价层电子对互斥理论

第7讲价层电子对互斥理论根据预习里已经学习的内容，你发现常见分子或者离子的空间构型可以通过记忆获取。

但是，分子或者微粒的种类数目有许许多多，陌生微粒的空间构型应该如何推断呢？1．价层电子对互斥理论(VSEPR)分子中的价层电子对包括σ键电子对和中心原子上的孤电子对，由于电子对的相互排斥作用，而趋向尽可能彼此远离，分子尽可能采取对称的立体构型，以减小斥力。

2．价层电子对的确定方法(1)a 表示中心原子的价电子数。

对主族元素：a ＝最外层电子数； 对于阳离子：a ＝价电子数－离子电荷数； 对于阴离子：a ＝价电子数＋|离子电荷数|。

(2)x 表示与中心原子结合的原子数。

(3)b 表示与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，氢为1，其他原子＝8－该原子的价电子数。

3．VSEPR 模型预测分子或离子的立体构型 (1)中心原子上的价电子都用于形成共价键的分子讲义一、导入二、知识讲解知识点1 价层电子对互斥理论平面三角形正四面体形(2)中心原子上有孤电子对的分子对于中心原子上有孤电子对(未用于形成共价键的电子对)的分子，中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间，并互相排斥使分子呈现不同的立体构型。

VSEPR模型与分子的立体构型不一定一致，分子的立体构型指的是成键电子对的立体构型，不包括孤电子对(未用于形成共价键的电子对)。

两者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对，当中心原子上无孤电子对时，两者的构型一致；当中心原子上有孤电子对时，两者的构型不一致。

三、例题精析【教学建议】此处内容主要用于教师课堂的精讲，每个题目结合试题本身、答案和解析部分，教师有的放矢的进行讲授或与学生互动练习。

例题11．用价层电子对互斥理论判断SO3的分子构型为()A．正四面体形B．V形C．三角锥形D．平面三角形解析：选D SO3中S原子的价层电子对数为3，其全部用于形成共价键，S原子周围有3个氧原子，属于平面三角形。

例题22．连线题。

7.3.3 价层电子对互斥理论（VSEPR）1940年由西奇维克（N.V.Sidgwick）提出的价层电子对互斥理论，可以相当成功地简便地判断许多共价型分子的几何构型。

1．分子几何学分子的形状或分子内某个部位的形状（几何构型），对于化学反应致关重要，也与其物理性质密切相关。

知道分子的几何构型，就可以确定其对称类型，这对简化近似求解体系的波函数也很重要。

研究分子构型的学科叫分子几何学。

（1）几何构型与分子设计。

人接触路易氏毒气后，皮肤严重烧伤，肺和支气管迅速遭到损害，最终导致死亡。

原因是毒剂破坏了人体内含硫酶的生物活性。

英国人在可能遭到路易氏毒气袭击前就研制了一种具有特定结构和电子密度分布的解毒剂，它可以和砷形成稳定的配合物。

另外，失能剂的设计、催化剂的设计，以及在超分子中分子间的识别、自组装等都有分子几何构型匹配的问题。

（2）分子几何构型与气味。

有人将气味分成七种类型，即樟脑型、醚型、花香型、麝香型、薄荷型、辛辣型及腐臭型。

其它气味则是两种或几种气味的混合。

每种气味都与人的嗅觉系统中适当形状的神经末梢的感受器相适应。

例如六氯乙烷和环辛烷组成不同，但分子形状相似，都能与一个半球形感受器相匹配，因而都有樟脑型气味。

（3）分子几何构型与对称性。

甲烷是气体，易燃；而四氯化碳是液态，阻燃。

但是由于它们具有相同的四面体构型（相同的对称性），因此它们都是非极性分子，都没有旋光性等。

互为镜像的对应异构体往往也具有不同的性质。

如四嘧唑（驱虫灵）只有左旋的有药物作用，而右旋的没有。

农药、抗癌药物也有同样情况。

通过考察分子的成键过程后，不难发现分子的几何形状是与分子的电子结构相对应。

因此，尽管分子的几何形状千差万别，但都能从其内部的电子结构和分子中原子间相互作用找到根据。

价层电子对互斥理论就是讨论如何预测和研究分子的静态构型。

2．价层电子对互斥理论（1）价层电子对互斥理论的基本要点：价层电子对互斥理论认为，在一个多原子共价分子中，中心原子周围配置的原子或原子团（一般称之为配位体）的相对位置，主要决定于在中心电子的价电子层中电子对的互相排斥，它们（在保持与核一距离的情况下）趋向于尽可能的远离，使斥力最小，分子最稳定。

价层电子对互斥理论——一种快速判断分子和离子构型的方法分子中的价电子对（包括成键电子对n，和孤电子对m）由于相互排斥作用，尽可能趋向彼此远离以减小斥力。

【注意】如果分子中存在孤对电子对，由于孤对电子对比成键电子对更靠近原子核，它对相邻成键电子对的排斥作用较大，因而使相应的键角变小。

价电子对数计算(1)价电子对数=成键电子对n+孤对电子对m(2)成键电子对n=与中心原子成键的原子个数(3)孤电子对m=(中心原子价电子数-与中心原子结合的原子未成对电子数和)/2(4)阳离子在分子上减去所带电荷数阴离子在分子上加上所带电荷数2价电子对数与杂化轨道空间构型关系推断分子空间构型的具体步骤⑴、先确定中心原子的价层电子对数，再确定杂化轨道的空间构型n=2 直线形n=3 平面三角形n=4 正四面体⑵、确定中心原子的孤对电子对数，推断分子的空间构型。

①若孤电子对数为0，则分子的空间构型和杂化轨道的空间构型相同②若孤电子对数不为0，则分子的空间构型和杂化轨道的空间构型不同。

分子CO2 BeCl2 BF3 CH4 HeO2 NH3价电子对数 2 2 3 4 4 4杂化轨道构型直线型直线型正三角形正四面体正四面体正四面体有无孤对电子无无无无有有分子空间结构直线形直线型平面三角形正四面体V型三角锥型推断离子空间构型的方法方法同分子空间构型的确定。

区别在于算中心原子价电子对数时，正离子应减去电荷数,负离子应加上电荷数。

ABm型分子（或离子）空间构型对于ABm型分子（A是中心原子，B是配位原子），分子中的价电子对数可以用下式计算：n=（中心原子的价电子数+每个配位原子提供的价电子数×m）/2价电子对数目为2、3、4时，价电子对的几何分布分别呈直线形、平面三角形、正四面体构型。

注意：①中心原子的价电子数等于中心原子的最外层电子数。

②配位原子中卤素原子、氢原子提供一个价电子，氧原子硫原子按不提供价电子计算，但做为中心原子时提供6个价电子。

价层电子对互斥理论
双价层电子对互斥理论提出了一种新的观点，表明电子是双价的，而不是单价的，即双价层模型是由两个负责一个反应的活性立体复配，整个双价层电子互斥理论给出了一个反应前激子和过渡态之间的立体分子动力学框架，为理解有机分子反应的立体化学提供了基础性的理论支撑。

双价层电子对互斥理论和单价电子理论的核心正在于，电子活性的双价状态是有机反应的一个重要的特征，它们构成“立体复配”，也就是双价层模型，这种差异主要表现在双价层模型的跃迁态过程中的动力学行为上，即每一个轨道状态都只有一个立体结构，而且这两个轨道之间的不对称性也存在。

即使能量有所改变，这种不对称性也不会随之改变。

反应前激子和反应过渡态可以通过这种双轨道立体不对称性来解释，其中重要的是反应中的立体复配。

价层电子对互斥理论使用价层电子对互斥理论（Valence Shell Electron Pair Repulsion Theory）是一种用于推测分子几何形状的理论。

该理论假设电子对在空间中互相排斥，因此分子的几何构型可以通过电子对的排布来确定。

价层电子对是指与原子之间能够形成共价键或孤对电子的电子对。

理论基础：1.电子对之间的排斥力最小化。

同种电子对之间的排斥力较大，不同种电子对之间的排斥力较小。

2.单独的电子对比成对的电子对更容易被其他电子云所靠近。

3.电子对的排布趋向于最大程度的分离。

根据这些原则，我们可以预测分子的排布形态。

分子的电子对排布方式有多种形态，包括线性、平面三角形、平面四边形、平面五边形、笼形、六边形、八面体等。

以氨分子(NH3)为例，氮原子有5个电子，其中3个与3个氢原子形成共价键，剩下的2个是孤对电子。

根据价层电子对互斥理论，孤对电子会占据较大的空间，使得氨分子呈现出一个三角形构型。

再以甲烷(CH4)为例，碳原子有4个电子，与4个氢原子形成共价键。

根据价层电子对互斥理论，这4个电子对会互相排斥，使得甲烷分子呈现出一个正方形构型。

另外一个例子是水分子(H2O)，氧原子有6个电子，与两个氢原子形成共价键，剩下的2个是孤对电子。

根据价层电子对互斥理论，这两个孤对电子会占据较大的空间，使得水分子呈现出一个倾斜的构型。

从上述示例可以看出，通过价层电子对互斥理论，我们可以推测出分子的几何构型，进而推断分子的性质和反应行为。

这为有机化学、无机化学以及生物化学等领域的研究提供了有力的理论基础。

然而，价层电子对互斥理论也有其局限性。

例如在一些分子中，价层电子对排布方式可能不符合预期，这可能是由于额外的电子云效应或分子内相互作用的影响。

此外，该理论只适用于描述小分子的几何构型，对于大分子或者有多个中心原子的分子来说并不适用。

尽管如此，价层电子对互斥理论依然是化学中一项重要的理论工具，为我们理解分子结构和性质提供了实质性的帮助，并促进了分子设计、药物研发以及催化反应等方面的进展。