为什么BF3的分子以单聚形式存在 而AlCl3的分子聚合趋势很大 而BH3却必须聚合而无法单独存在?
为什么BF3的分子以单聚形式存在,而AlCl3的分子聚合趋势很大,而BH3却必须聚合而无法单独存在?
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BF3,AlCl3和BH3如果只是分别依靠。共价键将其原子结合在一起,中心原子的周围只有6个外层电子,属于缺电子结构,不稳定。但是三者却以不同的方式实现了八隅体的稳定结构。
在BF3分子中,中心B原子进行sp2等性杂化。3个单电子杂化轨道与3个F原子分别成σ键,形成三角形的几何构型并确定分子平面。
B原子和3个F原子各有一个2pz轨道,它们均垂直于分子平面,互相平行,互相重叠,3个F原子的2pz轨道中各有2个电子,于是在形成σ键的基础上,进一步形成四中心六电子大π键。
AlCl3中形成四中心六电子大π键的可能性比在BF3中要小,原因是Al的原子半径比B的大,原子轨道之间的π重叠要困难些。
对于AlCl3分子中的Al原子,实现八隅体的稳定结构是通过双聚完成的。在如图(a)所示的双聚的AlCl3分子中,每个铝原子均采取sp3杂化。由于每个Al原子只有3个价电子,所以各有一个空的sp3杂化轨道。Cl原子处于以Al原子为中心的四面体的4个顶点位置,每个Al原子与顶点上的3个Cl原子成σ键。此外分子中有桥式氯原子存在,可以认为,桥式氯原子在与一个Al原子成σ键的同时,与另一个Al原子的空轨道发生配位。也可以认为氯桥键是一个“三中心四电子键”,例如左面的Al原子提供一个电子,上面的桥式Cl原子提供3个电子,而右面的Al原子只提供空的sp3杂化轨道。
BH3分子,形成3个σ键之后已无剩余的价电子,没有形成大π键的可能性。所以BH3无法单独存在,必须采取双聚形式以求稳定。
如图(b)所示,B2H6的6个氢原子中有2个氢原子的化学环境与其余4个氢原子不同。每个硼原子与4个相同的氢原子中的2个氢原子以正常的σ共价键结合,形成2个BH2,共6个原子处于同一平面上。
另外两个化学环境彼此相同的氢原子,分别位于上述平面的上方和下方。
这两个氢原子均与2个硼原子成“三中心二电子键”。
