论分析的分子的几何构型． 表 1 等性杂化常见类型 Table1 The