高中化学教材“价层电子对互斥理论”知识整合

陆麟

摘 要：价层电子对互斥理论是指各价层电子对之间存在着相互排斥的作用力向不同的方向运行，造成总体能量减少，结构更加稳定。本文对中心原子价层电子对数目、价层电子对之间的作用力、价层电子与共价分子的结构分析、孤对电子、成键的作用、成键原子电负性的影响等方面展开了研究。通过价层电子对互斥理论来进行惰性元素化合物合判断简单分子结构的结构判断。

关键词：价层电子对;互斥理论;排斥模型

对于现阶段对于价层电子对互斥理论的定义可以很好的进行共价分子结构空间的预测和解释，特别是对于稀有气体化合物的分子结构空间进行更为合理和满意的解答，此理论对于物质结构的研究和物质的合成及性质都具有很重要的意义。

一、价层电子对之间的距离倾向于彼此远离

根据VSEPR法可以得知不同的价层电子之间存在着相互排斥的作用，会在可能范围之内进行充分远离，并且尽可能远离，使得分子结构可以尽可能的对称。配位数为2、3、4、5、6时，是理想中的构型，可构成不同形式的分子构型，例如直线型、四面体型、三角双锥型和平面三角型及八面体型。因为电子对数目的不同，导致分子几何构型和空间结构方式也会有一定差异。先对中心原子的电子数进行了解，并掌握与配位体所提供的共享电子数之和，才能知道中心原子价电子对数。举例来讲，对于BeCl2，Be的价位数为2，两个Cl原子各提供一个电子，就是4个电子。就可以根据总电子数得出中心原子价电子对数.把出现剩余的单电子当做电子来看。当与复杂离子反应是，根据具体情况进行离子电荷需要的电子数的加减。像SO42-，中心原子S有6个价电子，缺少的是-2价的两个电子，就得出了电子对数是4的结论;而NH4+，中心原子N的价电子是5个，4个H各一个电子，共9个电子，在除去一个+1价的电子，就是8个电子，价电子对数就是4.根据上面的例子就可以看出中心原子价层电子对数的规律：价层电子对数是中心原子价电子数和配位原子的电子数之和减去离子电荷的数值后除以2，算出来价层电子的对数，根据电子排布，就可以得出让电子之间静电排斥力最小的排布方式。

在中心原子的周围将配位原子按照相应的几何结构进行排布，让每一个配位原子和电子连结，作为成键电子对;剩余的电子就成为了孤电子对。分子的空间构型常常会因为剩余电子对的位置不同而变化。孤电子对是处于排斥力最少的地方存在。在中心原子周围存在的成键电子对和孤电子对呈现不同情况的排布。

二、价层电子对排斥力大小顺序

通过电子对互斥的原理可以得出，电子对之间距离越近，产生的作用力越大，成键角角度越小所产生的作用力越大，直角大于钝角大于平角。若结构中存在孤电子对所产生的作用力会更大。所以不同的电子对之间所形成的互斥力也不同。若电子之间存在孤电子对之间的作用力则最强，孤电子对和成键电子对的作用力较弱，成键电子对之间作用力最弱。但是为何会形成这样的结果呢？是因为单电子会受到原子核的引力，孤电子因为保里原理，不会在结构中特定的空间中受到限制和影响，比较自由，因此可以占据的空间比较大，就造成了孤电子对可以与相邻的轨道有更多的机会进行重叠，所产生的电子排斥力就会明显强于相邻轨道也就是成键轨道中的成键电子对。在进行分子结构分析时，若结构中小角度孤电子对与孤电子对的数量少，则分子的结构最稳定。此外单电子的存在也会对分子的键角基本结构造成影响，使分子容易变形。像在H2O、NH3、CH4等分子结构中，成键电子对少于孤电子对，键角的角度也偏小。因为孤电子具有较大的作用力的影响挤压成键电子对，造成X以单键与C、N、O进行连接时，出现键角小于四面体的情况。

三、成键电子对的排斥力大小与中心原子和配位体电负性有关

因为孤电子对的影响造成了H2O、NH3的键角小于了4个电子对的四面体排布的109.5°键角，但是相同族的键角例如SeH2、H2S会比H2O更小，为90.9°和92°，比NH3键角小的有PH3、AsH3、SbH3，键角依次为95.5°、92°和91°。根據这些数据可以得出中心原子的电负性和键角成正比，电负性越大，键角越大。因为原子体积的不同，使得孤对电子产生扩张，成键电子对在克服了排斥力的重要性变得接近。最后形成的分子结果键角变小。也可能因为配位体电负性的增大造成了键角变小。像NF3分子为102°，OF2分子为103.2°，比同族的H2O键角和NH3键角都要小，造成这类原因就是因为配位原子的电负性，造成了成键电子对轨道因为电负性增大而压缩，距离减少就更接近于配位体，成键电子对的作用力会减少，形成的分子结构的键角变小。

四、总结

通过价层电子对互斥理论可以对大部分的化学分子的构型进行简单的确定一些化合物，但并不能完成适用，对于少数含有单电子分子或离子所形成的化合物构型进行理论分析时，会出现与结论不同的情况，对于成键的稳定性原理也不能进行充分的解释，所以价键理论与分子轨道理论对于判断物质分子和几何构型也十分重要。

参考文献：

[1]南京大学无机及分析化学编写组.无机及分析化学[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]徐光宪.物质结构简明教程[M].北京：高等教育出版社，2011.

[3]华彤文.普通化学原理[M].北京：北京大学出版社，2016.