我们将把注意力放在判断共价多原子分子中原子的三维几何排布的一种方法上面。根据电子对互斥理论,在一个共价分子中,中心原子周围电子对的排布是要使得它们本身之间的静电斥力为最小。当各电子对所占据的位置使彼此之间有最大可能远的距离时,就可以导致斥力最小。根据电子对的互斥而产生的理想几何结构提供在表6-1中。字母M代表分子的中心原子。
1.确定在中心原子M的价电子层中的电子总数。把中心原子原有的价电子数加上其他结合原子提供的与中心原子共用的电子数,就得到电子总数。在正规的共价键中,氢和卤素(周期系第VⅢA族)原子各供给1个共用电子。氧族元素(周期系第VIA族)可以认为不提供电子。当作为分子中的中心原子时,氧和第VIA族各其他元素提供出它们所有的6个价电子,以及卤素(第VLA族)提供出它们所有的7个电子。如果所讨论的物种是一个离子,则应加上或减去离子电荷所需要的电子数,举例来说,对PO2加人3个电子,对NH材离子减去1个电子。最后,用2去除中心原子周围价电子层中的电子总数,就得到电子对的数目。
2.从表6-1中按照中心原子M周围电子对数目选定合适的几何结构。在有奇数电子的情况中,把这个单电子(电子对的一半)也当作电子对来处理。
3.绘出结构图,把相应的原子排在中心原子周围的正确几何外形上,用一对电子把各原子同中心原子连结起来。超过与原子相结合所需要的多余电子对也摆在位置上,把它们叫做孤电子对或自由电子对。如果可能有不止一种结构,应用下述规则往往可以确定出最稳定的结构。
a.仅考虑以最小角度(往往是90°)分隔开的如下几种排斥力:任何2对孤电子对之间的斥力;孤电子对与成键电子对之间的斥力;和2对成键电子对之间的斥力。孤电子对是未参加价键形成的自由电子对。成键电子对是中心原子和另一原子之间的共用电子对。所说的角度是指孤电子对-中心原子一孤电子对角、孤电子对-中心原子一成键电子对角和成键电子对一中心原子一成键电子对角。
举例来说,三氟化氯CF3在三种可能的三角双锥结构中只占一个:
A代表90°°的孤电子对-孤电子对排斥作用;
B代表90°的孤电子对一成键电子对排斥作用;
C代表90°的成键电子对成键电子对排斥作用;
D代表120°的成键电子对成键电子对排斥作用
E代表120°的孤电子对-成键电子对排斥作用。
b.给各结构列出电子对间角度最小(往往是90°角)的排斥作用的数目:
(1)孤电子对-孤电子对排斥作用这种排斥作用有最大的排斥力,会造成最低的稳定度。
(2)孤电子对一成键电子排屏作用,排斥力处于中间状态。
(3)成键电子对一成键电子对排斥作用;排斥力最小。
C.一种结构如果它的最小角度的孤电子对一孤电子对排斥作用数目最少,它就是最稳定的结构,可以给分子选定这个结构。如果还有不止一种结构,选定孤电子对一成键电子对排斥作用最少的结构。如果还存在不止一种结构,选定成健电子对一成键电子对排斥作用最少的结构。有的时候做到了所有上述手续之后,还会剩下不止一种结构。在这种情况下,前述的规则就不足以确定在剩下的结构间的稳定度差别了。不过在大多数情况中,使用上述规则是能够描绘出哪一种结构是最稳定。的。