(本篇博文的原文中有笔误,现已更正,特此致歉。请引用的老师注意更正。)
福建省2011年化学省质检结构模块的选做试题,要求考生解释FB3分子中B—F键键长为什么短于BF4-离子中的B—F键键长。
考生必须了解BF3分子、BF4-离子的结构,才能正确回答。
硼的最外电子层电子排布是2s22p1,在与氟形成的三氟化硼(BF3)分子中,B原子的1个2s电子激发到2p轨道,以sp2杂化轨道与3个氟原子形成3个σ键。分子具有平面正三角形结构。位于中心的B原子未形成8电子结构,有一个垂直于分子平面的p空轨道。3个氟原子中的任一个,都可能提供1个全充满的2p轨道,与硼原子的空p轨道形成π键。在BF3分子中存在离域π键(π46键)即存在由4个p轨道提供的6个电子组成的大π键,它是4个原子共有的共价键。因此,分子中B—F键键长(130pm)短于成键原子的共价半径之和(152pm)。
氟化硼结合一个氟离子,形成的BF4-离子时,氟离子提供1对2p电子填充到硼原子的空轨道中,形成一个四面体分子。在该分子中,硼原子以sp3杂化轨道成键,形成正四面体分子,π键不复存在,键长变长。