基本介紹
- 中文名：孤對電子
- 外文名：lone-pair electron
- 性質：未成鍵的價電子
- 作用：使分子的鍵角變小
- 影響：導致部分分子構型的改變
- 實例：氨分子的氮原子上有一對孤對電子
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解釋
原子形成分子後，為滿足八隅體結構，某些原子上還有未用於成鍵的價電子存在，它們被稱為非鍵電子或未成鍵電子(nonbonding electrons)或孤對電子（lone-pair electron）、未共享電子。例如，氧原子有6個價電子，帶2根鍵的中性氧原子上還有4個(2對)未成鍵電子。分子中的N、S、P、X(鹵素)也帶有孤對電子。孤對電子的存在與否和有機分子的理化性能密切相關，因此，我們要注意它們的存在狀態。
某些分子中帶不正常價鍵數的某些原子還會帶有形式電荷(formal charge)。一個共價鍵上的電子歸兩個成鍵原子共有，故不論極性如何，每個原子形式上有一個電子。
影響作用
分子或離子未共享價層的電子對。孤對電子在分子中的存在和分配影響分子的形狀、偶極矩、鍵長、鍵能等，對輕原子組成的分子影響尤為顯著。路易斯鹼(Lewis)的鹼性，配體通過配位原子與中心體的鍵合，親核反應的發生等均通過孤對電子。
舉例說明
例如，氨分子的氮原子上有一對孤對電子；水分子的氧原子上有兩對孤對電子等。由於孤對電子的電子云比成鍵電子對在空間的伸展大，對成鍵電子有更強的排斥作用，致使分子的鍵角減少。如甲烷無孤對電子，鍵角為109.5℃，而氨和水分子的鍵角分別為107°和104.5°。在描述分子幾何構型時，不包括孤對電子，故甲烷分子為四面體；氨分子為三角錐形而水分子則為彎曲形。
相關知識
價層電子對互斥理論（英文：ValenceShellElectronPairRepulsion，簡稱為VSEPR），是一個用來預測單個共價分子形態的化學模型。理論通過計算中心原子的價層電子數和配位數來預測分子的幾何構型，並構建一個合理的路易斯結構式來表示分子中所有鍵和孤對電子的位置。
價層電子對互斥理論的基礎是，分子或離子的幾何構型主要決定於與中心原子相關的電子對之間的排斥作用。該電子對既可以是成鍵的，也可以是沒有成鍵的（叫做孤對電子）。只有中心原子的價層電子才能夠對分子的形狀產生有意義的影響。分子中電子對間的排斥的三種情況為：孤對電子間的排斥（孤-孤排斥）；孤對電子和成鍵電子對之間的排斥（孤-成排斥）；成鍵電子對之間的排斥（成-成排斥）。分子會盡力避免這些排斥來保持穩定。當排斥不能避免時，整個分子傾向於形成排斥最弱的結構（與理想形狀有最小差異的方式）。孤對電子間的排斥被認為大於孤對電子和成鍵電子對之間的排斥，後者又大於成鍵電子對之間的排斥。因此，分子更傾向於最弱的成-成排斥。配體較多的分子中，電子對間甚至無法保持90°的夾角，因此它們的電子對更傾向於分布在多個平面上。
