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第10章 化學鍵II:分子構形與混成軌域
化學
任課教師:顏明賢
第十章
化學鍵分子構形與混成軌域
崑山科大材料工程系
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第10章 化學鍵II:分子構形與混成軌域
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本章內容
10.1 分子構形
10.2 偶極矩
10.3 價鍵理論
10.4 原子軌域的混成
10.5 雙鍵與參鍵分子的混成作用
10.6 分子軌域理論
10.7 分子軌域組態
10.8 非定域分子軌域
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10.1 分子構形
分子構形是分子中原子的三度空間配置,中心原子周圍的電子數,則能簡單地預測分子的構形。此種探討分子構形的方式稱為價層電子對排斥(VSEPR)
模型。電子對的排列方式是為了減少其間的排斥力。
VSEPR模型規則:
1. 雙鍵及參鍵之間的電子對可視同單鍵。
2. 若分子有兩種以上的共振結構,將VSEPR應用在任何一種即可,且不必顯示形式電荷。
排斥力依下列次序遞減:
孤對與孤對 > 孤對與鍵結對 > 鍵結對與鍵結對
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應用VSEPR模型的原則
先畫出分子的路以士結構。
求出中心原子的孤對及鍵結對數目,多重鍵
視同單鍵。
參考表10.1及表10.2,預測電子對的配置。
預測鍵角。注意,孤對電子的排斥力比鍵結
電子的排斥力大。
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10.2 偶極矩
偶極矩(dipole moment,μ) ,單位為D:
μ =Q × r
1 D=3.336 ×10-30 C · m ,C為庫侖,m為公尺。
具有偶極矩的分子,稱為極性分子;沒有偶
極矩的分子,稱為非極性分子。
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極性分子的行為
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CO2分子的極性
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順、反二氯丁烯的極性
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BF3和CH2Cl2的的電子密度
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10.3 價鍵理論
描述共價鍵的形成及分子的電子結構。量子
力學發展出兩種理論:
1. 價鍵理論 VB:假設分子中的電子都填入個別
原子的原子軌域,此理論保存了在鍵結中的個
別原子特性。
2. 分子軌域理論 MO:假設原子軌域可經線性組
合形成分子軌域。
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原子軌域重疊理論用在分子共價鍵的形成
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10.4 原子軌域的混成
sp3 混成
C的軌域圖 :
將2s軌域的1個電子提升至2p軌域:
碳原子的2s軌域與三個2p軌域混合,可形成四
個等效的混成軌域:
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sp3混成軌域分子
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sp混成軌域
VSEPR 預測 BeCl2 為線形分子:
基態Be原子的2s軌域填滿,不能與Cl形成共
價鍵,必須將1個2s電子提升至2p軌域 。
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sp混成軌域
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Sp2 混成軌域
VSEPR模型預測 BF3為平面分子。B的軌域
圖為
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Sp2 混成軌域
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Sp2 混成軌域的分子
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綜合上述對混成軌域的敘述,可歸納如下:
混成的觀念不適用於單獨原子,僅適用於解釋共
價鍵。
混成軌域是混合不同的軌域,故不是純原子軌域。
混成軌域的數目等於混合的純原子軌域數目。
電子的提升需要能量,形成鍵結後可釋出更多的
能量。
多原子分子的共價鍵是由混成軌域與另一個原子
的混成軌域或未混成軌域之重疊形成。
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原子軌域混成的過程
1. 畫出分子的路以士結構。
2. 使用VSEPR模型預測電子對的配置。
3. 比對電子對的配置及表10.4的混成軌域,
推論中心原子的混成方式。
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s、p與d 軌域混成
SF6 分子中S為s p3d2 混成。S原子的基態電
子組態為 [Ne]3s2 3p4:
將3s、三個3p及兩個3d 軌域混合,形成六
個s p3 d2 混成軌域:
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SF6分子
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10.5 雙鍵與參鍵分子的混成作用
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10.6 分子軌域理論
依照VB理論所述,所有的電
子都配對成雙,分子應為逆
磁性,然而實驗卻顯示氧分
子具有順磁性可被磁鐵吸引,
表示O有未配對電子。
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磁性及其他的性質可以量子力學的另一種理
論解釋,此理論稱為分子軌域理論。
鍵結原子的原子軌域互相作用鍵結與反鍵結
軌域 。
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10.7 分子軌域組態
形成的MO數目等於組合前的原子軌域數目。
鍵結軌域愈穩定,對應的反鍵結軌域愈不穩定。
電子填入MO時,依能階由低至高順序填入。
依庖立不相容,MO 最多容納自旋相反2個電子。
當電子填入能階相同的軌域時,依罕德定則,最
穩定的配置為電子的自旋平行。
MO的電子數目等於鍵結原子的所有電子數。
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第二週期元素同核雙原子的分子軌域
Li2 電子組態為
C2 電子組態為
O2 電子組態
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10.8 非定域分子軌域
有些分子的性質無法使用單一結構解釋,例
如O3的共振結構,在此介紹分子軌域的解決
方式。
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