第十一章 關於絡合離子空間結構建構的實例
宇丹質化學理論關於絡合離子空間結構的建構原理是:
一、中心離子(或原子)必居中心;
二、每個原子向按價電子與之結合的原子相互提供一個共用電子,這兩個共用電子自旋必須相反,共占一個軌道;
三、除中心離子外,每個離子的最外層電子(包括共用電子)必須滿足8個(H核爲2個)電子的穩定結構要求;
四、絡合離子(或分子)的所有共用軌道和中心離子電子軌道上的電子皆沿逆時針同向運轉;
五、中心原子(或分子)的最外層電子可以少於8個,這些電子包括與配位元離子建立共用電子軌道的電子。
在這個建構原理中,我們把二離子的共用電子軌道上電子與二原子核相聯繫的引力線組構成的鍵稱爲共用軌道鍵,而把共面或平行軌道之間因電子同向運轉其電子尾巴——宇丹質連射射相反相吸引的絡合引力——電磁力稱爲絡合鍵。
下面,我們就絡離子配位數由2—7逐個介紹它們的建構原理:
(1)配位數爲2的直線形絡離子的建構:
我們以[Cu(NH3)2]+爲例。YL(73)圖中“×”表示尚未與Cu結合的原子,它可以是Cl、F等7價元素,也可以是H元素。由於“×”尚未與Cu結合,故Cu仍是正一價。Cu與N之間的絡合引力——絡合鍵是由Cu的價電子與“N—H”共用電子同向運轉,它們的電子尾巴——宇丹質連射線反向運行相互吸引提供的。
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(2)配位數爲3的三角形絡合離子的建構:
我們以[CuCl3]2-爲例。YL(74)圖中“×”表示尚未與Cl結合的原子,它可以是H、Na、K等一價元素。由於“×”尚未與Cl結合,故Cl仍爲負一價。Cu與兩個Cl原子之間的絡合引力——絡合鍵是由Cl的價電子與“Cu-Cl”共用電子同向運轉,它們的電子尾巴——宇丹質連射線相反相吸引提供的。
(3)配位數爲4的正方形絡合離子的建構:
我們以[PtCl4]2爲例。YL(75)圖中“×”表示尚未與Cl結合的原子,它可以是H、Na、k等一價元素。由於“×”尚未與Cl結合,故Cl仍爲負一價。Pt與兩個Cl原子之間的絡合引力——絡合鍵,是由Cl原子的價電子與“Pt—Cl”共用電子同向運轉,它們的電子尾巴——宇丹質連射線相互吸引提供的。
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(4)配位數爲4的正四面體絡合離子的建構:
我們以[ZnCl4]2-爲例。YL(76)圖中“×”同前述。Zn與兩個Cl原子之間的絡合引力——絡合鍵,是由四面體底平面上“Zn-Cl”共用電子分別與Cl的價電子同向運轉,它們的電子尾巴——宇丹質連射相互吸引提供的。
(5)配位數爲5的正方錐體絡合離子的建構:
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我們以[TiF5]2-爲例。YL(77)圖中“×”同前述。Ti與兩個F原子之間的絡合引力——絡合鍵,由正方錐體底平面上“Ti——F”共用電子分別與F原子價電子同向運轉,它們的電子尾巴——宇丹質連射線相互吸引所提供的。
(6)配位數爲5的三角雙錐體絡合離子的建構:
我們以[CuC15]3-爲例。YL(78)圖中“×”同前述。其中平面上三個Cl原子的價電子軌道平面必與中平面垂直。Cu與這三個Cl原子之間的絡合引力——絡合鍵,由中軸上“Cu—Cl”共用電子分別與Cl的價電子同向運轉,它們的電子尾巴——宇丹質連射線相互吸引提供。但中平面上三個Cl原子只有兩個與Cu之間的引力相等,故三個Cl原子形成的三角形爲等腰三角形。
(7)配位數爲6的三棱柱體絡合離子的建構:
YL(79)圖
我們以[V(H2O)6]3+爲例。YL(79)圖中“×”表示尚未與V結合的原子;“O1”表示1號氧原子,其餘爲2、3、4、5、6號氧原子。“×”可以是F、Cl等7價元素。中心原子V爲3價元素,在未與“×”原子結合之前,它最外層的3個價電子有兩個電子軌道,其中雙電子軌道應在圖中“O5—V—O4”平面內,孤電子軌道在“O2—V—O6”平面內。這樣,雙電子軌道上的電子與“O5—H”和“O4—H”共用電子同向運轉;孤電子與“O2—H”共用電子同向運轉,分別形成V與“O5—H”、“O4—H”之間的絡合鍵和“O2—H”之間的絡合鍵。除與中心離子靠近的H外,其餘所有的H皆與鄰近的O形成氫鍵“----”。
當存在“×”而絡離子[V(H2O)6]3+變成絡分子時,這三個“×”離子就分別與“O2—H”、“O5—H”和“O4—H”中的H之間構成氫鍵。
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(8)配位數爲6的正八面體絡合離子的建構:
我們以[InCl6]5-爲例。在YL(80)圖中“×”表示尚未與Cl原子結合的原子,它可以是H、Na、K等一價元素。In爲三價元素,5S2爲雙電子軌道價電子,5P1爲孤電子軌道價電子。In的5S2價電子在中平面上作逆時針運轉,與它周圍的四個Cl原子共面的價電子同向運轉,形成四個絡合鍵。5P1孤電子與中軸上方的Cl原子相互提供的一個孤電子形成“In—Cl”共用電子軌道,這共用電子軌道與中軸下方的Cl原子的價電子同向運轉,形成一個絡合鍵。
(9)配位數爲7的五角雙錐體絡合離子的建構:
我們以[ZrF7]3-爲例。YL(81)圖中“×”表示尚未與 F原子結合的原子,它可以是H、Na、K等一價元素。Zr爲四價元素,它的5S2軌道價電子在中平面上,與F3、F5原子相互提供一個價電子形成“Zr—F3”、“Zr—F5”共用電子軌道。由於這兩個共用電子軌道與中平面共面,其上價電子的運轉方向與F1、F2、F4在中平面上的價電子的運轉方向相同,故形成Zr離子分別與F1、F2、F4之間的三個絡合鍵。中心離子Zr的4d2價電子,分別與F6、F7相互提供一個價電子形成“Zr—F6”、“Zr—F7”兩個共用電子軌道。