p區元素(三):鹵素與惰性氣體
鹵素互化物(ClF3、IF7)
既然鹵素這麼渴望電子,那當兩種不同的鹵素相遇時會怎樣?它們會互相成鍵,形成鹵素互化物——由一個較大、電負性較低的鹵素居中,外面環繞著一個或多個較小、電負性較高的鹵素(通常是氟)。通式為 XYn,其中 n 取 1、3、5 或 7,中心原子帶奇數的正氧化態。
以三氟化氯 ClF3 為例。氯是中心原子,被氧化到 +3;三個氟原子向外成鍵,氯自身保留兩對孤對電子,共有五個電子區域,於是呈現出著名的彎曲 T 形(兩對孤對電子佔據赤道位置)。它是已知最猛烈的氧化劑之一——能點燃玻璃、沙子和石棉,曾被研究當作火箭燃料。極端的一頭是七氟化碘 IF7:只有大塊頭的碘原子才大到足以在周圍容納七個氟,排成五角雙錐的籠形,碘處於它最高的 +7 氧化態。規律很清楚——只有較大的中心鹵素才能支撐高配位數,因為它們既有空間,又有可用的更高氧化態。
鹵素互化物的意義在於,它們是無機化學中最強的氟化劑和氧化劑之一,可用來製備氟化物;像 BrF3 還可作非水的電離性溶劑。它們也極好地演示了價層電子對互斥(數清成鍵對和孤對,預測形狀)。一句老實的更正:舊說法稱氯原子「動用空 d 軌道擴展八隅體」來鍵合五個或七個原子,如今被認為大體上是錯的——這些超價分子的成鍵更應該用帶三中心相互作用、高度極性、部分離子性的分子軌道圖像來描述,d 軌道至多只起很次要的作用。
ClF3 中氯周圍有三對成鍵電子和兩對孤對電子;價層電子對互斥把兩對孤對都放在赤道平面上,於是分子是扭曲的 T 形,而非平面三角形。
數清成鍵對與孤對,便能用價層電子對互斥預測出 ClF3 的 T 形。
「靠 d 軌道擴展八隅體」的說法如今被認為大體不對;超價的鹵素互化物更適合用帶很強極性的三中心/分子軌道成鍵來解釋。
又稱
另見