臭氧離子O3 中心氧原子雜化軌道型別為什麼是sp3?

時間 2021-06-18 21:29:43

1樓:

這個題很坑呀。

先看一下 VSEPR 用在 O3 上:

m = (6 - 2 * 2)/2 = 1

括號中的計算實際是刨掉中心原子和端基原子成鍵的電子,剩下乙個孤對。而成鍵情況就是 2 個 sigma 鍵和 1 個大 pi 鍵 (3c-4e, 三中心四電子)。

現在再加入乙個電子。中心 O 成了 2 個 sigma 鍵,已經達成 8e 構型,所以新來的電子應該加在端基氧上。不過計算的時候負電荷還是要加在中心原子上,因而:

m = (6 - 2 * 2 + 1)/2 = 1.5

1.5 就麻煩了,可能是中心 O 和另乙個端基 O 共軛形成 2c-3e (或 3c-5e,中心原子 sp2);也可能是中心 O 因兩個孤對互斥大,轉變為 sp3,另乙個端基 O 剩下乙個單電子。

VSEPR 實際上無法解釋這兩種構型哪個佔優 (從直覺看應該是前者)。用這個來考學生就像用 VSEPR 解釋 NO2 電子構型一樣無聊。

鍵角 100 度這是不是暗示以孤對互斥為主要因素考慮,可是這不科學呀呀呀?鍵角小了也沒排除大 pi 鍵的可能啊。

實際上呢,晶體學資料證明兩個端基氧是等同的,該離子是 C2v 對稱性:

其中 O-O 鍵長 134 pm,鍵力常數為 4.27 N/cm,比通常的 O-O (146 pm, 3.53 N/cm) 短那麼一點點,強那麼一點點。

嗯,看起來中心 O 更像 sp2 呀。

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