价层电子对的几种计算方法.docx

在计算价层电子数时,可以有多种物理模型供选用在常用的化学教材或教学参照资料中，可以看到有3种其间有明显不同的计算价层电子对数目的模型，产生3类不同的措施一)元素种类法元素种类法的特点在于,对非过渡系ABｍ型分子来说，用配原子的种类来拟定它向中心原子提供的价层电子数它规定:当Ｈ及卤原子作配原子时,每个配原子向中心原子提供1个价层电子;而当O、Ｓ原子作配原子时，它们都并不向中心原子提供价层电子;而当N原子作配原子时,它不仅不向中心原子提供价层电子,反而要从中心原子拉走１个价层电子如对SＯ2分子中心S原子有6个价电子，而作为配原子的Ｏ原子并不向中心原子提供电子,S的价层电子数仍为6，价层电子数对为３因此,S原子的电子云呈三角形分布S原子位于三角形的中心附近,电子云分别指向三角形的三个顶点考虑到３个电子云,只有２个与O原子结合,另1个被孤电子对占据，分子应当为角型二）电子式法]电子式法则是用分子的点电子式中，电子对及电子组的数目,来拟定中心原子的价层电子对数它规定:中心原子周边的电子对(涉及成键电子对和孤电子对）及电子组数（双键的4个电子、或叁键的6个电子,都只能算是1个电子组）之和，就是中心原子的价层电子对数。

如对SＯ2分子根据八隅体原则写出电子式（如左下图)后，可以看出S原子上方有1孤电子对、与右侧O原子结合用了１电子对、与左侧O原子结合用的是4个电子（双键)——为１个电子组这样，属于中心原子的电子对数为１、孤电子对数为1、电子组数为１，合计为3因而价层电子对数为3 与元素种类法的判断成果相似电子式法与元素种类法的另一种区别是，在电子式法中没有可以成单的价层电子数的概念最小的单位也是1个价层电子对                                   (三) 构造式法构造式法与另两个措施的区别在于，对非过渡系元素构成的分子来说，用构造式中共价键的性质不同，来拟定有关配原子向中心原子提供的价层电子数它规定:以单键与中心原子结合的配原子,向中心原子提供1个价层电子;以双键与中心原子结合的配原子，不向中心原子提供价层电子;以叁键与中心原子结合的配原子，不仅不向中心原子提供价层电子，反而要从中心原子拉走1个价层电子如对COCⅠ２分子根据氧化数或化合价写出构造式(如右上图）后，可以看出: Ｏ原子以双键与C原子结合,因此它不向中心原子提供价层电子；ＣⅠ原子以单键与Ｃ原子结合,每个CⅠ要向中心原子提供１个价层电子。

C的价层电子数就是自己原有的价电子数４，加上2个CⅠ提供的２个电子,总数为6其价层电子对数为3也与元素种类法的判断成果相似构造式法及电子式法的长处在于，可以比较容易地把价层电子对互斥理论的合用范畴，扩大到有多种中心原子的分子如根据化合价把HSCＮ的构造式写为H－S-C≡Ｎ将S原子看作中心原子时，S原子原有的价电子数为6、以单键与其结合的H原子向其提供１个电子、以单键与其结合的C原子也向其提供1个电子，这样S原子的价层电子数为8，原子为杂化sp３H-S－C的键角约为109.5°把C原子作为中心原子时,C原子原有的价电子数为4、以单键与其结合的S原子向其提供1个电子、以叁键与其结合的N配原子反而从它那里拉走1个电子，这样中心原子C的价层电子数还是4,为sp杂化因此S-C-N的键角为18０°、三个原子构成一条直线而H原子不在S－C-N所构成的直线上二、元素种类法与总配位数式的统一[１]总配位数式是分子构成与构造间固有规律的体现,可以以便地用于由分子的构成来判断其构造而价层电子对互斥理论，也是用于从分子构成来判断构造的因此两者间一定会有某种联系可以证明,价层电子对互斥理论只但是是总配位数式的另一种体现形式而已。

由总配位数式导出价层电子对互斥理论的元素种类法,是十分容易的:对非过渡元素原子构成的AＢｍ型分子来说，总配位数式可以写为( I – 6m ） /　2 ＝Σ……（1)其中Ｉ为分子的价电子总数(分子中所有原子的价电子数之和)，m为分子中的配重原子(配原子、且是重原子）数，Σ为总配位数,即杂化轨道数当Σ=２时，中心原子为ｓp杂化,其两个ｓp杂化轨道为直线型分布；当Σ=3时,中心原子为sｐ2杂化，三个sp2杂化轨道分别指向平面三角形的3个顶点；当Σ=4时，中心原子为sp3杂化,四个sp3杂化轨道分别指向四周体的4个顶点；当Σ＝5时，中心原子为sp3d杂化，五个sｐ３d 杂化轨道分别指向三角双锥的5个顶点；当Σ=6时,中心原子为sp３ｄ2杂化,六个sp3d2杂化轨道分别指向八面体的6个顶点.这就是总配位数反映出来的分子构造信息懂得了某分子的配重原子数，及其价电子总数，对ＡBm型分子来说,为简化计算(式（1）中尚有bm项）,可以令中心原子Ａ的价电子数为ａ,配重原子Ｂ的价电子数为b,则Ｉ = a + bｍ将其代入式（1)后就有总配位数式的另一体现形式：     ……（2)如果将总配位数Σ,改称为价层电子对数。

这样２Σ就成了价层电子数a ＋ (b – 6）ｍ  ＝　2Σ……（３）式(3)可以被解读为：在计算中心原子的价层电子数时，中心原子的价电子数(a）要如数计入；而每个配原子(价电子数为b)所奉献的价层电子数仅是(b – 6)这就是所谓的元素种类法的“实质”,是在元素种类法中“氧配原子不提供电子”的“因素”由此看来,价层电子对互斥理论实际只是总配位数式的另一种体现形式而已三、电子式法与总配位数式的统一由上面的分析不难看出，所谓的用元素种类来拟定其提供的价层电子数，实际是采用了另一种措施来计算总配位数，来拟定中心原子的杂化类型价层电子对互斥理论是无法绕开中心原子杂化类型——这个核心问题的清晰这一点,就不难找到电子式法的“真谛”了人们都懂得,从杂化轨道的使用状况来看，杂化轨道只能用于与配原子成σ键，或被孤电子对占据多数人不会想到,如果有措施先拟定出某中心原子所属的σ键及孤电子对的总数,事实上也就是拟定出了中心原子的杂化类型而电子式法恰恰就是这样做的下面就分析一下“用电子式中，电子对及电子组的数目来拟定中心原子的价层电子对数”这句话的后半段中“电子对”及“电子组”的含义:在电子式中的电子对,事实上有两种不同的存在形式。

一种是位于两个原子之间的、起键连作用的共用电子对，也叫共价单键这种共价单键无例外地都是σ键另一种则是表达某杂化轨道已被两个电子占据的孤电子对对某中心原子来说，属于它的共价单键的数目也许不止1个,孤电子对的数目也也许有多种因此计算“电子对”数目,事实上就是在计算以单键形式存在的σ键数、及孤电子对数之和在电子式中的电子组,事实上也有两种不同的存在形式一种是与共价双键匹配的由４个电子构成的电子组另一种则是与共价叁键匹配的由6个电子构成的电子组而无论在双键、还是在叁键中，都只有1个σ键因此,计算电子组的数目，事实上实在计算,在多重键中存在的σ键的数目这样,计算“电子对及电子组的数目”,就是在计算所有的σ键数、及孤电子对数之和这就是在计算杂化轨道的总数，就是在计算总配位数是在在直击“总配位数式”的核心总配位数式使用的是数学的措施,而电子式法则是借助于电子式来计算杂化轨道的数目电子式法从一种侧面证明，总配位数式才是价层电子对互斥理论的核心四、构造式法与总配位数式的统一构造式法无疑也是在计算所讨论原子的总配位数由于构造式法在计算中心原子的价层电子数时,考虑了中心原子原有价电子数，可以估计构造式法与元素种类法的关联会更密切某些。

与元素种类法比较：其规则“当H及卤原子作配原子时，每个配原子向中心原子提供1个价层电子”从构造式的角度来描述,就是“当配原子以单键与中心原子结合时，配原子要向中心原子提供１个价层电子”由于,“当H及卤原子作配原子时”，配原子都只能以单键的形式与中心原子相连其规则“当O、S原子作配原子时,它们都并不向中心原子提供价层电子” 从构造式的角度来描述,就是“当配原子以双键与中心原子结合时，配原子并不向中心原子提供价层电子”由于，“当O、S原子作配原子时”,配原子都只能以双键的形式与中心原子结合其规则“当N原子作配原子时,它不仅不向中心原子提供价层电子,反而要从中心原子拉走1个价层电子” 从构造式的角度来描述，就是“当配原子以叁键与中心原子结合时，配原子不仅不向中心原子提供价层电子,反而要从中心原子拉走1个价层电子”由于,“当N原子作配原子时”,配原子都只能以叁键的形式与中心原子成键可见，构造式法是在借用元素种类法的成键状况来计算总配位数这也意味着，构造式法是由元素种类法演变而来的,与总配位数式也是一致的虽然构造式与电子式有相通之处，但在计算价层电子数时,两者间并无直接的演变关系这也使我们想到,在用构造式法来判断某原子的杂化类型时，要特别注意构造式的来源。

由于构造式也许从两个不同的途径而得到一种是由电子式改写出来，另一种则是用化合价匹配来获得两者的形式有也许不同如对SO２分子，由电子式得到构造式（如下左图）其中，有1个S＝O双键、１个是Ｓ原子单方面提供电子对给O原子的σ配键这会给价层电子数的计算带来一定的麻烦由其中心Ｓ原子化合价为＋4,也可以得到一种构造式(如下右图),其中有2个双键(由化合价写出的构造式中不会有配键)用这一构造式来计算价层电子数则很以便                            在使用构造式法来拟定价层电子数时,要注意到这一构造式来源不同的区别。