臭氧中的氧氧鍵是極性還是非極性?

時間 2021-06-09 11:11:58

1樓:南部

極性鍵,不過比較弱,而且整個臭氧分子的偶極矩不為零,而是0.53D(引自Wikipedia Ozone詞條),通過乙個粗略但簡單的計算(用到了下面的鍵角資料)我們可以具體算出來其中氧氧鍵的鍵矩為0.51D

具體計算式:

聽到這裡,有同學就要問了,氧氧原子電負性不是相等嗎怎麼會是極性鍵呢(事實上,電負性的差異對鍵極性的影響只適用於雙原子分子,對多原子分子不一定適用)

這其實與臭氧分子的結構有關

讓我們先畫一畫臭氧的Lewis結構式,標上形式電荷,再共振一下就是下圖

容易發現,三個氧共享了四個電子(用離域 鍵表示就是 ),因此中心氧帶部分正電,端基氧帶部分負電荷,而且氧氧鍵的鍵級是介於1,2之間的

當然這也有實驗證據支援上述結論,由光譜實驗發現臭氧分子是角形(V形),而且鍵角是116.78°,鍵長為127.8pm介於單鍵的149pm和雙鍵的121pm之間(這裡可以看出它更趨近於雙鍵)

其實講到這裡就已經解決了,Lewis結構式加上共振已經不錯地解釋了這個問題,但為了提高這個回答的科學性,更好地體現現代化學價鍵理論的發展(好吧好吧,其實是想用剛學的分子軌道理論裝個

下面我們考慮臭氧的分子軌道,從更加科學合理的MO理論得到相同的結果

為了簡化我們面對的問題難度(軌道數目有點多),現在僅考慮價層電子忽略1s電子,其次假定三個氧原子都是雜化( 軌道不參與雜化)並從左到右依次標記為

先分析成鍵情況,1和3號氧各自的乙個雜化軌道分別於2號氧形成乙個成鍵軌道,當然反相重疊形成乙個反鍵軌道,其餘兩個雜化軌道因無法成鍵則形成非鍵軌道(non-bonding),所以就形成了兩個成鍵軌道、兩個反鍵軌道和五個非鍵軌道(由於比較容易想象,所以就沒畫原子軌道重疊的圖了),形成的分子軌道圖如下所示

再分析 成鍵情況,能夠形成 鍵的就只有相互平行且垂直於分子平面的 軌道咯,三個間的重疊方式有三種(成鍵、非鍵和反鍵),所以形成了三個軌道,如下圖所示

node是節面的意思,即電子雲密度為零的面,非鍵軌道的重疊圖中不標明中間氧的px軌道是因為那裡的電子雲密度為零(一半同相重疊,一半異相重疊)

然後我們再把兩種情況合併在一起,往軌道上填充電子,就得到了下面這張圖

從中可見三個氧之間形成了兩個σ鍵,兩個π鍵(乙個成鍵乙個非鍵),而且兩個π鍵中的四個電子有兩個分別來自端基氧原子(1和3),另外兩個全部來自中心氧原子(2),所以中心氧帶部分正電荷,端基氧帶部分負電荷,這與上面的Lewis結構式和共振的解釋是一致的

2樓:元隆

理論上說是極性的,不過高中老師可能會不認同或者說不用記之類的。

現代價鍵理論認為,O3分子中的中心氧原子採取SP2雜化形成三個SP2雜化軌道,中心氧原子利用它的兩個未成對電子分別與其它兩個配位氧原子中的乙個未成對電子結合,佔據2個雜化軌道,形成兩個σ鍵,第三個雜化軌道由孤對電子佔據,

實驗測得,O3是反磁性的。O3分子中的鍵角為116.8°,鍵長為127.

8pm。該鍵長正好介於氧原子間單鍵鍵長148pm與雙鍵鍵長112pm之間,因此,O3分子中氧原子間的鍵介於單鍵與雙鍵之間的重疊,也就原子平均享用,所以中心氧原子供給的2個電子部分為兩邊的配位氧原子所有,即發生了離域,致使中心氧原子顯得正一些,兩邊氧原子顯得負一些。所以O3分子中的鍵矩不等於零,鍵有極性。

而O3分子結構又不對稱,所以O3分子有偶極矩而顯極性。

綜上所述,O3分子是包含有極性鍵的極性分子。

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