无机化学中常见的共轭π键分子

§无机化学中常见的共轭π键分子

CO2分子是直线形的,一般认为C, O之间有双键：一个σ键和一个π键。它解释了CO2分子的非极性,以及CO2具有很高的热稳定性—2 273 K 时CO2也只是略有分解。

但是结构数据表明, CO2中碳氧键长介于碳氧双键和碳氧三键C≡O的键长之间。这一事实要用CO2分子中存在大π来解释。中心碳原子采取sp杂化方式,用s p杂化轨道与氧原子的2p轨道成σ键, 形成直线形CO2分子。在y 方向,左边氧原子的2py 轨道有1 个电子,右边氧原子的2p y轨道有2 个电子,中心碳原子的2p y轨道有1 个电子。于是在y 方向形成一个大π键。同样,在z 方向也形成一个大π键。CO2中碳的杂化及成键情况如图。这样就很好地说明了C, O 之间的化学键有一定的三键性质。

N 原子电子构型为2s2sp3, N 原子2 s轨道的1个电子激发到2p轨道, N采取sp2杂化,未参与杂化的2p z轨道,其中有一对电子。如图( a)所示。

中心N原子有3条单电子的sp2杂化轨道,用其中的两条与两个O原子形成2个σ共价键,决定了NO2分子的折线形结构,并确定了分子平面xOy。余下1条sp2杂化轨道未成键,其中有1个电子。形成σ键的两个O原子各有1条2p z 轨道,其中各有1个单电子,这两条2p z轨道与N 原子未杂化的有对电子的2p z 轨道互相平行,这 3 条与分子平面垂直的平行轨道互相重叠形成大π键。如图( b)所示。

N2O分子结构见图,它与N3-为等电子体,二者有相同的结构,均为直线形分子,分子中有2个离域的三中心四电子大π键。

在臭氧O3分子中,中心的氧原子以sp2杂化与两旁的配位氧原子键合生成两个σ键,使O3分子呈折线形。在三个氧原子之间还存在着一个垂直于分子平面的大π键,这个离域的π键是由中心氧原子提供两个p电子、另外两个配位氧原子各提供一个p 电子形成的O3分子的结构如图。

SO2的结构二氧化硫SO2分子呈“V”形结构,其成键方式与臭氧O3类似, S 原子

sp2杂化, S原子和两侧的氧原子除以σ键结合外,还形成一个三中心四电子的大π键, 如图。

(CN)2分子通常写成N≡C—C≡N,其中的每个C 原子都采用sp 杂化,分子中有3 个σ键—2个C—N间的sp—pσ键, 1个C—C间的sp—spσ键,形成直线形分子。各原子中

未参加杂化的p轨道互相重叠,形成2个彼此垂直的4中心4电子的离域大π键,如图。