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如何理解「电子倒灌」,以及如何看待乐学化学李政老师在选三课程中提出三氟化氮的键角小于三氟化磷? 第1页

  

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问题不大,也就是数据过时了。

这问题一开始看得我一头的问号,因为我看的无机书不多,真的没有听过什么“电子倒灌”。

后来看了补充才知道,“F把电子分散进3d 轨道这个解释”,这位老师应该想说的是pπ-dπ反馈键也叫p-d反馈π键。可能因为是大学内容,网课讲了会被说“超前教学”吧,所以取了一个“昵称”。

这种东西听听就好,因为实验数据和解释都过时

这个例子可能来自某本结构化学教材,高中化学里比这过时的多了去了,而且这个解释国内的很多大学教材还在用,也就国外的教材现在基本不用了。按一般教材的更新速度,放弃p-d反馈π键这类垃圾可能还要很多年。

而高中老师想普及一些高级的“概念”,也没什么问题,反正高考也不会考,现在也没什么人大学想学化学,无可厚非吧。

至于为什么说过时呢?键角的测量很多时候因为方法的问题,会有差异,比如气态中的数据,晶体中的数据经常不一样。现在一般会比较气相的数据,因为凝聚态下分子的键长键角可能还收到其他因素的影响。这个问题之前看过一些人的讨论,好像以前的数据现在看来方法和精度不够了。

以前的数据长这样:

现在的数据长这样:

wiki上的图

一般情况下键角问题的讨论思路是VSEPR价层电子对互斥模型,高级些的理论,比如杂化理论(例子p成分越高键角越小)和分子轨道理论+Walsh图的解释一般用不上。而且以上所有理论都有模糊的地方,也就是说很多时候正着说也行,反着说也行。用VSEPR足够了。

选定方法VSEPR后就按照这个方法走,如果VSEPR解释不了就“编故事”。比如按以前的数据,PF₃和NF₃就是一个例外,所以要各种找理由,于是就找到了p-d反馈π键的解释,这个解释最早是用来解释硫酸根SO键中的双键成分的。但理论计算和实验都指出,d轨道的贡献很小很小,具体内容参考下面的回答:

而按照现在的数据,PF₃键角小,那用和PH₃和NH₃一样的解释就可以了。

前面说了,国外比较新的无机教材都明确反对了这种解释。我知道这个就是多年前有个朋友给在国外读本科的高中学弟辅导无机化学,看到书上不认为3d 轨道和配原子的p 轨道会相互作用觉得新鲜。但是这个解释太深入人心了,所以如果是参加竞赛考研那还是了解一下吧,如果学校是用的外文教材,就当没这事,如果是高中生,听听就好吧,不要深究。

最后吐槽一下,PF₃和NF₃键角的问题,90年代出版的《无机化学丛书》第四卷,就已经是下面这种数据了,所以这数据至少过时几十年了(这俩都是气体),前几天还在看到有人争这个问题,哎,更新知识很重要啊。

===============更新==================

谢谢各位的支持,不过这个回答完全是吐槽,没有什么干货,有点过意不去。键角问题最“高级的”解释应该是下面的“分子轨道理论结合Walsh图”了。

ORBITAL INTERACTIONS IN CHEMISTRY Second Edition By Thomas A. Albright Jeremy K. Burdett Myung-Hwan Whang bo

但这个解释也有自己的问题,很多分子力学的细节很难体现,奇怪的复杂的体系画出上面的图考试都结束了。所以即使最后学到能看懂上面的图了,做起题来也会发现这种问题的核心是“看菜下饭”,揣摩出题者的意图,考的是技巧而不是知识。比如下面这个问题:

C-X键变长,电子往X跑,其他键靠向X,H-C-H增大。这么说看起来很有道理,但如果知道键角的杂化解释的话,应该知道电负性大的卤素会把更多的p电子拉走,s的成分越高,键角越大,所以第一个分子CH₃ F中的H-C-H比甲烷还大。

电负性顺序是F>Cl>Br>I和键长的顺序肯定是反的,所以本题用VSPER解释只能说“X-C键长对键角的影响比电负性大”。如果数据是反过来的,就说“X-C键长对键角的影响比电负性小”。这个例子来自《现代物理有机化学》。这个问题远比上面的解释复杂,比如作为参照第一列数据“C-H 键键长”是无规律,但考试是遇到这么答就好了。所以,键角问题——常见解释方法——看菜下饭,揣摩考点——不合规律编故事,合规律正常解释。OK。




  

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