化学键与分子形状

分子几何构型

分子不是纸上一幅平面涂鸦;它是原子在三维空间中的真实排列,有确定的角度和距离。分子几何构型就是这种真实形状的名称——分子是直线形、弯曲形、平面三角形、三角锥形,还是更复杂的样子。形状不是无关紧要的外观细节:它支配着极性、活性、分子如何堆积和契合,在生物学中甚至决定一个分子能否发挥作用。

几何构型由中心原子周围有多少成键对和孤对决定(即 VSEPR 的电子区域数)。一些标准名称:两个区域呈直线形(CO2、BeCl2);三个呈平面三角形(BF3),若带一对孤对则呈弯曲形(SO2);四个呈四面体形(CH4)、三角锥形(NH3,一对孤对)或弯曲形(H2O,两对孤对);五个呈三角双锥形(PF5),随着孤对取代键,依次为跷跷板形(SF4)、T 形(ClF3)和直线形(XeF2、I3-);六个呈八面体形(SF6)、四方锥形(BrF5)和平面正方形(XeF4)。形状始终只描述原子的位置,名称中看不见孤对,尽管它们帮助决定了角度。

分子几何构型是绘制路易斯结构、应用 VSEPR 之后的成果,在无机化学中无处不在。水的弯曲形状赋予它净偶极,因而具有非凡的溶剂能力;磷酸根和硫酸根的四面体形状是它们在生物和矿物中作用的根源;某些 d8 配合物(如顺铂)的平面正方形几何,正是这种药物得以紧抓 DNA 的原因。把几何构型弄对,大量化学结论就随之而来。

SF4 的硫周围有五个电子区域:四根 S-F 键和一对孤对。孤对占据三角双锥的赤道位置,于是原子勾勒出一个独特的跷跷板形,而非对称的形状。

把三角双锥的一根键换成孤对,就得到 SF4 的跷跷板形。

几何构型的名称只指原子的位置,所以电子排布和形状可能有不同的名称:水的电子排布是四面体,但因为我们忽略两对孤对,它被描述为弯曲形。

又称
molecular shapemolecular structure分子形状分子形狀