一篇文章引发的思考

一篇文章引发的思考

出于兴趣与的原因，学生自上高中后一直有参阅《中学化学》的习惯。但在拜读《中学化学》2009年第11期中师殿峰老师的《有关“物质结构”——元素周期律的知识规律》一文时，依学生愚见，该文中存在几个问题。

1.元素变价规律

文中提到“同周期的主族元素，从左到右最高正价由+1逐渐升到+7”。该结论忽略了第2周期的特殊性，在第2 周期中的F元素电负性极强，因此在化学反应绝不可能失去电子呈现正价。而O的电负性虽然比F稍弱，能与F结合成OF2，但O相对于其它元素而言，电负性还是相当的强，不可能以负价与其它元素化合，即使在与F结合时，由于O的最外层只有两个未成对电子，最高价仅为+2，而非+6。

2.HNO3的结构问题。

一般来说，当原子之间以共价键结合成分子时，每个原子应具有稳定的稀有气体的电子层结构（又称“八隅体”），即分子中每个原子（除H外）的最外层电子都为8，按照这一原则，试画HNO3电子式，将会出现两个电子式，这两个电子式都可以使HNO3所有的四个原子均呈八隅体，如下图所示：

和

根据这些化学式，可以认为HNO3中氮与两个非羟基氧所成键是不一样的。然而实验证明，这两个键是等同的，用电子、点标志书写的任一化学式，不可能

满意地表示出两键的同一性。这个问题在鲍林于1991~1993年提出共振学说后得到了很好的解决。

根据共振学说，HNO3可以看作是介于上述两种结构间的中间结构。这种一个分子可以用两个或两个以上的电子式表示的结构，各原子核的位置没有改变，或者基本上没有改变，它们的差别仅仅是电子排列不同，那么在这些结构之间（如HNO3），即上述两结构之间存在着共振（用表示），如图示：

这两个结构式称为共振结构，但值得指出的是，任何一个共振结构都不足以反映分子的真实结构，各个共振结构都不可能单独存在。分子的真实结构是经过这些共振结构共振得到的共振杂化体。

简单而言，HNO3中的N为sp2杂化，三个杂化轨道分别与三个氧成键，N 剩下的两个电子和非羟基氧的两个2p电子形成一个三中心四电子的大π建。而羟基氢与同一个分子中的氧形成分子内氢键(受氢键影响，氢氧氮的键角大约是90°)。

这种氮氧形成的属于多个原子之间的π键就叫离域键，分子形成离域键能使体系能量降低。

综上所述，文中指HNO3的结构为这一说法明显有误。

3. O2的结构

根据价键理论(简称VB)，也即文中所提及的，O2分子中原子最外层均满足8

电子稳定结构，即。但实验方法已经确定了O2的顺磁性，表明了在O2分子中存在有未成对的电子，传统的价键理论表示法是错误的。为了更好的解释

O2具有顺磁性这一现象，又产生了另一个最富有影响的关于化学键本质的量子力学理论之一：分子轨道理论(简称MO)。

在O2分子中，4个1s和4个2s电子实际上对化学键没有影响，它们中两个分别是“成键的”两个分别是“反键的”。两个氧原子的所有12个外层电子中，实际只有8个电子决定了O2分子中的化学键。每个氧原子各以4个2p电子参与了原子间键的形成，其中6个电子能够分配在3个成键轨道上。由此图可看出，电子进入π*2p轨道需要消耗的能量比进入σ*2p轨道要少，所以反键电子就排在π*2p轨道上，而这两个π*2p轨道上的能量是相等的，所以根据洪特规则(VB与MO都适用)，反键电子在每个π*2p轨道上个排列一个，而且它们自旋是式平行的，这样，O2分子中就有了两个未成对电子。

O2的分子轨道是KK(σ2s)2(σ*2s)2(σ2p z)2(π2p x )2(π2p y)2(π*2p x)1(π*2p y)1在O2分子中，成键的(σ2p z)2构成σ键，(π2p x)2和(π*2p y)1构成一个三电子π键，(π*2p x)2和（π2p y)1构成另一个三电子π键，因此O2分子中有一个σ键和两个π键，其结构式可写成，传统的VB法已无法用来讨论O2的结构，所以更不能说O2中原子达到8电子稳定结构。

4.极性键与非极性键

文中提到，同种元素的原子之间形成的化学键都是非极性共价键，但某些分子物质中相同原子间也存在着极性共价键。

4.1 O3 分子结构图

在O3结构中，两个端点的氧原子吸引离域大π键上共用的电子和一个σ键上的共用电子对，中间的氧原子吸引着离域大π键上的共用电子和两个σ键上的共用电子对。相比较而言两端的氧原子吸引共用电子的能力略强与中间的氧原子，使得中间的氧原子与两端的氧原子形成了极性共价键。

4.2

在中，由于与C相连的H和F对C所起的诱导作用不同，使得C与C之间产生了偶极距，故中的为极性共价键。

因此衡量共价键类型并不只跟成键元素有关，且与结构、环境…..有关，判断一个分子中的化学键类型，最重要的是成键元素是否有偶极距。

参考文献：

(1)师殿峰,有关“物质结构”——元素周期律的知识规律[J]. 中学化学. 2009

(2)武永兴，物质结构与化学反应[M].北京；人民教育出版社. 2008

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