分子構型 · VSEPR

分子構型三維演示:價層電子對斥力沙盒、孤對電子與鍵角、雜化軌道、分子極性、擴展八隅體與手性分子,內置近 30 個分子。

學科:化學 · 適用學段:高中、大學 · 知識點:價層電子對互斥、雜化軌道、分子極性、手性分子

章節內容

價層電子對互斥

中心原子周圍的價層電子對(成鍵電子對與孤對電子)帶負電,彼此排斥,會盡可能遠離。

左邊每個電子域都在球面上受到其他電子域的推力。增減電子對,或點擊打亂,看它們自己彈開,找到最穩定的排布。

孤對電子只受一個原子核吸引,離核更近、更“胖”,所以排斥也更強。

電子對構型與分子構型

CH₄、NH₃、H₂O 的中心原子都有 4 對價層電子,電子對構型都是正四面體(綠色多面體)。

但分子構型只看原子的位置:孤對電子佔據了頂點卻“看不見”,於是 NH₃ 是三角錐形,H₂O 是 V 形。

鍵角比較

排斥強弱:孤對–孤對 > 孤對–成鍵 > 成鍵–成鍵。

孤對電子越多,成鍵電子對被擠得越近,鍵角越小:

CH₄ 109.5° > NH₃ 107° > H₂O 104.5°

圖中弧線標註的是實測鍵角;分子形狀由斥力模型計算,趨勢與實驗一致。

雜化軌道

中心原子用能量相近的原子軌道“混合”出數目相同、能量相等的雜化軌道,每個雜化軌道容納一個電子域。

雜化軌道數 = 價層電子對數:2 → sp,3 → sp²,4 → sp³,5 → sp³d,6 → sp³d²。

乙烯、乙炔、苯中未參與雜化的 p 軌道形成 π 鍵。

分子極性

每個極性鍵都有一個鍵偶極(細箭頭,指向電負性大的一端)。

把它們按矢量相加:合偶極為零的是非極性分子,不為零的是極性分子(粗箭頭 μ)。

同樣是三個原子:CO₂ 直線形,偶極抵消;SO₂ V 形,偶極不抵消。

擴展八隅體

第三週期及以後的元素可以有 5、6 甚至 7 個電子域。

三角雙錐中赤道位只有兩個 90° 鄰居,軸向位有三個,所以孤對電子總是先佔赤道位:SF₄ 蹺蹺板形、ClF₃ T 形、XeF₂ 直線形。

正八面體中兩對孤對電子取反式,XeF₄ 是平面正方形。

手性分子

碳原子連著四個互不相同的原子或基團時,分子與它的鏡像就像左右手,無論怎樣旋轉都不能重合。

點擊嘗試重合,把鏡像分子轉過去疊在原分子上,看看哪些原子對不上。

分子庫

按 VSEPR 類型瀏覽全部分子。拖動旋轉,滾輪縮放。

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