化學鍵與分子形狀

價層電子對互斥理論

/ VES-per or V-S-E-P-R /

一旦你從路易斯結構知道了哪些原子彼此相連,又該如何預測分子真正的三維形狀呢?價層電子對互斥理論給出了一個絕妙簡單的答案:中心原子周圍的電子對彼此排斥,於是它們在空間中盡量彼此遠離。把電子對排布得最不擁擠,你就得到了分子的形狀。

做法是數出中心原子周圍的電子密度區域——每根單鍵、雙鍵、三鍵或每對孤對都算作一個區域——然後把這些區域放在能讓它們彼此最遠的角度上。兩個區域呈直線形(180 度),三個呈平面三角形(120 度),四個呈四面體形(約 109.5 度),五個呈三角雙錐形,六個呈八面體形。孤對也佔據區域,而且它比成鍵對佔更大的空間(孤對只被一個核束縛,所以更舒展),這會把鍵角擠得比理想值略小一點。

VSEPR 是無機化學中預測分子幾何的日常工具,對主族物種可靠得驚人:它正確地預測出水是彎曲形、氨是三角錐形、甲烷是四面體形、SF6 是八面體形、XeF4 是平面正方形。它是一個基於電子對互斥的模型,而非嚴格的理論,對某些過渡金屬和重元素化合物可能失靈,但對於你用路易斯結構畫出的分子,它在速度和準確性上都難以匹敵。

甲烷 CH4 中碳周圍有四對成鍵對、沒有孤對;盡量彼此遠離時,它們指向四面體的四個頂點,鍵角為 109.5 度。氨 NH3 中氮周圍有三根鍵加一對孤對;孤對把鍵擠得更靠近,得到三角錐形,H-N-H 鍵角約為 107 度。

四個電子區域呈四面體;一對孤對(NH3)把鍵角擠得更小。

VSEPR 預測的是電子區域的排布;但所命名的形狀只指原子的位置,忽略孤對。水有四個區域,電子排布上是四面體,但分子被稱為彎曲形。

又稱
valence-shell electron-pair repulsionGillespie-Nyholm theoryVSEPR 理论VSEPR 理論