化學鍵與分子形狀

奇電子分子

八隅體規則和路易斯結構都悄悄假設電子成對出現。但有些完全真實的分子,電子總數為奇數,於是無論你怎麼畫,至少都會剩下一個未成對電子。這些奇電子分子,或稱自由基,根本無法讓每個原子都湊出整齊的八隅體,它們說明成對只是一種傾向,而非鐵律。

一氧化氮 NO 是教科書式的例子:氮提供五個價電子、氧提供六個,共十一個,是奇數。無論你畫出怎樣最佳的路易斯結構,都會剩下一個未成對電子,落在氮上。二氧化氮 NO2(17 個價電子)和二氧化氯 ClO2 是另外的例子。由於這個孤零零的未成對電子,奇電子分子是順磁性的——會被磁場吸引——而且通常非常活潑,急於通過與別的物種反應或發生二聚來把游離電子配對(NO2 部分二聚成 N2O4,把電子配對在一根 N-N 鍵中)。

奇電子物種在大量真實化學中舉足輕重:NO 是體內的信號分子,也是大氣和燃燒化學中的關鍵角色,而 NO2 和其他自由基則驅動空氣污染和煙霧的形成。簡單的路易斯圖景應付它們很吃力,但分子軌道理論能自然地處理這個未成對電子——它只需把那一個電子放進適當的分子軌道即可。

NO 有 11 個價電子。沒有任何路易斯結構能把它們全部配對,所以總有一個未成對;這使 NO 具有順磁性且活潑,也解釋了為什麼 NO 很容易失去那個電子,形成穩定的亞硝鎓離子 NO+,後者有一根乾淨的三鍵。

奇數電子意味著 NO 中不可避免地存在一個未成對電子。

擁有未成對電子並不等同於不穩定:NO 是一種穩定的氣體。自由基之所以活潑,是因為那個未成對電子在尋找搭檔,但活潑性與穩定性是兩個不同的概念。

又稱
free radicalsradicals自由基自由基