化学键与分子形状

奇电子分子

八隅体规则和路易斯结构都悄悄假设电子成对出现。但有些完全真实的分子,电子总数为奇数,于是无论你怎么画,至少都会剩下一个未成对电子。这些奇电子分子,或称自由基,根本无法让每个原子都凑出整齐的八隅体,它们说明成对只是一种倾向,而非铁律。

一氧化氮 NO 是教科书式的例子:氮提供五个价电子、氧提供六个,共十一个,是奇数。无论你画出怎样最佳的路易斯结构,都会剩下一个未成对电子,落在氮上。二氧化氮 NO2(17 个价电子)和二氧化氯 ClO2 是另外的例子。由于这个孤零零的未成对电子,奇电子分子是顺磁性的——会被磁场吸引——而且通常非常活泼,急于通过与别的物种反应或发生二聚来把游离电子配对(NO2 部分二聚成 N2O4,把电子配对在一根 N-N 键中)。

奇电子物种在大量真实化学中举足轻重:NO 是体内的信号分子,也是大气和燃烧化学中的关键角色,而 NO2 和其他自由基则驱动空气污染和烟雾的形成。简单的路易斯图景应付它们很吃力,但分子轨道理论能自然地处理这个未成对电子——它只需把那一个电子放进适当的分子轨道即可。

NO 有 11 个价电子。没有任何路易斯结构能把它们全部配对,所以总有一个未成对;这使 NO 具有顺磁性且活泼,也解释了为什么 NO 很容易失去那个电子,形成稳定的亚硝鎓离子 NO+,后者有一根干净的三键。

奇数电子意味着 NO 中不可避免地存在一个未成对电子。

拥有未成对电子并不等同于不稳定:NO 是一种稳定的气体。自由基之所以活泼,是因为那个未成对电子在寻找搭档,但活泼性与稳定性是两个不同的概念。

又称
free radicalsradicals自由基自由基