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第10章化學鍵II：分子構形與混成軌域

化學

任課教師：顏明賢

第十章

化學鍵分子構形與混成軌域

崑山科大材料工程系


崑山科大材料工程系 2

本章內容

10.1 分子構形

10.2 偶極矩

10.3 價鍵理論

10.4 原子軌域的混成

10.5 雙鍵與參鍵分子的混成作用

10.6 分子軌域理論

10.7 分子軌域組態

10.8 非定域分子軌域



10.1 分子構形

分子構形是分子中原子的三度空間配置，中心原子周圍的電子數，則能簡單地預測分子的構形。此種探討分子構形的方式稱為價層電子對排斥(VSEPR)

模型。電子對的排列方式是為了減少其間的排斥力。

VSEPR模型規則：

1. 雙鍵及參鍵之間的電子對可視同單鍵。

2. 若分子有兩種以上的共振結構，將VSEPR應用在任何一種即可，且不必顯示形式電荷。

排斥力依下列次序遞減：

孤對與孤對＞孤對與鍵結對＞鍵結對與鍵結對



應用VSEPR模型的原則

先畫出分子的路以士結構。

求出中心原子的孤對及鍵結對數目，多重鍵

視同單鍵。

參考表10.1及表10.2，預測電子對的配置。

預測鍵角。注意，孤對電子的排斥力比鍵結

電子的排斥力大。



10.2 偶極矩

偶極矩(dipole moment,μ) ，單位為D：

μ ＝Q × r

1 D＝3.336 ×10-30 C · m ，C為庫侖，m為公尺。

具有偶極矩的分子，稱為極性分子；沒有偶

極矩的分子，稱為非極性分子。



極性分子的行為



CO2分子的極性



順、反二氯丁烯的極性



BF3和CH2Cl2的的電子密度



10.3 價鍵理論

描述共價鍵的形成及分子的電子結構。量子

力學發展出兩種理論：

1. 價鍵理論 VB：假設分子中的電子都填入個別

原子的原子軌域，此理論保存了在鍵結中的個

別原子特性。

2. 分子軌域理論 MO：假設原子軌域可經線性組

合形成分子軌域。



原子軌域重疊理論用在分子共價鍵的形成



10.4 原子軌域的混成

sp3 混成

C的軌域圖：

將2s軌域的1個電子提升至2p軌域：

碳原子的2s軌域與三個2p軌域混合，可形成四

個等效的混成軌域：



sp3混成軌域分子



sp混成軌域

VSEPR 預測 BeCl2 為線形分子：

基態Be原子的2s軌域填滿，不能與Cl形成共

價鍵，必須將1個2s電子提升至2p軌域。



sp混成軌域



Sp2 混成軌域

VSEPR模型預測 BF3為平面分子。B的軌域

圖為



Sp2 混成軌域



Sp2 混成軌域的分子



綜合上述對混成軌域的敘述，可歸納如下：

混成的觀念不適用於單獨原子，僅適用於解釋共

價鍵。

混成軌域是混合不同的軌域，故不是純原子軌域。

混成軌域的數目等於混合的純原子軌域數目。

電子的提升需要能量，形成鍵結後可釋出更多的

能量。

多原子分子的共價鍵是由混成軌域與另一個原子

的混成軌域或未混成軌域之重疊形成。



原子軌域混成的過程

1. 畫出分子的路以士結構。

2. 使用VSEPR模型預測電子對的配置。

3. 比對電子對的配置及表10.4的混成軌域，

推論中心原子的混成方式。



s、p與d 軌域混成

SF6 分子中S為s p3d2 混成。S原子的基態電

子組態為 [Ne]3s2 3p4：

將3s、三個3p及兩個3d 軌域混合，形成六

個s p3 d2 混成軌域：



SF6分子



10.5 雙鍵與參鍵分子的混成作用



10.6 分子軌域理論

依照VB理論所述，所有的電

子都配對成雙，分子應為逆

磁性，然而實驗卻顯示氧分

子具有順磁性可被磁鐵吸引，

表示O有未配對電子。



磁性及其他的性質可以量子力學的另一種理

論解釋，此理論稱為分子軌域理論。

鍵結原子的原子軌域互相作用鍵結與反鍵結

軌域。



10.7 分子軌域組態

形成的MO數目等於組合前的原子軌域數目。

鍵結軌域愈穩定，對應的反鍵結軌域愈不穩定。

電子填入MO時，依能階由低至高順序填入。

依庖立不相容，MO 最多容納自旋相反2個電子。

當電子填入能階相同的軌域時，依罕德定則，最

穩定的配置為電子的自旋平行。

MO的電子數目等於鍵結原子的所有電子數。



第二週期元素同核雙原子的分子軌域

Li2 電子組態為

C2 電子組態為

O2 電子組態



10.8 非定域分子軌域

有些分子的性質無法使用單一結構解釋，例

如O3的共振結構，在此介紹分子軌域的解決

方式。

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