分子构型 · VSEPR

分子构型三维演示:价层电子对斥力沙盒、孤对电子与键角、杂化轨道、分子极性、扩展八隅体与手性分子,内置近 30 个分子。

学科:化学 · 适用学段:高中、大学 · 知识点:价层电子对互斥、杂化轨道、分子极性、手性分子

章节内容

价层电子对互斥

中心原子周围的价层电子对(成键电子对与孤对电子)带负电,彼此排斥,会尽可能远离。

左边每个电子域都在球面上受到其他电子域的推力。增减电子对,或点击打乱,看它们自己弹开,找到最稳定的排布。

孤对电子只受一个原子核吸引,离核更近、更“胖”,所以排斥也更强。

电子对构型与分子构型

CH₄、NH₃、H₂O 的中心原子都有 4 对价层电子,电子对构型都是正四面体(绿色多面体)。

但分子构型只看原子的位置:孤对电子占据了顶点却“看不见”,于是 NH₃ 是三角锥形,H₂O 是 V 形。

键角比较

排斥强弱:孤对–孤对 > 孤对–成键 > 成键–成键。

孤对电子越多,成键电子对被挤得越近,键角越小:

CH₄ 109.5° > NH₃ 107° > H₂O 104.5°

图中弧线标注的是实测键角;分子形状由斥力模型计算,趋势与实验一致。

杂化轨道

中心原子用能量相近的原子轨道“混合”出数目相同、能量相等的杂化轨道,每个杂化轨道容纳一个电子域。

杂化轨道数 = 价层电子对数:2 → sp,3 → sp²,4 → sp³,5 → sp³d,6 → sp³d²。

乙烯、乙炔、苯中未参与杂化的 p 轨道形成 π 键。

分子极性

每个极性键都有一个键偶极(细箭头,指向电负性大的一端)。

把它们按矢量相加:合偶极为零的是非极性分子,不为零的是极性分子(粗箭头 μ)。

同样是三个原子:CO₂ 直线形,偶极抵消;SO₂ V 形,偶极不抵消。

扩展八隅体

第三周期及以后的元素可以有 5、6 甚至 7 个电子域。

三角双锥中赤道位只有两个 90° 邻居,轴向位有三个,所以孤对电子总是先占赤道位:SF₄ 跷跷板形、ClF₃ T 形、XeF₂ 直线形。

正八面体中两对孤对电子取反式,XeF₄ 是平面正方形。

手性分子

碳原子连着四个互不相同的原子或基团时,分子与它的镜像就像左右手,无论怎样旋转都不能重合。

点击尝试重合,把镜像分子转过去叠在原分子上,看看哪些原子对不上。

分子库

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