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A-level 化學/OCR (Salters)/分子幾何

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分子的形狀 是 化學理念 中第 3.3 節的標題，它涵蓋了分子幾何結構 的主題。

介紹性示例

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甲烷分子

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  • dot-cross diagram
    點交叉圖
  • bond-line diagram
    鍵線圖
  • ball-and-stick model
    球棍模型

氨氣分子

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  • dot-cross diagram
    點交叉圖
  • bond-line diagram
    鍵線圖
  • ball-and-stick model with lone pairs displayed
    顯示孤對電子的球棍模型
  • ball-and-stick model without lone pairs displayed
    不顯示孤對電子的球棍模型

水分子

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  • dot-cross diagram
    點交叉圖
  • bond-line diagram
    鍵線圖
  • ball-and-stick model with lone pairs displayed
    顯示孤對電子的球棍模型
  • ball-and-stick model without lone pairs displayed
    不顯示孤對電子的球棍模型

氟化氫分子

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  • dot-cross diagram
    點交叉圖
  • bond-line diagram
    鍵線圖
  • ball-and-stick model with lone pairs displayed
    顯示孤對電子的球棍模型
  • ball-and-stick model without lone pairs displayed
    不顯示孤對電子的球棍模型

多面體

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四面體

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你可能之前在數學中遇到過四面體，儘管你很可能稱它們為三角形基金字塔。四面體有四個頂點（角）、四個面和六條邊。每個面都是一個等邊三角形。

四面體是化學中最重要的形狀之一，因為許多分子都包含它們。四面體分子實際上不包含小金字塔。它們包含的是一箇中心原子與四個其他原子鍵合。圍繞中心原子的四個原子佔據的位置可以想象成四面體的頂點。

在下面的圖片庫中，中心原子用品紅色著色，周圍原子用白色著色。

  • a tetrahedral molecule
    一個四面體分子
  • to see the tetrahedron, connect the surrounding atoms with lines
    要看到四面體，用直線連線周圍原子
  • the lines form the edges of the tetrahedron
    這些直線形成了四面體的邊
  • tetrahedral angle ≈ 109.5°
    四面體角≈ 109.5°
  • chemists represent tetrahedra using hashed and wedged bonds
    化學家使用虛線和楔形鍵來表示四面體
  • this is how chemists represent methane
    這就是化學家如何表示甲烷
  • this 'flat' representation - GCSE-style - is simpler but less realistic
    這種“扁平”表示 - GCSE 風格 - 更簡單，但不太現實

四面體分子中任意兩個鍵之間的角度約為 109.5°。四面體角可以根據需要計算得儘可能精確，因為它等於 cos−1(–⅓)。

八面體

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你可能之前遇到過或沒有遇到過八面體。八面體有六個頂點（角）、八個面和十二條邊。每個面都是一個等邊三角形。

八面體在化學中非常重要，因為許多過渡金屬基分子 是八面體的。

  • an octahedral molecule
    一個八面體分子
  • to see the octahedron, connect the surrounding atoms with lines
    要看到八面體，用直線連線周圍原子
  • the lines form the edges of the octahedron
    這些直線形成了八面體的邊
  • octahedral angle = 90° exactly
    八面體角 = 90° 正好
  • chemists represent octahedra using hashed and wedged bonds
    化學家使用虛線和楔形鍵來表示八面體
  • this is how chemists represent sulfur hexafluoride, SF6
    這就是化學家如何表示六氟化硫，SF6
  • a ball-and-stick model of SF6
    SF6 的球棍模型

常見分子幾何結構

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  • linear
    線性的
  • bent
    彎曲的
  • trigonal planar
    三角形的平面
  • pyramidal
    錐形的
  • square planar
    方形平面
  • tetrahedral
    四面體的
  • trigonal bipyramidal
    三角雙錐形的
  • octahedral
    八面體的

更多示例

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示例分子

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  • linear: CO2
    線性的: CO2
  • bent: H2S
    彎曲的: H2S
  • trigonal planar: BI3
    三角形的平面: BI3
  • pyramidal: NH3
    錐形的: NH3
  • square planar: XeF4
    方形平面: XeF4
  • tetrahedral: CH4
    四面體的: CH4
  • trigonal bipyramidal: PCl5
    三角雙錐形的: PCl5
  • octahedral: SF6
    八面體的: SF6

示例離子

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分子幾何結構和孤對電子

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你可以使用所謂的AXE 方法來計算分子的形狀。它是基於具有中心原子的分子，我們將其標記為 A。與 A 鍵合的原子或基團標記為 X。孤對電子標記為 E。具有三個孤對電子和兩個與之鍵合的原子/基團的分子將表示為 AX2E3。下表顯示了 X 和 E 以及分子形狀之間的關係。

價層電子對互斥理論 (VSEPR) 用於在已知 X 和 E 的情況下預測分子的形狀。這聽起來比實際更復雜。你認為任何 X 和 E 都是電荷區域，它們相互儘可能遠離地定位，以最大限度地減少它們之間靜電排斥力的作用。

AXE 標籤 X
(取代基) 		E
(孤對電子) 		形狀 2D 圖
顯示孤對電子 		2D 圖
不顯示孤對電子 		3D 模型
顯示孤對電子 		3D 模型
不顯示孤對電子 		示例
AX1E0
1
0
 線性的 H2
AX1E1
1
1
 線性的 CN−
AX1E2
1
2
 線性的 O2
AX1E3
1
3
 線性的 HCl
AX2E0
2
0
 線性的 BeCl2
HgCl2
CO2
AX2E1
2
1
 彎曲的 NO2−
SO2
O3
AX2E2
2
2
 彎曲的 H2O
H2S
OF2
AX2E3
2
3
 線性的 XeF2
I3−
AX3E0
3
0
 三角形的平面 BF3
CO32−
NO3−
SO3
AX3E1
3
1
 三角錐形的 NH3
PCl3
AX3E2
3
2
 T 形 ClF3
BrF3
AX4E0
4
0
 四面體的 CH4
NH4+
PO43−
SO42−
ClO4−
AX4E1
4
1
 蹺蹺板形 SF4
AX4E2
4
2
 方形平面 XeF4
AX5E0
5
0
 三角雙錐形的 PCl5
AX5E1
5
1
 方形錐形的 ClF5
BrF5
AX5E2
5
2
 五角形的平面 XeF5-
AX6E0
6
0
 八面體的 SF6
AX6E1
6
1
 五角錐形 IF6-
AX7E0
7
0
 五角雙錐形 IF7
AX8E0
8
0
 正方反稜柱形 IF8-
AX8E1
8
1
 扭曲的正方反稜柱形 XeF82-
AX9E0
9
0
 三帽三角柱形 或 頂蓋正方反稜柱形 ReH92- (三帽三角柱形)
摘自 "https://wikibook.tw/w/index.php?title=A-level_Chemistry/OCR_(Salters)/Molecular_geometry&oldid=4309739"
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