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价层电子对互斥理论

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（重定しげさだ向こう自じVSEPR）

价层电子对互斥理论（英語えいご：Valence Shell Electron Pair Repulsion，簡稱為ためVSEPR），是ぜ一个用来预测单个共价分子形态的化学かがく模型もけい。理り论通过计算さん中心ちゅうしん原子げんし的てき价层电子数すう和わ配はい位い数すう来らい预测分子ぶんし的てき几何构型，并构建けん一いち个合理ごうり的てき路みち易えき斯结构式来らい表示ひょうじ分ぶん子中こなか所有しょゆう键和孤こ对电子こ的てき位置いち。

价层电子对互斥理论也称为吉莱斯皮がわ-尼あま霍姆理り论，因いん为该理り论的两位主要しゅよう创始人じん分ぶん别是罗纳德とく·吉きち莱斯皮がわ和わ罗纳德とく·尼あま霍姆。

历史

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1939 年ねん，日本にっぽん化学かがく家か槌づち田た·龍太郎りゅうたろう（Ryutaro Tsuchida）首くび先さき提出ていしゅつ分子ぶんし结构与あずか价层电子对数量りょう之の间关系けい[1]。

1940年ねん，由ゆかり内うち维尔·席せき德とく维克和わ 赫伯特とく·包つつみ维尔（Herbert Powell）在ざい牛津うしづ大学だいがく的てき贝克奖获奖讲座上じょう独立どくりつ提出ていしゅつ[2]。

1957 年ねん，伦敦大学だいがく学院がくいん的てき罗纳德とく·吉きち莱斯皮がわ和わ罗纳德とく·尼あま霍姆将はた这一概念提炼为更详细的理论[3][4]。

理り论基础

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价层电子对互斥理论的基もと础是，分子ぶんし或ある离子的てき几何結ゆい构主要よう决定于与中心ちゅうしん原子げんし相しょう关的电子对之间的排斥はいせき作用さよう。该电子こ对既可か以是成なり键的，也可以是没ぼつ有ゆう成なり键的（叫さけべ做孤こ对电子こ）。只ただ有ゆう中心ちゅうしん原子げんし的てき价电子こ才能さいのう够对分子ぶんし的てき形状けいじょう产生有意ゆうい义的影かげ响。

分子ぶんし中ちゅう电子对间的てき排斥はいせき的てき三さん种情况为：

  • 孤こ对电子こ间的排斥はいせき（孤こ-孤こ排斥はいせき）；
  • 孤こ对电子こ和成かずなり键电子こ对之间的排斥はいせき（孤こ-成なり排斥はいせき）；
  • 成なり键电子こ对之间的排斥はいせき（成しげる-成なり排斥はいせき）。

分子ぶんし会かい尽力じんりょく避免这些排斥はいせき来らい保持ほじ稳定。当とう排斥はいせき不能ふのう避免时，整せい个分子ぶんし倾向于形成けいせい排斥はいせき最さい弱じゃく的てき结构（与あずか理想りそう形状けいじょう有ゆう最小さいしょう差さ异的方式ほうしき）。

孤こ对电子こ间的排斥はいせき被ひ认为大だい于孤对电子こ和成かずなり键电子こ对之间的排斥はいせき，后きさき者しゃ又また大だい于成键电子こ对之间的排斥はいせき。因よし此，分子ぶんし更さら倾向于最弱じゃく的てき成なり-成なり排斥はいせき。

配はい体たい较多的てき分子ぶんし中ちゅう，电子对间甚至无法保持ほじ90°的てき夹角，因いん此它们的电子对更倾向于分布ぶんぷ在ざい多た个平面めん上じょう。

实际预测

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下面かめん是ぜ价层电子对互斥理论预测的分子ぶんし形状けいじょう表ひょう。

电子对数 杂化类型（混こん層そう類型るいけい） 轨道形状けいじょう 单电子こ对数（孤こ電子でんし對たい） 分子ぶんし形状けいじょう 例れい
2 sp 直ちょく线形 0 直ちょく线形 BeCl2、CO2
3 sp2 平面へいめん正三角形せいさんかっけい 0 平面へいめん正三角形せいさんかっけい BCl3
1 V字形じけい（角形かくがた、彎曲わんきょく形がた） SO2
4 sp3 正せい四よん面体めんてい 0 正せい四よん面体めんてい CH4
1 三角さんかく锥 NH3
2 V字形じけい（角形かくがた、彎曲わんきょく形がた） H2O
5 sp3d 三角さんかく双そう锥 0 三角さんかく双そう锥 PCl5
1 变形四よん面体めんてい（跷跷板いた形がた） TeCl4
2 T字形じけい ClF3
3 直ちょく线形 I3−
6 sp3d2 正せい八はち面体めんてい 0 正せい八はち面体めんてい SF6
1 四方しほう錐きり IF5
2 平面へいめん十字形じゅうじがた ICl4−
3 T字形じけい
4 直線ちょくせん形がた
7 sp3d3 五ご角かく雙そう錐きり 0 五ご角かく雙そう錐きり IF7
1 五ご角錐かくすい
2 五角形ごかっけい（英えい语：Pentagonal planar molecular geometry）

下しも图中，價か殼から層そう電子でんし對たい互斥理論りろん常用じょうようAXE方法ほうほう計算けいさん分子ぶんし構型。這種方法ほうほう也叫ABE，其中A代表だいひょう中心ちゅうしん原子げんし，X或あるB代表だいひょう配はい位い原子げんし，E代表だいひょう孤こ電子でんし對たい。

电子对数 没ぼつ有ゆう孤こ电子对
（基本きほん形状けいじょう） 		1个孤电子对 2个孤电子对 3个孤电子对
2
直ちょく线形
      
3
平面へいめん三角形さんかっけい
角形かくがた
    
4
四面しめん体形たいけい
三角さんかく锥形
角形かくがた
  
5
三角さんかく双そう锥形
变形四よん面めん体形たいけい
T字形じけい
直ちょく线形
6
八はち面めん体形たいけい
四角よつかど锥形
平面へいめん四よん方形ほうけい
  
7
五ご角かく双そう锥形
五ご角かく锥形
平面へいめん五角形ごかっけい
  
8
四方しほう反はん棱柱形かたち
   

下しも图中：孤こ电子对以淡あわ黄色きいろ球体きゅうたい表示ひょうじ。分子ぶんし形状けいじょう为实际几何なん构型，即そく不ふ包含ほうがん孤こ对电子こ的てき构型。

分子ぶんし类型 分子ぶんし形状けいじょう 中心ちゅうしん原子げんし价电子こ对的排はい布ぬの方式ほうしき† 分子ぶんし的てき几何构型‡ 实例
AX1En 双そう原子げんし分子ぶんし
（直ちょく线形） 		HF、O2
AX2E0 直ちょく线形 BeCl2、HgCl2、CO2
AX2E1 角形かくがた NO2−、SO2、O3
AX2E2 角形かくがた H2O、OF2
AX2E3 直ちょく线形 XeF2、I3−
AX3E0 平面へいめん三角形さんかっけい BF3、CO32−、NO3−、SO3
AX3E1 三角さんかく锥形 NH3、PCl3
AX3E2 T字形じけい ClF3、BrF3
AX4E0 四面しめん体形たいけい CH4、PO43−、SO42−、ClO4−
AX4E1 变形四よん面めん体形たいけい SF4
AX4E2 平面へいめん四よん方形ほうけい XeF4
AX5E0 三角さんかく双そう锥形 PCl5
AX5E1 四角よつかど锥形 ClF5、BrF5
AX5E2 平面へいめん五角形ごかっけい XeF
5-
AX6E0 八はち面めん体形たいけい SF6
AX6E1 五ご角かく锥形 XeOF
5−、IOF
52− [5]
AX7E0 五ご角かく双そう锥形 IF7
AX8E0 四方しほう反はん棱柱形がた XeF2−
8, ZrF84-, ReF8-
AX9E0 三さん側がわ錐きり三角柱さんかくちゅう ReH2−
9

范例

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甲きのえ烷分子ぶんし（CH4）是これ四よん面體めんてい結構けっこう，是ぜ一いち個こ典型てんけい的てきAX4型かた分子ぶんし。中心ちゅうしん碳原子げんし周圍しゅうい有ゆう四よん個こ電子でんし對たい，四個氫原子位於四面體的頂點，鍵かぎ角かく（H-C-H）為ため109°28'。

一個分子的形狀不但受配位原子影響，也受孤こ對たい電子でんし影響えいきょう。氨分子ぶんし（NH3）中心ちゅうしん原子げんし雜ざつ化か類型るいけい與あずか甲かぶと烷相同どう（sp3），分子ぶんし中有ちゅうう四よん個こ電子でんし雲くも密集みっしゅう區く，電子でんし雲くも分ぶん佈依然しか呈てい四よん面體めんてい。其中三さん個こ是ぜ成なり鍵かぎ電子でんし對たい，另外一いち個こ是ぜ孤こ對たい電子でんし。雖然它沒有ゆう成なり鍵かぎ，但ただし是ぜ它的排斥はいせき力りょく影響えいきょう著ちょ整せい個こ分子ぶんし的てき形狀けいじょう。因よし此，這是一いち個こAX3E型がた分子ぶんし，整せい個こ分子ぶんし的てき形狀けいじょう是ぜ三さん角錐かくすい形がた，因いん為ため孤こ對たい電子でんし是ぜ不可ふか「見み」的てき。

事實じじつ上じょう，電子でんし對數たいすう為ため七なな是ぜ有ゆう可能かのう的てき，軌道きどう形狀けいじょう是ぜ五ご角かく雙そう錐きり。但ただし是ぜ它們僅存在そんざい於不常見つねみ的てき化合かごう物ぶつ之の中なか，比ひ如在六ろく氟化氙中なか，有ゆう一いち對たい孤こ電子でんし，它的構型趨向すうこう於八面體めんてい結構けっこう，因いん為ため孤こ對たい電子でんし傾向けいこう於位於五角形ごかっけい的てき平面へいめん上じょう。另一个例子为七なな氟化碘，碘沒有ゆう孤こ電子でんし，七個氟原子呈五角雙錐狀排列。

電子でんし對數たいすう為ため八はち也是有ゆう可能かのう的てき，这些化合かごう物ぶつ一いち般为四方しほう反はん棱柱体たい结构，[6] 例れい子こ有ゆう八氟合氙酸亚硝酰中なか的てき [XeF8]2− 离子[7][8] 以及八はち氰合钼（Ⅳ）阴离子こ [Mo(CN)8]4− 和わ八はち氟合锆（Ⅳ）阴离子こ [ZrF8]4−。

例外れいがい

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在ざい一いち些化合かごう物ぶつ中ちゅうVSEPR理り论不能ふのう正せい确的预测分子ぶんし空そら间构型がた。

过渡金属きんぞく化合かごう物ぶつ

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许多过渡金属きんぞく化合かごう物ぶつ的てき几何构型不能ふのう用ようVSEPR理り论解释，可か以归结于价层电子中ちゅう没ぼつ有ゆう孤こ对电子こ以及核心かくしん的てきd电子与あずか配はい体たい的てき相互そうご作用さよう。[9] 这些化合かごう物ぶつ的てき结构可か以用VALBOND理り论预测，包括ほうかつ金属きんぞく氢化物ぶつ和わ烷基配合はいごう物ぶつ（例れい如六甲ろっこう基もと钨），这个理り论的基もと础是sd 杂化轨道和わ三さん中心ちゅうしん四よん电子键模型もけい。[10][11] 晶あきら体からだ场理论是ぜ另一个经常可以解释配合はいごう物ぶつ几何构型的てき理り论。

IIA族ぞく卤化物ぶつ

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较重碱土金属きんぞく的てき三原子卤化物的气相结构（例れい如：钙、锶、钡的てき卤化物ぶつ，MX2）并不像ぞう预测的てき那な样为直ちょく线形，而是V形かたち。（X-M-X的てき大だい致键角かく: CaF2，145°；SrF2，120°；BaF2，108°；SrCl2，130°；BaCl2，115°；BaBr2，115°；BaI2，105°）。[12] 罗纳德とく·吉きち莱斯皮がわ提出ていしゅつ这是因いん为配はい体たい与あずか金属きんぞく原子げんし的てき内ない层电子こ发生相互そうご作用さよう，极化使つかい得とく内ない层电子こ云うん不ふ是ぜ完全かんぜん球面きゅうめん对称，因いん此导致了分子ぶんし結ゆい构的变化。[9][13]

AX2E0型かた分子ぶんし

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根ね据すえ计算，较重的てき碳族元素げんそ炔烃类似物ぶつ（RM≡MR，其中M = Si、Ge、Sn、Pb）的てき结构是ぜ角形かくがた。[14][15][16]

AX2E2型かた分子ぶんし

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一いち个例子こ是ぜ氧化锂分子ぶんし，即そくLi2O，它的中ちゅう间构型がた是ぜ直ちょく线形而不是ぜ弯曲的てき，这一点可以归结于如果构型是弯曲的，锂原子げんし之の间将产生强烈きょうれつ的てき排斥はいせき作用さよう。[17]
另一个例子こ是ぜO(SiH3)2（二に甲かぶと硅醚）的てきSi-O-Si键的键角为144.1°，与あずか其他分ぶん子中こなか的てき键角相しょう比ひ差さ别较大だい，比ひ如Cl2O （110.9°）、(CH3)2O （111.7°）以及N(CH3)3 （110.9°）。格かく莱斯皮がわ的てき合理ごうり解かい释是孤こ对电子こ的てき位置いち不同ふどう。当とう配はい体たい的てき电负性せい与あずか中心ちゅうしん原子げんし类似或ある更さら大だい时，孤こ对电子こ有能ゆうのう力りょく排斥はいせき其他电子对，导致键角较小。 [9] 当とう中心ちゅうしん原子げんし电负性せい较大时，就像O(SiH3)2中なか，孤こ对电子こ的てき定てい域いき不明ふめい显，排斥はいせき作用さよう较弱，这种结合导致了りょう强きょう配はい体たい之の间的排斥はいせき（-SiH3与あずか上面うわつら的てき例れい子こ相しょう比ひ是ぜ一个比较大的配体），使つかい得とくSi-O-Si键的键角比ひ预想的てき要よう大だい。[9]

一いち些形如AX6E1的てき分子ぶんし

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一いち些AX6E1型かた分子ぶんし，例れい如含有がんゆうTe(IV)或あるBi(III)离子的てき化合かごう物ぶつ如TeCl62−、TeBr62−、BiCl63−、BiBr63−和かずBiI63−是正ぜせい八はち面体めんてい结构；其孤对电子こ并不影かげ响其构型[18]。 一いち种合理化りか解かい释是因いん为配体たい原子げんし排列はいれつ的てき拥挤没ぼつ有ゆう给孤对电子こ留とめ下か空そら间[9]；另一种合理化解释是惰性だせい电子对效应。[19]

与あずか其他相しょう关理论的对比

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价层电子对互斥理论、价键理り论和わ分子ぶんし轨道理どうり论都みやこ是ただし关于分子ぶんし如何いか构成的てき理り论。价键理り论主要よう关注于σしぐま键和πぱい键的形成けいせい，通つう过研究けんきゅう受成键情况影响的轨道形状けいじょう描述分子ぶんし的てき形状けいじょう。价键理り论也会かい借か助じょVSEPR。分子ぶんし轨道理どうり论则是ぜ关于原子げんし和わ电子是ぜ如何いか组成分子ぶんし或ある多た原子げんし离子的てき一个更精密的理论。

参考さんこう资料

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  3. ^ Gillespie, R. J.; Nyholm, R. S. Inorganic stereochemistry. Quarterly Reviews, Chemical Society. 1957-01-01, 11 (4) [2024-04-13]. ISSN 0009-2681. doi:10.1039/QR9571100339. （原始げんし内容ないよう存そん档于2024-06-15） （英えい语）. 
  4. ^ Gillespie, R. J. The electron-pair repulsion model for molecular geometry. Journal of Chemical Education. 1970-01, 47 (1) [2024-04-13]. ISSN 0021-9584. doi:10.1021/ed047p18. （原始げんし内容ないよう存そん档于2023-02-11） （英えい语）. 
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