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双三角锥形分子构型

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双三角锥形分子构型
双三角锥形分子构型
舉例五氟化磷五羰基铁
點群D3h英语Dihedral symmetry in three dimensions
空間位數5
配位数5
鍵角90°, 120°
極性(μ)0

化學裡的双三角锥形分子构型(trigonal bipyramid)是指分子中心有一個原子,周圍有五個原子,以雙三角錐的構型和中心原子連結。周圍原子和中心原子的鍵角不完全相同(參照五角双锥形分子构型)。這種分子構形的例子子有氣態的五氟化磷 PF5五氯化磷 PCl5[1]

軸向及水平面

双三角锥形分子
ax代表軸向配體(在中心軸上)
eq代表水平面配體(在和中心軸垂直的平面上)

和中心原子鍵結的五個原子不完全等價,可以分為兩種不同的位子。以五氯化磷為例,磷原子和三個氯原子同一個平面,三個氯原子彼此之間相隔120度,這三個氯原子是在水平面(equatorial)位置,另外二個氯原子不在平面上,是在磷原子的的上方及下方,是在軸向(Axial)位置上。

依照分子構形的价层电子对互斥理论,軸向位置要比水平面位置要擁擠,軸向配體鄰近有三個配體與其有90度的夾角,而水平面配體鄰近只有二個配體與其有90度的夾角。若双三角锥形分子构型的五個配體均相同,軸向配體的鍵長會比水平面配體要長,因為軸向配體無法像水平面配體那麼接近中心原子。以PF5為例,軸向的P−F鍵鍵長為158 pm,水平面的P−F鍵鍵長為152 pm。PCl5的軸向鍵鍵長及水平面鍵鍵長分別是214 pm及202 pm[1]

在PF3Cl2中,二個氯原子都會在水平面位置上[1],表示氟原子的亲顶性英语apicophilicity(占軸向位置的傾向)較強,比較容易佔據軸向位置。一般而言亲顶性會隨电负性而增加,也會隨π電子吸收能力而增加,例如Cl < F < CN的例子[2]。兩個因素都會降低接近中心原子處的鍵合區的電子密度,因此軸向位置的擁擠對這些原子影響不大。

有孤電子對時的相關構型

VSEPR理論也有預測一個孤電子對取代配體時的情形,其電子分佈不變,不過孤電子對會佔據一個配體的位置。若分子的孤電子對和配體加起來共有五個,其電子對分佈會和双三角锥形分子构型一樣,不過孤電子會在水平面位置上,因此產生的分子構型也會不同。

四氟化硫 SF4的中心原子為硫,周圍有四個氟原子,分別在兩個軸向位置上以及兩個水平面位置上,孤電子對在水平面位置上,依照价层电子对互斥理论三氟化氯 ClF3屬於AX3E2分子,氟原子分別在兩個軸向位置上以及一個水平面位置上,兩個孤電子對則在水平面位置上。三碘阴离子 I3-也和双三角锥形分子构型有關,但實際分子構型是直线形分子构型,二個碘離子都在軸向位置上,而孤電子對都在水平面位置上(AX2E3)。

贝里假旋转

双三角锥形分子构型會出現贝里假旋转,因此使使分子發生異構化假旋轉英语Pseudorotation類似構象非對映異構體中原子移動的機制,沒有完成完整的旋轉。贝里假旋转的過程中,二個水平面配體會「移」往分子的軸向,而二個軸向配體會同時「移」往分子的水平面,會產生固定的周期性運動。贝里假旋转在一些簡單分子上格外明顯,例如五氟化磷 PF5

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參考資料

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. Inorganic Chemistry 2nd. Prentice Hall. 2004: 407. ISBN 978-0130399137. 
  2. ^ 國際純化學和應用化學聯合會化學術語概略,第二版。(金皮書)(1997)。在線校正版: (2006–) "Apicophilicity"。doi:10.1351/goldbook.AT06990

外部連結