等电子原理及其应用

等电子原理及其应用

作者：张晓菲

来源：《中学生数理化·学习研究》2017年第01期

一、等电子体原理

1.发现：1919年Langmuir在大量实验事实的基础上总结出一条经验规律，即等电子原理。

2.等电子体原理分为广义和狭义两种。

（1）狭义：具有相同电子数和相同原子数的分子具有相似的电子结构、相似的几何构型和相似的化学性质。

（2）广义：若几种物质含有相同的电子数和相同的重电子（除氢、氦、锂外），则它们的重原子数的构型往往是相同的。这里所说的“相同的电子数”，既可以说是总电子数相同，也可以是价电子数相同。

3.中学常见的等电子體价电子数有8、10、14、16、18、24、26、30、32、48十种，按照重原子总数的不同可以归类如表2。 二、等电子体原理的应用

利用等电子原理可以较快判断一些分子或离子的构型。

例题锇的名称源自拉丁文，原义“气味”，这是由于锇的粉末会被空气氧化为有恶臭的OsO4（代号A，熔点40℃，沸点130℃）。A溶于强碱转化为深红色的[OsO4（OH）2]2-（代号B），向含B的水溶液通入氨，生成C，溶液的颜色变为淡黄色。C十分稳定，C是A的等电子体，其中锇的氧化态仍为+8价。红外图谱可以检出分子中某些化学键的振动吸收，红外图谱显示C有一个四氧化锇所没有的吸收峰。C的含钾化合物是黄色的晶体，与高锰酸钾类质同晶。

（1）写出C的化学式。

（2）写出A、B、C最可能的立体结构。

解析：首先我们从C与氨反应的产物知道C中含有氮元素。如果用氮替换O，由于N是第ⅤA元素，有5个价电子，而O是第ⅥA元素，有6个价电子；每进行一次替换使C增加一个负电荷；然后再从C的含钾化合物“是高锰酸钾类质同晶”这个信息中确认C是-1价离子，

于是可以确定C中只有一个N，它的化学式应该是OsO3N-，这个结构与C中有一个OsO4没有的化学键是吻合的。

A（OsO4）：价电子总数=8+0=8，价层电子对数目=8÷2=4，成键电子对数目=4，孤电子对数=4-4=0，故结构为正四面体。

B（[OsO4（OH）2]2-）：价层电子总数=8+1×2+2=12，价层电子对数目=12÷2=6，成键电子对数目=6，孤电子对数=6-6=0，故结构为八面体（因六个化学键不同，不会是正八面体）。 C（OsO3N-）：与OsO4互为等电子体，故结构为正八面体。 答案：（1）OsO3N-。 （2）如图1。

作者单位：河北省邯郸市第一中学高三B2班