化學鍵與分子形狀
超價(擴展八隅體)
/ HY-per-VAY-len-see /
如果八隅體規則說八個電子是神奇的數字,那麼為什麼 SF6 裡的硫能安然居於六根鍵的中心、被十二個電子環繞?中心原子看上去擁有超過八個價電子的分子,被稱為超價物種,或擴展八隅體物種。它們在第三週期及更下方很常見——磷、硫、氯、氙——出現在 PF5、SF6、ClF3、XeF4 這類化合物中。
舊教科書的解釋是:這些較重的原子借用它們空著的 d 軌道,為多餘的電子對騰出空間(sp3d、sp3d2 雜化)。這種說法如今被認為基本不正確:高水平計算表明 d 軌道能量太高,貢獻很小。現代而誠實的圖景是成鍵是離域的——用分子軌道理論描述的三中心四電子鍵,讓中心原子主要靠它的 s 和 p 軌道就能抓住幾個電負性很高的鄰居(通常是 F、O 或 Cl),成鍵電子對分布在兩個以上的原子上。路易斯點式仍然數得硫周圍有十二個電子,但並沒有十二個電子真的靠 d 軌道擠進一個小原子的價層裡。
超價之所以重要,是因為較重 p 區元素的化學實際上就是這樣運作的:硫酸、磷酸鹽、高氯酸鹽、稀有氣體氟化物以及無數無機試劑都涉及擴展八隅體的中心。它也解釋了為什麼超價在小小的第二週期原子上很罕見(氮永遠做不出 NF5):無論 d 軌道的說法如何,它們都太小,塞不下五個或六個體積龐大的鄰居。
六氟化硫 SF6 有六根 S-F 鍵,呈八面體形狀。按路易斯方式數,硫周圍有十二個電子——一個擴展的八隅體——但這個分子如此穩定且惰性,以至於被用作電氣絕緣氣體。
SF6:紙面上硫周圍有十二個電子,實際上是離域成鍵。
不要說超價是靠 d 軌道實現的——那個經典解釋如今被認為基本錯誤。現代理論把它歸因於主要使用 s 和 p 軌道的離域三中心四電子成鍵。
又稱
另見