为什么甲烷的分子结构式是正四面体?

题目

为什么甲烷的分子结构式是正四面体?

答案

首先,甲烷的一氯取代物没有同分异构体.说明甲烷中的四个氢是完全等价的,于是甲烷的分子结构就是一个C和4个氢通过完全等价的连接方式在空间中存在.于是我们可以想象出来这样的结构只有正方形（C在中心）或者正四面体（C在中心）.
其次,甲烷的二氯取代物也没有同分异构体.假设甲烷的结构是正方形,那么相临顶点上的取代和对角线两个顶点的取代是不等价的,也就是说,假如结构是正方形,那么甲烷的二氯取代物有2种.这和实验事实不相符.而正四面体正好满足实验得到的结果.
所以甲烷的分子结构是正四面体.这个问题是典型的利用取代物来测定分子结构的例子