化学键与分子形状
超价(扩展八隅体)
/ HY-per-VAY-len-see /
如果八隅体规则说八个电子是神奇的数字,那么为什么 SF6 里的硫能安然居于六根键的中心、被十二个电子环绕?中心原子看上去拥有超过八个价电子的分子,被称为超价物种,或扩展八隅体物种。它们在第三周期及更下方很常见——磷、硫、氯、氙——出现在 PF5、SF6、ClF3、XeF4 这类化合物中。
旧教科书的解释是:这些较重的原子借用它们空着的 d 轨道,为多余的电子对腾出空间(sp3d、sp3d2 杂化)。这种说法如今被认为基本不正确:高水平计算表明 d 轨道能量太高,贡献很小。现代而诚实的图景是成键是离域的——用分子轨道理论描述的三中心四电子键,让中心原子主要靠它的 s 和 p 轨道就能抓住几个电负性很高的邻居(通常是 F、O 或 Cl),成键电子对分布在两个以上的原子上。路易斯点式仍然数得硫周围有十二个电子,但并没有十二个电子真的靠 d 轨道挤进一个小原子的价层里。
超价之所以重要,是因为较重 p 区元素的化学实际上就是这样运作的:硫酸、磷酸盐、高氯酸盐、稀有气体氟化物以及无数无机试剂都涉及扩展八隅体的中心。它也解释了为什么超价在小小的第二周期原子上很罕见(氮永远做不出 NF5):无论 d 轨道的说法如何,它们都太小,塞不下五个或六个体积庞大的邻居。
六氟化硫 SF6 有六根 S-F 键,呈八面体形状。按路易斯方式数,硫周围有十二个电子——一个扩展的八隅体——但这个分子如此稳定且惰性,以至于被用作电气绝缘气体。
SF6:纸面上硫周围有十二个电子,实际上是离域成键。
不要说超价是靠 d 轨道实现的——那个经典解释如今被认为基本错误。现代理论把它归因于主要使用 s 和 p 轨道的离域三中心四电子成键。
又称
另见