化學鍵與分子形狀

分子幾何構型

分子不是紙上一幅平面塗鴉;它是原子在三維空間中的真實排列,有確定的角度和距離。分子幾何構型就是這種真實形狀的名稱——分子是直線形、彎曲形、平面三角形、三角錐形,還是更複雜的樣子。形狀不是無關緊要的外觀細節:它支配著極性、活性、分子如何堆積和契合,在生物學中甚至決定一個分子能否發揮作用。

幾何構型由中心原子周圍有多少成鍵對和孤對決定(即 VSEPR 的電子區域數)。一些標準名稱:兩個區域呈直線形(CO2、BeCl2);三個呈平面三角形(BF3),若帶一對孤對則呈彎曲形(SO2);四個呈四面體形(CH4)、三角錐形(NH3,一對孤對)或彎曲形(H2O,兩對孤對);五個呈三角雙錐形(PF5),隨著孤對取代鍵,依次為蹺蹺板形(SF4)、T 形(ClF3)和直線形(XeF2、I3-);六個呈八面體形(SF6)、四方錐形(BrF5)和平面正方形(XeF4)。形狀始終只描述原子的位置,名稱中看不見孤對,儘管它們幫助決定了角度。

分子幾何構型是繪製路易斯結構、應用 VSEPR 之後的成果,在無機化學中無處不在。水的彎曲形狀賦予它淨偶極,因而具有非凡的溶劑能力;磷酸根和硫酸根的四面體形狀是它們在生物和礦物中作用的根源;某些 d8 配合物(如順鉑)的平面正方形幾何,正是這種藥物得以緊抓 DNA 的原因。把幾何構型弄對,大量化學結論就隨之而來。

SF4 的硫周圍有五個電子區域:四根 S-F 鍵和一對孤對。孤對佔據三角雙錐的赤道位置,於是原子勾勒出一個獨特的蹺蹺板形,而非對稱的形狀。

把三角雙錐的一根鍵換成孤對,就得到 SF4 的蹺蹺板形。

幾何構型的名稱只指原子的位置,所以電子排布和形狀可能有不同的名稱:水的電子排布是四面體,但因為我們忽略兩對孤對,它被描述為彎曲形。

又稱
molecular shapemolecular structure分子形状分子形狀