价层电子对互斥理论（VSEPR） 和孤对的影响

电子的孤对对 分子几何结构的影响

必须注意的是，围绕中心原子的电子对几何结构与其分子结构不同。分子结构描述原子的位置，而不是电子。 包括所有电子线对的几何结构是电子线对几何结构。 电子对几何结构描述了电子所在的所有区域，即键和孤对。 仅包括原子在分子中的放置的结构称为分子结构。 当中央原子周围没有单独的电子对时，电子对几何将与分子结构相同，但当中央原子上存在孤对时，它们将不同。

例如，甲烷分子 CH₄ 是天然气的主要成分，它在中央碳原子周围有四对键电子；电子对几何结构是四面体，分子结构也是如此。 另一方面，氨分子 NH₃ 也有四个与氮原子相关的电子对，因此具有四面电子对几何结构。 但是，这些区域中的一个是分子结构中不包括的孤对，而该孤对会影响分子的形状。

基于 价层电子对互斥理论（VSEPR） 的角度失真

理想角度的小失真可能是由于不同电子密度区域之间的互斥差异造成的。 价层电子对互斥理论（VSEPR） 通过确定复脉顺序和不同类型电子对占用的空间量顺序来预测这些失真。 从最大到最小互斥的电子对脉冲顺序为：

孤对-孤对 > 孤对-键合对 > 键合对-键合对

这种脉冲顺序决定了不同电子区域占用的空间量。 电子的孤对占用的空间区域大于三键中的电子；反过来，三键中的电子占用的空间比双键中的电子占用的空间更大，等等。 大小从最大到最小的顺序为：

孤对 > 三键 > 双键 > 单键

在氨分子中，连接到中央氮的三个氢原子不是以平坦的三角平面分子结构排列，而是以三维三角金字塔形式排列，顶点处有氮原子，三个氢原子组成底座。 三角金字塔中的理想键角度基于四面电子对几何结构。 同样，由于孤对占用的空间区域大于键电子，因此与理想的空间有细微的偏差。 NH₃中的 H – N – H 键角度比普通四面体中的 109.5° 角度稍小，因为单对接合对互斥大于键对接合对互斥。

根据 价层电子对互斥理论（VSEPR） ，线性，三角平面和四面电子对几何结构中的终端原子位置等效。 用孤对替换哪个 X 无关紧要，因为分子可以旋转以转换位置。 对于三角双相电子对几何， 但是，有两个不同的 X 位置，一个轴向位置 (如果我们通过两个轴向位置来保持三相位双心率模型，我们有一个轴，我们可以围绕该模型旋转) ，另一个是赤道位置 (三个位置形成分子中间的赤道位置)。 轴向位置周围是 90° 的键角度，而赤道位置由于 120° 键角度而有更多可用空间。 在三角双相电子对几何中，孤对始终占据赤道位置，因为这些更宽敞的位置更容易容纳更大的孤对。

当一个中心原子有两个单独的电子对和四个键区域时，我们有一个八面体电子对几何结构。 这两个孤对位于八面体的两侧 (相隔 180°) ，提供了一个方平面分子结构，可最大程度地减少单对单对单脉冲的复脉冲。

本文改编自 Openstax, 化学 2e, 第7.6节：分子结构与极性。