紙上是平的，現實裡卻不是
路易斯結構是平的——它活在紙上。可真實的分子漂浮在三維空間裡，它的各個原子彼此之間保持著確定的角度。這種在空間中的排佈，就是分子的分子幾何構型，而它絕不是一句腳註。形狀決定了一個分子是不是極性的、它能不能插進某種酶的鎖孔、一種藥管不管用、一種氣味聞不聞得到。兩個原子相同但形狀不同的分子，表現起來可能像徹底的陌生人。
那麼，不進實驗室，我們怎麼預測形狀呢？了不起的是，一個樸實的想法就能完成大部分工作。它叫VSEPR 理論——價層電子對互斥理論——儘管名字一長串，背後的想法簡單到能講給小孩聽。
電子討厭擠在一起
整個秘密就一句話：中央原子周圍的一團團電子全都帶負電，於是它們互相排斥，盡可能地把彼此推得越遠越好。就這麼簡單。分子的形狀，無非就是那個能讓這些電子團彼此分得最開的排佈。
一個「電子團」可以是單鍵、雙鍵、三鍵，也可以是孤對——在確定基本幾何構型時，VSEPR 把這些每一種都只算作一團。數一數中央原子周圍有幾團，形狀幾乎就自己畫出來了。
數團團的食譜
- 畫出路易斯結構，把注意力放在中央原子上。
- 數它的電子團：每一根鍵（無論單、雙、三鍵）算一團，每一對孤對也算一團。
- 兩團 → 直線形（180°）。三團 → 平面三角形（120°）。四團 → 四面體（約 109°）。
- 現在只看原子（無視孤對）來給看得見的形狀命名。孤對看不見，但它照樣在推。
我們拿水來檢驗一下。氧有兩根 O–H 鍵和兩對孤對——加起來四個電子團，所以這些團排成一個四面體。但我們只看得見那兩個氫原子，於是分子看上去是彎的，夾角接近 104°。那兩對看不見的孤對正是把分子掰彎的元兇——它們比成鍵對推得更狠，把 H–O–H 夾角從理想的 109° 擠了下來。
形狀決定極性
現在到了回報的時刻。還記得每一根極性鍵都帶一支小箭頭——它的偶極——指向更貪的那個原子嗎？整個分子是不是極性的，取決於這些箭頭會不會互相抵消，而抵消與否，完全由形狀說了算。同樣的鍵，形狀不同，結果就相反。
比一比二氧化碳和水。CO₂ 有兩根極性的 C=O 鍵，但它是直的（直線形），於是兩支箭頭正好指向相反方向、彼此抵消——整個分子整體上不帶極性，這也是為什麼它不像你猜的那樣容易溶解。水有兩根同樣極性的 O–H 鍵，但它是彎的，於是箭頭不是抵消而是部分相加——水帶強極性。兩者都有兩根極性鍵；它們的形狀卻給了它們相反的極性結局。