VSEPR 幾何形狀同分子極性

數算中心原子周圍嘅電子域

VSEPR 由正確嘅路易斯結構開始。圍繞中心原子，數算電子域：每對孤對電子係一個域，而每個同另一個原子嘅鍵都係一個域，無論係單鍵、雙鍵定三鍵。總數常稱為空間數。雙鍵只計一次，因為佢嘅電子佔據兩個原子之間同一個空間區域。

空間數決定電子域幾何形狀，即係令各個域保持最遠距離嘅排列。兩個域係直線形（180°），三個係平面三角形（120°），四個係四面體形（109.5°），五個係三角雙錐形（90° 同 120°），六個係八面體形（90°）。

一個簡短標籤可以追蹤計數。喺 AXₘEₙ 表示法中，A 係中心原子，m 係成鍵原子 X 嘅數目，n 係中心原子上孤對電子 E 嘅數目。水係 AX₂E₂：兩個成鍵原子同兩對孤對電子，空間數為 4。

電子域幾何形狀對分子形狀

孤對電子佔據空間，但佢哋並唔係原子，所以喺分子形狀嘅名稱中睇唔到。分子幾何形狀只描述原子所處嘅位置。當中心原子上冇孤對電子時，兩種幾何形狀相同；當有孤對電子時，兩者就不同。

喺三角雙錐中，各位置並不等價：三個赤道位彼此相隔 120°，而兩個軸向位距離赤道 90°。孤對電子先去赤道位，因為赤道位只有兩個 90° 嘅鄰居，而軸向位有三個。

• 空間數 3：AX₃ 平面三角形；AX₂E 彎曲形，角度小於 120°。
• 空間數 4：AX₄ 四面體形；AX₃E 三角錐形；AX₂E₂ 彎曲形，角度小於 109.5°。
• 空間數 5：AX₅ 三角雙錐形；AX₄E 蹺蹺板形；AX₃E₂ T 形；AX₂E₃ 直線形。
• 空間數 6：AX₆ 八面體形；AX₅E 四方錐形；AX₄E₂ 平面四方形。

點解孤對電子會壓縮鍵角

孤對電子只受一個原子核束縛，所以佢嘅電子密度喺中心原子附近比成鍵電子對擴散得更闊。因此排斥力嘅次序係孤對–孤對 > 孤對–成鍵對 > 成鍵對–成鍵對，而每增加一對孤對電子，就會將剩低嘅鍵擠得更近。

四面體家族展示咗呢個趨勢。甲烷 CH₄ 冇孤對電子，H–C–H 鍵角係 109.5°。氨 NH₃ 有一對孤對電子，H–N–H 鍵角略細。水有兩對孤對電子，H–O–H 鍵角係 104.5°，即 OpenStax Chemistry 2e 給出嘅數值。多重鍵有類似但較細嘅影響，因為雙鍵比單鍵容納更多電子密度。

VSEPR 可靠地預測呢啲偏差嘅方向，但唔預測其確切大小。當題目問帶有孤對電子嘅分子中嘅鍵角時，除非你有量度數據，否則答「略細於」理想值。

實例：三氟化氯同四氟化氙

三氟化氯 ClF₃。價電子：7 + 3(7) = 28。三個 Cl–F 單鍵用咗 6 個電子，完成三個氟八隅體用咗 3 × 6 = 18 個，合共 24 個。剩低嘅 4 個電子以兩對孤對電子形式放喺氯上。氯有三個鍵同兩對孤對電子，所以係 AX₃E₂，空間數為 5，電子域幾何形狀為三角雙錐形。

兩對孤對電子都佔據赤道位。咁就剩低一個氟喺赤道平面，兩個喺軸向位，所以原子形成 T 形。孤對電子將軸向氟推向赤道氟，所以 F–Cl–F 鍵角略細於 90°。三個 Cl–F 鍵偶極矩喺 T 形中唔會抵銷，所以 ClF₃ 有極性。

四氟化氙 XeF₄。價電子：8 + 4(7) = 36。四個 Xe–F 鍵用咗 8 個電子，氟嘅孤對電子用咗 4 × 6 = 24 個，合共 32 個。剩低嘅 4 個電子係氙上嘅兩對孤對電子。氙有四個鍵同兩對孤對電子，係 AX₄E₂，空間數 6，電子域幾何形狀為八面體形。

喺八面體中，每個位置都等價，所以第一對孤對電子可以去任何位置；第二對直接去佢嘅正對面，相隔 180°，令孤對–孤對排斥減到最少。四個氟於是處於同一平面，同相鄰原子成 90°：平面四方形。每個 Xe–F 鍵都有極性，但相對嘅鍵指向正正相反嘅方向，所以偶極矩抵銷，XeF₄ 無極性。

加總鍵偶極矩以判斷分子極性

電負性不同嘅原子之間嘅鍵有極性，電負性較大嘅原子帶部分負電荷（δ−）。每個鍵偶極矩都有大小同方向，所以佢嘅行為似向量。分子偶極矩係所有鍵偶極矩嘅向量和，通常以德拜報告（1 D ≈ 3.336 × 10⁻³⁰ C·m）。

當相同嘅鍵對稱地排列喺中心原子周圍時，鍵偶極矩會抵銷。當所有 X 原子都相同時，AX₂ 直線形、AX₃ 平面三角形、AX₄ 四面體形、AX₅ 三角雙錐形同 AX₆ 八面體形分子都會出現呢種情況，AX₄E₂ 平面四方形同 AX₂E₃ 直線形亦然，因為其中孤對電子對稱排列，而每個鍵都正對住一個相同嘅鍵。形狀同取代基嘅其他組合一般都會剩低淨偶極矩。

實例比較：二氧化硫同三氧化硫。SO₂ 有 6 + 2(6) = 18 個價電子；其路易斯結構喺硫上放兩個成鍵域同一對孤對電子（AX₂E），所以分子係彎曲形。兩個 S–O 偶極矩部分指向同一方向，佢哋嘅和唔係零，所以 SO₂ 有極性。SO₃ 有 6 + 3(6) = 24 個價電子，硫上有三個成鍵域而冇孤對電子（AX₃），所以係平面三角形。三個相隔 120° 嘅相等偶極矩之和為零，所以即使其中每個鍵都有極性，SO₃ 仍然無極性。

形狀同極性嘅常見錯誤

大部分錯誤來自略過路易斯結構，或者將紙上嘅平面圖當作真實形狀咁讀。一套簡單常規可以揪出佢哋：畫路易斯結構，數算中心原子上嘅電子域，指出電子域幾何形狀，移除孤對電子後指出分子形狀，然後喺三維空間中加總鍵偶極矩。

實體模型或者細心繪畫嘅楔形虛線草圖，對最後一步有幫助。如果你可以旋轉分子，令某個鍵偶極矩冇指向相反方向嘅對應者，分子就有極性。如果每個鍵都有一個相同嘅鍵喺對面與之匹配，或者有一組對稱排列（例如三個成 120° 嘅鍵），分子就無極性。

• 題目問分子形狀時，卻寫出電子域幾何形狀。水嘅電子域係四面體形；佢嘅形狀係彎曲形。
• 忘記中心原子上嘅孤對電子，誤將 NH₃ 當作平面三角形分子。
• 將雙鍵或者三鍵當作兩個或者三個域。
• 因為鍵有極性就斷定分子有極性，卻冇檢查偶極矩是否抵銷。
• 憑平面圖判斷對稱性。CH₂Cl₂ 喺紙上睇落對稱，但實際上係四面體形，帶有兩種唔同嘅鍵，所以有極性。
• 將孤對電子放喺三角雙錐嘅軸向位，令 SF₄、ClF₃ 同 XeF₂ 得出錯誤嘅形狀。