一級結(jié)構(gòu)普通化學(xué)輔導(dǎo):化學(xué)鍵,分子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)常見問題
時(shí)間:2009-08-01 06:04:00 來源:中國注冊結(jié)構(gòu)師考試網(wǎng) [字體:小 中 大]答:這個(gè)問題提得很好——或許很多同學(xué)都有類似的疑問。
關(guān)于軌道的雜化,一般認(rèn)為能量相近的原子軌道才能參與雜化。但是能量并不是決定的因素,所形成的分子的對稱性(關(guān)于對稱性的問題在此就不能展開了)對于參與雜化的軌道的選擇一樣會(huì)有影響,所以隨著課程的深入,您將會(huì)發(fā)現(xiàn)不光有s-p-d(如3s、3p、3d)類型的雜化,還有d-s-p(如3d、4s、4p)類型也可以雜化,結(jié)果無非都是為了形成一定對稱性的分子結(jié)構(gòu)。
另外我必須提醒大家,雜化軌道理論往往是經(jīng)驗(yàn)性的——本質(zhì)上是先有物質(zhì)的結(jié)構(gòu),后有雜化軌道理論——雜化軌道理論的提出,目的是為了解釋某些物質(zhì)結(jié)構(gòu),至于實(shí)際形成分子的過程中是否真的經(jīng)過“雜化”這一過程我們不得而知了(至少到目前還只是個(gè)假想過程)。
2. 雜化理論中能量相近的才能雜化,是或同層之間?在C2H2中2個(gè)pi鍵能量相同?
答:Pauling通過對大量分子結(jié)構(gòu)的總結(jié)后提出雜化軌道理論。該理論規(guī)定:能量相近的軌道才能發(fā)生雜化。其中能量是重要因素。我們知道,影響體系能量的因素除參與雜化的軌道能量之外,也包括中心原子周圍配體的排布情況。
因此,C2H2中的兩個(gè)C采用sp雜化,雜化后生成兩個(gè)sigma鍵,剩余兩個(gè)p電子生成兩個(gè)pi鍵。兩個(gè)pi鍵是等價(jià)的。
3. 關(guān)于共價(jià)鍵的幾種理論是統(tǒng)一的還是互斥的?苯的結(jié)構(gòu)該用共振還是大pi鍵解釋?
答:實(shí)際上化學(xué)鍵的概念建立以后,也在不斷發(fā)展的完善。
傳統(tǒng)的“化學(xué)鍵”是定域在某兩個(gè)原子之間的。隨著人們認(rèn)識的深化,發(fā)現(xiàn)化學(xué)作用并不僅存在于兩兩原子之間,即電子是離域的,這就有悖于傳統(tǒng)化學(xué)鍵的概念—— 在舊的理論出現(xiàn)問題,而新的理論還沒有被提出或者沒有被廣泛接受之前,人們還是更樂意于采用“折衷”的方案:對原有理論進(jìn)行修正!獩r且傳統(tǒng)化學(xué)鍵理論有其合理的成分,比如圖象往往清晰而且直觀,為化學(xué)家們所熟悉,化學(xué)家們都樂于采用。
正是在這種情況下,Pauling提出了“共振論”——試圖以定域的電子圖象來解釋本質(zhì)上是“電子離域”的問題(因?yàn)楫?dāng)時(shí)還沒有電子離域的概念)。
等到人們認(rèn)識了電子離域這一現(xiàn)象的普遍性,才提出了“大Π鍵”的概念,合理的解釋了離域電子的問題,有助于完善價(jià)鍵理論(這是對化學(xué)鍵概念的深化)。
所以對于苯的結(jié)構(gòu)用大Π鍵解釋就更合理一些——不過我們也要看到無論是共振論,還是這種“離域鍵”的概念,初衷都是一樣的,差別在于對同一個(gè)問題進(jìn)行描述的角度不同。
當(dāng)然如果從分子軌道理論(MO)的角度考慮,分子中所有電子本質(zhì)上都是離域的——這個(gè)方法在現(xiàn)有處理分子的手段中是嚴(yán)格的。(只是用這種方法往往不能非常直接地得到原來那種有確定結(jié)構(gòu)的分子圖象)
4. 我們在課上既學(xué)過由晶格能判斷離子晶體熔點(diǎn),也講了由離子極化來考慮,可兩者的判斷標(biāo)準(zhǔn)似乎是相反的,因?yàn)檎x子電荷越高,半徑越小,則形成晶體晶格能越大,熔點(diǎn)應(yīng)升高,可同時(shí)其極化能力也越大,向分子晶體過度,熔點(diǎn)又似乎應(yīng)減小,請問應(yīng)如何綜合考慮這兩方面來進(jìn)行判斷呢?謝謝!
答:晶體的晶格能與正負(fù)離子的電荷成正比,與正負(fù)離子的距離成反比。因此當(dāng)我們看教材中表12.1時(shí),可以得到與離子極化相同的結(jié)果。
注意:離子極化通常是比較相同陽離子的化合物或相同陰離子的化合物,這樣才能得到有規(guī)律的結(jié)果。
5. 請問:
如果對一個(gè)分子用分子軌道理論(離域PI鍵)分析
是否就不用考慮八隅體規(guī)則了?
答:分子軌道不考慮Lewis結(jié)構(gòu)。特別對于離域電子體系,我們不能確定電子究竟屬于誰。
6. 我們課本(《普通無機(jī)化學(xué)》)中在寫出分子結(jié)構(gòu)時(shí)都沒有標(biāo)出配位鍵,算不算是正確地應(yīng)用價(jià)鍵理論呢?
答:嚴(yán)格地講,應(yīng)當(dāng)標(biāo)出配位鍵的方向。但是的確很多教材都只用一個(gè)短線而不用箭頭。我們認(rèn)為這兩種表示都是對的。
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