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价层电子

更新时间:2022-12-08 14:39:31 阅读: 评论:0

中考冲刺九套卷内容-四个马


2022年12月8日发(作者:boot ini)

价层电子对的几种计算

方法

RevidbyChenZhenin2021

在计算价层电子数时,可以有多个物理模型供选用。在常见的化学教材或教学参考资

料中,可以看到有3种其间有显着不同的计算价层电子对数目的模型,产生3类不同

的方法。

(一)元素种类法

元素种类法的特点在于,对非过渡系ABm型分子来说,用配原子的种类来确定它向中

心原子提供的价层电子数。它规定:

当H及卤原子作配原子时,每个配原子向中心原子提供1个价层电子;

而当O、S原子作配原子时,它们都并不向中心原子提供价层电子;

而当N原子作配原子时,它不仅不向中心原子提供价层电子,反而要从中心原子拉走

1个价层电子。

如对SO2分子。中心S原子有6个价电子,而作为配原子的O原子并不向中心原子提

供电子,S的价层电子数仍为6,价层电子数对为3。所以,S原子的电子云呈三角形

分布。S原子位于三角形的中心附近,电子云分别指向三角形的三个顶点。考虑到3

个电子云,只有2个与O原子结合,另1个被孤电子对占据,分子应该为角型。

(二)电子式法]

电子式法则是用分子的点电子式中,电子对及电子组的数目,来确定中心原子的价层

电子对数。

它规定:中心原子周围的电子对(包括成键电子对和孤电子对)及电子组数(双键的

4个电子、或叁键的6个电子,都只能算是1个电子组)之和,就是中心原子的价层

电子对数。

如对SO2分子。根据八隅体原则写出电子式(如左下图)后,可以看出S原子上方有

1孤电子对、与右侧O原子结合用了1电子对、与左侧O原子结合用的是4个电子

(双键)——为1个电子组。

这样,属于中心原子的电子对数为1、孤电子对数为1、电子组数为1,合计为3。因

而价层电子对数为3。与元素种类法的判断结果相同。

电子式法与元素种类法的另一个区别是,在电子式法中没有可以成单的价层电子数的

概念。最小的单位也是1个价层电子对。

(三)结构式法

结构式法与另两个方法的区别在于,对非过渡系元素构成的分子来说,用结构式中共

价键的性质不同,来确定相关配原子向中心原子提供的价层电子数。它规定:

以单键与中心原子结合的配原子,向中心原子提供1个价层电子;

以双键与中心原子结合的配原子,不向中心原子提供价层电子;

以叁键与中心原子结合的配原子,不但不向中心原子提供价层电子,反而要从中心原

子拉走1个价层电子。

如对COCⅠ2分子。根据氧化数或化合价写出结构式(如右上图)后,可以看出:O原

子以双键与C原子结合,所以它不向中心原子提供价层电子;CⅠ原子以单键与C原

子结合,每个CⅠ要向中心原子提供1个价层电子。C的价层电子数就是自己原有的

价电子数4,加上2个CⅠ提供的2个电子,总数为6。其价层电子对数为3。也与元

素种类法的判断结果相同。

结构式法及电子式法的优点在于,可以比较容易地把价层电子对互斥理论的适用范

围,扩大到有多个中心原子的分子。

如根据化合价把HSCN的结构式写为H-S-C≡N。

将S原子看作中心原子时,S原子原有的价电子数为6、以单键与其结合的H原子向

其提供1个电子、以单键与其结合的C原子也向其提供1个电子,这样S原子的价层

电子数为8,原子为杂化sp3。H-S-C的键角约为109.5°。

把C原子作为中心原子时,C原子原有的价电子数为4、以单键与其结合的S原子向

其提供1个电子、以叁键与其结合的N配原子反而从它那里拉走1个电子,这样中心

原子C的价层电子数还是4,为sp杂化。所以S-C-N的键角为180°、三个原子构成

一条直线。而H原子不在S-C-N所构成的直线上。

二、元素种类法与总配位数式的统一[1]

总配位数式是分子组成与结构间固有规律的体现,可以方便地用于由分子的组成来判

断其结构。而价层电子对互斥理论,也是用于从分子组成来判断结构的。所以两者间

一定会有某种联系。可以证明,价层电子对互斥理论只不过是总配位数式的另一种表

现形式而已。

由总配位数式导出价层电子对互斥理论的元素种类法,是十分容易的:

对非过渡元素原子组成的ABm型分子来说,总配位数式可以写为

(I–6m)/2=Σ……(1)

其中I为分子的价电子总数(分子中所有原子的价电子数之和),m为分子中的配重

原子(配原子、且是重原子)数,Σ为总配位数,即杂化轨道数。

当Σ=2时,中心原子为sp杂化,其两个sp杂化轨道为直线型分布;

当Σ=3时,中心原子为sp2杂化,三个sp2杂化轨道分别指向平面三角形的3个顶

点;

当Σ=4时,中心原子为sp3杂化,四个sp3杂化轨道分别指向四面体的4个顶点;

当Σ=5时,中心原子为sp3d杂化,五个sp3d杂化轨道分别指向三角双锥的5个顶

点;

当Σ=6时,中心原子为sp3d2杂化,六个sp3d2杂化轨道分别指向八面体的6个顶

点.

这就是总配位数反映出来的分子结构信息。

知道了某分子的配重原子数,及其价电子总数,对ABm型分子来说,为简化计算(式

(1)中还有bm项),可以令中心原子A的价电子数为a,配重原子B的价电子数为

b,则I=a+bm。将其代入式(1)后就有总配位数式的另一表现形式:

……(2)

如果将总配位数Σ,改称为价层电子对数。这样2Σ就成了价层电子数。

a+(b–6)m=2Σ……(3)

式(3)可以被解读为:在计算中心原子的价层电子数时,中心原子的价电子数(a)

要如数计入;而每个配原子(价电子数为b)所贡献的价层电子数仅是(b–6)。

这就是所谓的元素种类法的“实质”,是在元素种类法中“氧配原子不提供电子”的

“原因”。

由此看来,价层电子对互斥理论实际只是总配位数式的另一种表现形式而已。

三、电子式法与总配位数式的统一

由上面的分析不难看出,所谓的用元素种类来确定其提供的价层电子数,实际是采用

了另一种方法来计算总配位数,来确定中心原子的杂化类型。价层电子对互斥理论是

无法绕开中心原子杂化类型——这个核心问题的。

清楚这一点,就不难找到电子式法的“真谛”了。

大家都知道,从杂化轨道的使用情况来看,杂化轨道只能用于与配原子成σ键,或

被孤电子对占据。

多数人不会想到,如果有办法先确定出某中心原子所属的σ键及孤电子对的总数,

实际上也就是确定出了中心原子的杂化类型。而电子式法恰恰就是这么做的。

下面就分析一下“用电子式中,电子对及电子组的数目来确定中心原子的价层电子对

数”这句话的后半段中“电子对”及“电子组”的含义:

在电子式中的电子对,实际上有两种不同的存在形式。一种是位于两个原子之间的、

起键连作用的共用电子对,也叫共价单键。这种共价单键无例外地都是σ键。另一

种则是表示某杂化轨道已被两个电子占据的孤电子对。对某中心原子来说,属于它的

共价单键的数目可能不止1个,孤电子对的数目也可能有多个。所以计算“电子对”

数目,实际上就是在计算以单键形式存在的σ键数、及孤电子对数之和。

在电子式中的电子组,实际上也有两种不同的存在形式。一种是与共价双键匹配的由

4个电子构成的电子组。另一种则是与共价叁键匹配的由6个电子构成的电子组。而

无论在双键、还是在叁键中,都只有1个σ键。所以,计算电子组的数目,实际上

实在计算,在多重键中存在的σ键的数目。

这样,计算“电子对及电子组的数目”,就是在计算所有的σ键数、及孤电子对数

之和。这就是在计算杂化轨道的总数,就是在计算总配位数。是在在直击“总配位数

式”的核心。

总配位数式使用的是数学的方法,而电子式法则是借助于电子式来计算杂化轨道的数

目。电子式法从一个侧面证明,总配位数式才是价层电子对互斥理论的核心。

四、结构式法与总配位数式的统一

结构式法无疑也是在计算所讨论原子的总配位数。由于结构式法在计算中心原子的价

层电子数时,考虑了中心原子原有价电子数,可以预计结构式法与元素种类法的关联

会更密切一些。

与元素种类法比较:

其规则“当H及卤原子作配原子时,每个配原子向中心原子提供1个价层电子”。从

结构式的角度来描述,就是“当配原子以单键与中心原子结合时,配原子要向中心原

子提供1个价层电子”。因为,“当H及卤原子作配原子时”,配原子都只能以单键

的形式与中心原子相连。

其规则“当O、S原子作配原子时,它们都并不向中心原子提供价层电子”。从结构

式的角度来描述,就是“当配原子以双键与中心原子结合时,配原子并不向中心原子

提供价层电子”。因为,“当O、S原子作配原子时”,配原子都只能以双键的形式

与中心原子结合。

其规则“当N原子作配原子时,它不仅不向中心原子提供价层电子,反而要从中心原

子拉走1个价层电子”。从结构式的角度来描述,就是“当配原子以叁键与中心原子

结合时,配原子不仅不向中心原子提供价层电子,反而要从中心原子拉走1个价层电

子”。因为,“当N原子作配原子时”,配原子都只能以叁键的形式与中心原子成

键。

可见,结构式法是在借用元素种类法的成键情况来计算总配位数。这也意味着,结构

式法是由元素种类法演变而来的,与总配位数式也是一致的。

虽然结构式与电子式有相通之处,但在计算价层电子数时,两者间并无直接的演变关

系。这也使我们想到,在用结构式法来判断某原子的杂化类型时,要特别注意结构式

的来源。因为结构式可能从两个不同的途径而得到。一个是由电子式改写出来,另一

个则是用化合价匹配来获得。两者的形式有可能不同。

如对SO2分子,由电子式得到结构式(如下左图)。其中,有1个S=O双键、1个是

S原子单方面提供电子对给O原子的σ配键。这会给价层电子数的计算带来一定的麻

烦。

由其中心S原子化合价为+4,也可以得到一个结构式(如下右图),其中有2个双键

(由化合价写出的结构式中不会有配键)。用这一结构式来计算价层电子数则很方

便。

在使用结构式法来确定价层电子数时,要注意到这一结构式来源不同的区别

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