我們曾經學過

在漫長的演化過程中

生物為了適應不同環境

會不斷發生變化

誕生許多豐富的物種

在微觀的世界裡

化學分子也同樣會因為不同原子間性質的差異

而有不同的分子結構

如果中心原子混成軌域為sp³

當所有混成軌域都與其他相同原子鍵結時

幾何結構看起來就像正四面體

當有混成軌域未鍵結其他相同原子

例如氨和水

形狀就是角錐和角形

當中心原子混成軌域為sp²

例如三氟化硼

其分子形狀為平面三角形

若中心原子混成軌域為sp

例如二氧化碳

其分子形狀則為直線形

經過剛剛的說明

我們複習了sp³、sp²及sp混成軌域

同時也學會了混成後的分子幾何形狀與角度

接下來讓我們來認識其他更複雜的混成型態

還有它們的形狀與角度吧

我們來觀察五氯化磷的結構式

可以看出中心的磷原子與周邊的五個氯原子以σ鍵連結

利用上一單元我們學會的混成軌域觀念

磷原子的電子組態

是由最內層之1s填到最外層之3p軌域

記為1s²2s²2p⁶3s²3p³

最外層的價電子為3s²及3p³

可用來與其他的原子發生鍵結

但是在結合前

磷原子會先將

位於3s軌域的電子提升到3d軌域

此時總共有五個半滿的軌域

接著這五個軌域會進行混成

並形成五個能量均等的混成軌域

我們將這五個軌域稱之為sp³d軌域

sp³d軌域中的s取自於3s軌域中的s

p取自於3p軌域中的p

而3代表用了3個p軌域來進行混成

d則是取自於3d軌域的d

混成後的軌域形狀為雙三角錐

接著磷原子將五個sp³d軌域

分別與氯原子中含有未配對電子的p軌域

以頭對頭的形式重疊

達到電子共用的目的

得到五個磷-氯σ鍵

在XY平面上的氯-磷-氯鍵角為120度

而在Z垂直方向的氯-磷-氯鍵角則為180度

除了五氯化磷之外

自然界還有著許多化學分子也是擁有sp³d混成軌域

例如四氟化硫

我們觀察到硫原子的五個sp³d混成軌域

因為其中一個被孤對電子佔據

而成為了類似蹺蹺板的形狀

三氟化溴也有sp³d軌域

其中兩個sp³d軌域被孤對電子佔據

而成為T字形

二氟化氙同樣也是sp³d混成

由於其中三個sp³d軌域被孤對電子佔據了

因此成為直線形結構

我們看到這些不同的分子形狀

是因為孤對電子與鍵結電子間相互排斥後產生的結果

接著我們來看sp³d²混成軌域的例子

就像同學可以在畫面中看到六氟化硫分子的結構式

在形成鍵結的過程中

硫原子會將一個3s軌域的電子

及一個3p軌域的電子提升到3d軌域

接著進行混成而得到六個能量相同的混成軌域

命名方式如同前面所提

因為用到了一個s軌域、三個p軌域以及兩個d軌域

因此命名為sp³d²

在sp³d²的六個軌域中

均具有一個未成對電子

所以可以和氟原子p軌域中的未成對電子發生鍵結

形成了六根相同的σ鍵

分子形狀為正八面體

其中鉛直方向的氟-硫-氟鍵角為180度

軸上硫-氟鍵和面上硫-氟鍵的夾角為90度

XY平面上的氟-硫-氟鍵角同樣也是90度

同樣的即使均為sp³d²混成

也會因為中心原子上孤電子對數目的不同

而產生強度不同的斥力

進而出現不同的分子形狀

例如：五氟化碘中

中心原子其中一個混成軌域具有孤對電子

因此形狀為四角錐

四氟化氙為平面四方形

請問下列分子中

何者的中心原子混成軌域為sp³d？

首先

當我們畫出這三個分子的路易斯結構後

可以發現A選項和B選項之中心原子有四個混成軌域

因此可判斷其為sp³混成

然而三氟化氯則有五個混成軌域

其中包含三個與氟原子鍵結的軌域

以及兩個被孤對電子佔據的軌域

因此可以判斷中心原子的混成軌域為sp³d

下列何者分子的混成軌域可用下圖表示？

由路易斯結構可知

五氟化溴的中心原子有六個混成軌域

表示溴是以sp³d²混成軌域

與周圍五個氟原子的 p 軌域形成鍵結

且有一個未鍵結的混成軌域被孤對電子佔據

其他選項的分子形狀與混成則如畫面所示

讓我們來總結一下這支影片的學習內容

當五個軌域進行混成

形成五個能量均等的混成軌域

此軌域稱之為sp³d

若混成後形成六個能量相同的混成軌域

則稱此軌域為sp³d²

在軌域重疊的狀況下

電子斥力與能量的平衡

最終會產生不同的分子形狀

像sp³d的混成軌域中

就有蹺蹺板形狀的四氟化硫

T字型的三氟化溴等

在sp³d²的混成軌域中

則有四角錐形的五氟化碘

平面四方形的四氟化氙等

看完影片的介紹

同學們是不是學會了呢？

你可以再試著舉例出其他sp³d

sp³d²之化學分子

也歡迎在影片下方留言區分享你的答案

我們下次見