價(jià)層電子對(duì)的幾種計(jì)算方法

1、在計(jì)算價(jià)層電子數(shù)時(shí)，可以有多個(gè)物理模型供選用。在常見的化學(xué)教材或教學(xué)參考資料中，可以看到有3種其間有顯著不同的計(jì)算價(jià)層電子對(duì)數(shù)目的模型，產(chǎn)生3類不同的方法。（一）元素種類法元素種類法的特點(diǎn)在于，對(duì)非過(guò)渡系A(chǔ)Bm型分子來(lái)說(shuō)，用配原子的種類來(lái)確定它向中心原子提供的價(jià)層電子數(shù)。它規(guī)定：當(dāng)H及鹵原子作配原子時(shí)，每個(gè)配原子向中心原子提供1個(gè)價(jià)層電子；而當(dāng)0、S原子作配原子時(shí)，它們都并不向中心原子提供價(jià)層電子；而當(dāng)N原子作配原子時(shí)，它不僅不向中心原子提供價(jià)層電子，反而要從中心原子拉走1個(gè)價(jià)層電子。如對(duì)S02分子。中心S原子有6個(gè)價(jià)電子，而作為配原子的 0原子并不向中心原子提供電子，S的價(jià)層電子數(shù)仍為 6,

2、價(jià)層電子數(shù)對(duì)為 3。所以，S原子的電子云呈三角形分布。 S原 子位于三角形的中心附近，電子云分別指向三角形的三個(gè)頂點(diǎn)?？紤]到3個(gè)電子云，只有2個(gè)與0原子結(jié)合，另1個(gè)被孤電子對(duì)占據(jù)，分子應(yīng)該為角型。（二）電子式法電子式法則是用分子的點(diǎn)電子式中，電子對(duì)及電子組的數(shù)目， 來(lái)確定中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)。它規(guī)定：中心原子周圍的電子對(duì)（包括成鍵電子對(duì)和孤電子對(duì)）及電子組數(shù)（雙鍵的4個(gè)電子、或叁鍵的6個(gè)電子，都只能算是 1個(gè)電子組）之和，就是中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)。如對(duì)S02分子。根據(jù)八隅體原則寫出電子式（如左下圖）后，可以看出S原子上方有1孤電子對(duì)、與右側(cè)0原子結(jié)合用了 1電子對(duì)、與左側(cè)0原子結(jié)合用的是4

3、個(gè)電子（雙鍵）一一 為1個(gè)電子組。這樣，屬于中心原子的電子對(duì)數(shù)為1、孤電子對(duì)數(shù)為1、電子組數(shù)為1，合計(jì)為3。因而價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3。？與元素種類法的判斷結(jié)果相同。電子式法與元素種類法的另一個(gè)區(qū)別是，在電子式法中沒(méi)有可以成單的價(jià)層電子數(shù)的概念。最小的單位也是1個(gè)價(jià)層電子對(duì)。?:%（:（三）？結(jié)構(gòu)式法結(jié)構(gòu)式法與另兩個(gè)方法的區(qū)別在于，對(duì)非過(guò)渡系元素構(gòu)成的分子來(lái)說(shuō)，用結(jié)構(gòu)式中共價(jià)鍵的 性質(zhì)不同，來(lái)確定相關(guān)配原子向中心原子提供的價(jià)層電子數(shù)。它規(guī)定: 以單鍵與中心原子結(jié)合的配原子，向中心原子提供 1 個(gè)價(jià)層電子； 以雙鍵與中心原子結(jié)合的配原子，不向中心原子提供價(jià)層電子； 以叁鍵與中心原子結(jié)合的配原子， 不但

4、不向中心原子提供價(jià)層電子， 反而要從中心原子拉走 1 個(gè)價(jià)層電子。如對(duì)COC I 2分子。根據(jù)氧化數(shù)或化合價(jià)寫出結(jié)構(gòu)式（如右上圖）后，可以看出：？0原子以雙鍵與C原子結(jié)合，所以它不向中心原子提供價(jià)層電子；CI原子以單鍵與 C原子結(jié)合，每個(gè)C I要向中心原子提供1個(gè)價(jià)層電子。C的價(jià)層電子數(shù)就是自己原有的價(jià)電子數(shù)4,加上2個(gè)C I提供的2個(gè)電子，總數(shù)為6。其價(jià)層電子對(duì)數(shù)為 3。也與元素種類法的判斷結(jié)果 相同。結(jié)構(gòu)式法及電子式法的優(yōu)點(diǎn)在于, 可以比較容易地把價(jià)層電子對(duì)互斥理論的適用范圍, 擴(kuò)大 到有多個(gè)中心原子的分子。如根據(jù)化合價(jià)把HSCN的結(jié)構(gòu)式寫為H-S-gN。將S原子看作中心原子時(shí)，S原子原有

5、的價(jià)電子數(shù)為 6、以單鍵與其結(jié)合的 H原子向其提供1 個(gè)電子、以單鍵與其結(jié)合的 C 原子也向其提供 1 個(gè)電子,這樣 S 原子的價(jià)層電子數(shù)為 8, 原子為雜化 sp3。 H-S-C 的鍵角約為 1 09.5 °。把C原子作為中心原子時(shí)，C原子原有的價(jià)電子數(shù)為 4、以單鍵與其結(jié)合的 S原子向其提供1個(gè)電子、以叁鍵與其結(jié)合的 N配原子反而從它那里拉走 1個(gè)電子，這樣中心原子 C的價(jià) 層電子數(shù)還是4，為sp雜化。所以S-C-N的鍵角為180°三個(gè)原子構(gòu)成一條直線。而 H原 子不在 S-C-N 所構(gòu)成的直線上。二、元素種類法與總配位數(shù)式的統(tǒng)一 1 總配位數(shù)式是分子組成與結(jié)構(gòu)間固有規(guī)

6、律的體現(xiàn), 可以方便地用于由分子的組成來(lái)判斷其結(jié) 構(gòu)。而價(jià)層電子對(duì)互斥理論, 也是用于從分子組成來(lái)判斷結(jié)構(gòu)的。 所以兩者間一定會(huì)有某種 聯(lián)系?？梢宰C明,價(jià)層電子對(duì)互斥理論只不過(guò)是總配位數(shù)式的另一種表現(xiàn)形式而已。 由總配位數(shù)式導(dǎo)出價(jià)層電子對(duì)互斥理論的元素種類法,是十分容易的： 對(duì)非過(guò)渡元素原子組成的 ABm 型分子來(lái)說(shuō),總配位數(shù)式可以寫為（?l?-6m?）/ 2 = 工（1）其中 I 為分子的價(jià)電子總數(shù) （分子中所有原子的價(jià)電子數(shù)之和） , m 為分子中的配重原子 （配 原子、且是重原子）數(shù)，工為總配位數(shù)，即雜化軌道數(shù)。當(dāng)工=2時(shí)，中心原子為sp雜化，其兩個(gè)sp雜化軌道為直線型分布；當(dāng)工=3時(shí)，

7、中心原子為sp2雜化，三個(gè)sp2雜化軌道分別指向平面三角形的3個(gè)頂點(diǎn)；當(dāng)工=4時(shí)，中心原子為sp3雜化，四個(gè)sp3雜化軌道分別指向四面體的4個(gè)頂點(diǎn);當(dāng)工=5時(shí)，中心原子為sp3d雜化，五個(gè)sp3d?雜化軌道分別指向三角雙錐的5個(gè)頂點(diǎn);當(dāng)工=6時(shí)，中心原子為sp3d2雜化，六個(gè)sp3d2雜化軌道分別指向八面體的6個(gè)頂點(diǎn).這就是總配位數(shù)反映出來(lái)的分子結(jié)構(gòu)信息。知道了某分子的配重原子數(shù)， 及其價(jià)電子總數(shù)，對(duì)ABm型分子來(lái)說(shuō)，為簡(jiǎn)化計(jì)算（式（1） 中還有bm項(xiàng)），可以令中心原子 A的價(jià)電子數(shù)為 a,配重原子 B的價(jià)電子數(shù)為 b,則 l?=?a?+?bm。將其代入式（1 ）后就有總配位數(shù)式的另一表現(xiàn)形式

8、：? 2 ?（2）如果將總配位數(shù) 乙改稱為價(jià)層電子對(duì)數(shù)。這樣2就成了價(jià)層電子數(shù)。a?+?（b?-6）m?= 2 工（3）式（3）可以被解讀為：在計(jì)算中心原子的價(jià)層電子數(shù)時(shí)，中心原子的價(jià)電子數(shù)（a）要如數(shù)計(jì)入；而每個(gè)配原子（價(jià)電子數(shù)為b）所貢獻(xiàn)的價(jià)層電子數(shù)僅是 （b?-6）。這就是所謂的元素種類法的實(shí)質(zhì)”是在元素種類法中 氧配原子不提供電子”的 原因”由此看來(lái)，價(jià)層電子對(duì)互斥理論實(shí)際只是總配位數(shù)式的另一種表現(xiàn)形式而已。三、電子式法與總配位數(shù)式的統(tǒng)一由上面的分析不難看出， 所謂的用元素種類來(lái)確定其提供的價(jià)層電子數(shù)，實(shí)際是采用了另一種方法來(lái)計(jì)算總配位數(shù)， 來(lái)確定中心原子的雜化類型。價(jià)層電子對(duì)互斥理論

9、是無(wú)法繞開中心原子雜化類型一一這個(gè)核心問(wèn)題的。清楚這一點(diǎn)，就不難找到電子式法的真諦” 了。大家都知道，從雜化軌道的使用情況來(lái)看，雜化軌道只能用于與配原子成b鍵，或被孤電子對(duì)占據(jù)。多數(shù)人不會(huì)想到，如果有辦法先確定出某中心原子所屬的b鍵及孤電子對(duì)的總數(shù)， 實(shí)際上也就是確定出了中心原子的雜化類型。而電子式法恰恰就是這么做的。下面就分析一下 用電子式中，電子對(duì)及電子組的數(shù)目來(lái)確定中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)”這句話的后半段中 電子對(duì)”及 電子組”的含義：在電子式中的電子對(duì)， 實(shí)際上有兩種不同的存在形式。一種是位于兩個(gè)原子之間的、起鍵連作用的共用電子對(duì)，也叫共價(jià)單鍵。這種共價(jià)單鍵無(wú)例外地都是b鍵。另一種則是表

10、示某雜化軌道已被兩個(gè)電子占據(jù)的孤電子對(duì)。對(duì)某中心原子來(lái)說(shuō)，屬于它的共價(jià)單鍵的數(shù)目可能不止1個(gè)，孤電子對(duì)的數(shù)目也可能有多個(gè)。所以計(jì)算 龜子對(duì)”數(shù)目，實(shí)際上就是在計(jì)算以單鍵 形式存在的6鍵數(shù)、及孤電子對(duì)數(shù)之和。在電子式中的電子組， 實(shí)際上也有兩種不同的存在形式。 一種是與共價(jià)雙鍵匹配的由 4 個(gè)電 子構(gòu)成的電子組。另一種則是與共價(jià)叁鍵匹配的由 6 個(gè)電子構(gòu)成的電子組。而無(wú)論在雙鍵、 還是在叁鍵中，都只有 1個(gè) 6鍵。所以，計(jì)算電子組的數(shù)目，實(shí)際上實(shí)在計(jì)算，在多重鍵中 存在的 6鍵的數(shù)目。這樣，計(jì)算 “電子對(duì)及電子組的數(shù)目 ”，就是在計(jì)算所有的 6鍵數(shù)、及孤電子對(duì)數(shù)之和。這就 是在計(jì)算雜化軌道的總數(shù)

11、，就是在計(jì)算總配位數(shù)。是在在直擊 “總配位數(shù)式 ”的核心。 總配位數(shù)式使用的是數(shù)學(xué)的方法， 而電子式法則是借助于電子式來(lái)計(jì)算雜化軌道的數(shù)目。電子式法從一個(gè)側(cè)面證明，總配位數(shù)式才是價(jià)層電子對(duì)互斥理論的核心。四、結(jié)構(gòu)式法與總配位數(shù)式的統(tǒng)一 結(jié)構(gòu)式法無(wú)疑也是在計(jì)算所討論原子的總配位數(shù)。 由于結(jié)構(gòu)式法在計(jì)算中心原子的價(jià)層電子 數(shù)時(shí)，考慮了中心原子原有價(jià)電子數(shù)， 可以預(yù)計(jì)結(jié)構(gòu)式法與元素種類法的關(guān)聯(lián)會(huì)更密切一些。與元素種類法比較：其規(guī)則 “當(dāng) H 及鹵原子作配原子時(shí)，每個(gè)配原子向中心原子提供 1 個(gè)價(jià)層電子 ”。從結(jié)構(gòu)式 的角度來(lái)描述，就是 “當(dāng)配原子以單鍵與中心原子結(jié)合時(shí)，配原子要向中心原子提供1 個(gè)價(jià)

12、層電子 ”。因?yàn)椋爱?dāng) H 及鹵原子作配原子時(shí) ”，配原子都只能以單鍵的形式與中心原子相連。 其規(guī)則 “當(dāng) O、 S 原子作配原子時(shí)，它們都并不向中心原子提供價(jià)層電子”。 ?從結(jié)構(gòu)式的角度來(lái)描述，就是 “當(dāng)配原子以雙鍵與中心原子結(jié)合時(shí)， 配原子并不向中心原子提供價(jià)層電子 ”。因?yàn)?，?dāng)0、S原子作配原子時(shí)”，配原子都只能以雙鍵的形式與中心原子結(jié)合。其規(guī)則 “當(dāng) N 原子作配原子時(shí)，它不僅不向中心原子提供價(jià)層電子，反而要從中心原子拉走1 個(gè)價(jià)層電子 ”。 ?從結(jié)構(gòu)式的角度來(lái)描述，就是 “當(dāng)配原子以叁鍵與中心原子結(jié)合時(shí)，配原 子不僅不向中心原子提供價(jià)層電子，反而要從中心原子拉走1 個(gè)價(jià)層電子 ”。因

13、為， “當(dāng) N原子作配原子時(shí) ”，配原子都只能以叁鍵的形式與中心原子成鍵?？梢?， 結(jié)構(gòu)式法是在借用元素種類法的成鍵情況來(lái)計(jì)算總配位數(shù)。這也意味著， 結(jié)構(gòu)式法是由元素種類法演變而來(lái)的，與總配位數(shù)式也是一致的。雖然結(jié)構(gòu)式與電子式有相通之處， 但在計(jì)算價(jià)層電子數(shù)時(shí)，兩者間并無(wú)直接的演變關(guān)系。 這也使我們想到， 在用結(jié)構(gòu)式法來(lái)判斷某原子的雜化類型時(shí)，要特別注意結(jié)構(gòu)式的來(lái)源。 因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)式可能從兩個(gè)不同的途徑而得到。 一個(gè)是由電子式改寫出來(lái)， 另一個(gè)則是用化合價(jià)匹配 來(lái)獲得。兩者的形式有可能不同。如對(duì)S02分子，由電子式得到結(jié)構(gòu)式（如下左圖）。其中，有1個(gè)S=0雙鍵、1個(gè)是S原子單方面提供電子對(duì)給 0原子

14、的6配鍵。這會(huì)給價(jià)層電子數(shù)的計(jì)算帶來(lái)一定的麻煩。由其中心S原子化合價(jià)為+4，也可以得到一個(gè)結(jié)構(gòu)式（如下右圖），其中有2個(gè)雙鍵（由化合價(jià)寫出的結(jié)構(gòu)式中不會(huì)有配鍵）。用這一結(jié)構(gòu)式來(lái)計(jì)算價(jià)層電子數(shù)則很方便。?在使用結(jié)構(gòu)式法來(lái)確定價(jià)層電子數(shù)時(shí)，要注意到這一結(jié)構(gòu)式來(lái)源不同的區(qū)別僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途。For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet w