价壳电子对排斥理论

价壳电子对排斥（VSEPR）理论，是化学中用来预测单个分子的几何形状的模型，从其中心原子周围的电子对数量来预测。它也被命名为Gillespie-Nyholm理论，以其两个主要开发者RonaldGillespie和RonaldNyholm命名。VSEPR的前提是，一个原子周围的价电子对倾向于相互排斥，因此，将采取一种使这种排斥力最小化的排列。这反过来又降低了分子的能量，增加了它的稳定性，这决定了分子的几何形状。Gillespie强调，在决定分子几何方面，由Pauli排斥原理引起的电子-电子排斥力比静电排斥力更重要。VSEPR理论的见解来自于对分子电子密度的拓扑学分析。这种量子化学拓扑学（QCT）方法包括电子定位函数（ELF）和分子中的原子量子理论（AIM或QTAIM）。因此，VSEPR与基于波函数的方法（如价键理论中的轨道杂化）无关。

VSEPR理论被用来预测分子中中心原子周围的电子对排列，特别是简单和对称的分子。在这个理论中，中心原子被定义为与两个或多个其他原子结合的原子，而末端原子只与一个其他原子结合。例如，在异氰酸甲酯（H3C-N=C=O）分子中，两个碳和一个氮是中心原子，而三个氢和一个氧是末端原子。中心原子及其非键合电子对的几何形状又决定了整个大分子的几何形状。在画出分子的Lewis结构，并将其扩展以显示所有的成键基团和孤独电子对之后，就可以确定中心原子价层中的电子对数量。在VSEPR理论中，双键或三键被视为一个单键组。与中心原子成键的原子数和由其非成键价电子形成的孤对数之和，被称为中心原子的立体数。电子对（如果存在多个键，则为电子组）被假定位于以中心原子为中心的球面上，并倾向于占据通过最大化它们之间的距离而使其相互排斥力最小的位置。因此，电子对（或电子组）的数量决定了它们将采用的整体几何形状。例如，当中心原子周围有两个电子对时，当它们位于球体的两极时，它们的相互排斥力最小。因此，中心原子被预测为采用线性几何结构。如果中心原子周围有3个电子对，将它们放在以原子为中心的等边三角形的顶点上，它们的排斥力就最小。因此，预测的几何形状是三边形。同样地，对于4个电子对来说，最佳的排列方式是四面体。作为预测采用一定数量电子对的几何形状的工具，一个经常使用的最小电子对斥力原理的物理演示是利用充气的气球。

通过处理，气球获得了轻微的表面静电荷，导致它们在茎部绑在一起时采用的几何形状与相应数量的电子对大致相同。例如，五个气球绑在一起，就像PCl5分子的五个键对一样，采用三叉双锥体的几何结构。

分子中一个中心原子的立体数是与该中心原子结合的原子数，称为其配位数，加上中心原子上的孤独价电子对数。例如，在SF4分子中，中心硫原子有四个配位体；硫的配位数是四。除了四个配体之外，硫在这个分子中还有一个孤对。因此，立体数是4+1=5。

通过区分成键电子对和非成键电子对，可以进一步完善整体的几何形状。