第二节 分子的立体构型

图2−8
CO2 和 H2O 的立体构型
三原子分子的立体构型有直线型和V型两种，
如图所示 CO2 呈直线型，而 H2O 呈 V 型，两个
H—O 键的键角为105 °。
图2−9
CH2O 和 NH3 的立体构型
大多数四原子分子采取平面三角形和三角锥形两种立 体结构。例如，甲醛（CH2O）分子呈平面三角形，键角 约120 °；氨分子呈三角锥形，键角107 °。
第 二 章 分子 结 构 与 性 质
第二节 分子的立体构型
授课人：蔡忠兰 洪湖市州陵高级中学
H2O
CH4
C2H4
CH3COCH3
CO(NH2)2
C8H8
CO
C6H6
CH3COOCH3
碳纳米管
氨基酸
CH3OH
CH3OCH3
CH2OHCH2OH
O2
CH3CH2OH
苯并噻吩
丙三醇
CH3COOH
表 2−4
分子或离子 SO2 NH4

几种分子或离子的中心原子上的孤电子对数
中心原子 S N C a 6 5−1=4 4+2=6 x 2 4 3 b 2 1 2 中心原子上的孤电子对数 1 0 0
2CO3
思考与交流：教材 P38
1、以 S 和 P为例，说明如何根据主族元素在周期表 中的位置确定它的价电子数。 2、以 N 和 Cl 为例，说明如何根据主族元素在周期 表中的位置确定它最多能接受的电子数。
CH3CH2Cl
吡啶
四氢呋喃
二恶烷
环氧乙烷
呋喃
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
O2的晶体结构
环己烷【椅式】
葡萄糖
甲烷水合物
C60模型
C60的晶胞
C20
C40
C70
各种富勒烯
维生素A vitamin A
婴粟碱 （papaverine）
雌酮激素（estrogenic hormone）
一、形形色色的分子
大多数分子是由两个以上原子 构成的，于是就有了分子中的原子 的空间关系问题，这就是所谓“分 子的立体构型”。
在确定了σ 键电子对数和中心原子上的 孤电子对数后，把他们相加便可确定分子中 的中心原子上的价层电子对数。由价层电子 对的相互排斥，得到含有孤电子对的VSEPR 模型，然后，略去VSEPR模型中的中心原子 上的孤电子对，便可得到分子的立体构型。
用通式AXnEm表示只含一个中心原子的 分子或离子组成。 式中A为中心原子，X为配位原子，下表 n为配位原子的个数，E为中心原子上的孤对 电子对，下表m为孤电子对数。
SO2
平面三角形
V形
分子或离子
中心原子上的 孤电子对数 0
分子或离子的 价层电子对对数 3
VSEPR 模型
2CO 3
CH4
0
4
分子或离子
VSEPR 模型名称 平面三角形
分子或离子 的立体构型
分子或离子的 立体构型名称 平面三角形
CO 3
2-
CH4
正四面体形
正四面体形
思考与交流：教材 P39
确定 和它们的立体构型。
图2−13
红外光谱仪
图2−13
红外光谱仪原理示意图
二、价层电子对互斥理论
价层电子对互斥理论（ VSEPR theory ） 认为，分子的立体构型是“价层电子对”相互 排斥的结果。
价层电子对是指分子的中心原子上的电子 对，包括 σ 键电子对和中心原子上的孤电子对 （不包括 π 键电子对）。
中心原子上的孤电子对数，确定方如下：
图2−10
CH4 的立体构型
五原子分子的可能立体构型更多，最常见的 是正四面体形，如甲烷分子的立体构型是正四面 体型，键角为109°28′。
图2−12
形形色色的分子
分子的立体构型与其稳定性有关。例如，上图中的 S8 像 顶皇冠，如果把其中一个向上的硫原子倒转向下，尽管也可 以存在，却不如皇冠式稳定；又如，椅式C6H12比船式稳定。
分子的立体构型是怎样 测定的？ 分子中的原子不是固定 不动的，而是不断地振动着 的。所谓分子的立体构型其 实只是分子中的原子处于平 衡位置时的模型。当一束红 外光线透过分子时，分子会 吸收跟它的某些化学键的振 动频率相同的红外线，再记 录到图谱上呈现吸收峰。通 过计算机模拟，可以得知各 吸收峰是由哪一个化学键、 哪种振动方式引起的，综合 这些信息，可分析出分子的 立体构性。
H2O、NH3的VSEPR模型和立体构性
下表（表 2 −5 ）列举了应用价层电子对互斥 理论对几种分子或离子的立体构型的推测。
分子或离子
CO2
中心原子上的 孤电子对数 0
分子或离子的 价层电子对对数 2
VSEPR 模型
SO2
1
3
分子或离子 CO2
VSEPR 模型名称 直线形
分子或离子 的立体构型
分子或离子的 立体构型名称 直线形
BF3 、NH 4 和
2SO3 的
VSEPR 模型
① BF3 ：AY3 型，VSEPR 模型为平面三角形，
分子构型为平面三角形；
②
NH 4
：AY4 型， VSEPR 模型为正四面体
形，离子构型为正四面体形；
2③ SO 3 ：AY4 （AX3E）型， VSEPR 模型为
四面体形，离子构型为三角锥形。
通式AXnEm里（n + m）的数目称为价层 电子对数，令 n + m = z ，则可将通式 AXnEm 改写为另一通式 AYz。VSEPR理论认为，为了 减少价电子对之间的斥力，电子对间应尽量互 相远离，即分子中的价层电子对总是尽可能地 互斥、均匀地分布在分子中。
如果把中心原子的价电子层视为一个球面 ， 根据立体几何知识可知，球面上相距最远的两点 是直径的两个端点，相距最远的三点是通过球心 的内接正三角形的三个顶点，相距最远的四点是 内接正四面体的四个顶点，相距最远的五点是内 接三角双锥体的五个顶点，相距最远的六点是内 接正八面体的六个顶点。
式中 a 为中心原子的价电子数，对于主 族元素来说，价电子数等于原子的最外层电 子数；x为与中心原子结合的原子数；b为与 中心原子结合的原子（称为“配位原子”或 “端位原子”）最多能接受的电子数，H 为 1 ，其它原子等于“8−该原子的价电子数”。
对于阳离子来说，a 为中心原子的价电 子数减去离子的电荷数，x 和 b 的计算方法 不变； 对于阴离子来说，a 为中心原子的价电 子数加上离子的电荷数（ 绝对值 ），x 和 b 的计算方法也不变。
因此，价电子对空间排布情况为：
当价电子对的数目为 2 时，呈直线型；
当价电子对的数目为 3 时，呈平面三角形；
当价电子对的数目为 4 时，呈四面体形；
当价电子对的数目为 5 时，呈三角双锥型； 当价电子对的数目为 6 时，呈八面体形。
当中心原子与配位原子之间是共用两对或 三对电子，即通过双键或三键结合时，VSEPR 理论作如下处理： 共价双键或共价叁键都被当作一个共价键 处理，每个键只计算其中的一对 σ 电子（即价 层电子对不包括 π电子）。
价层电子对互相排斥作用力的大小，决定 于电子对之间的夹角和电子对的成键情况，一 般规律为： Ⅰ、电子对之间夹角越小，排斥力越大； 不同价电子对之间排斥作用的顺序为： 孤电子对—孤电子对＞孤电子对—成键电 子对＞成键电子对—成键电子对。 Ⅱ、重键（双键或三键）间的排斥力： 叁键＞双键＞单键。
图2−15
1 中心原子上的孤电子对数 （a - x b） 2
式中 a 为中心原子的价电子数，对于主族 元素来说，价电子数等于原子的最外层电子数； X 为与中心原子结合的原子数；b 为与中心原子 结合的原子（称“配位原子”或“端位原子”） 最多能接受的电子数，H 为 1 ，其它原子等于 “8−该原子的价电子数”。