水中氢氧键角为什么是104°5′?

题目

水中氢氧键角为什么是104°5′?
从微观角度解释,电子,原子,等等!

答案

一个水分子由二个氢原子和一个氧原子以共价健构成.方式分布在三个p轨道中,氧原子的py和pz轨道中电子未饱和.当和氢原子化合时,氢原子的一个1s电子和氧原子的一个2p电子配对,即共用电子对,使两种原子的最外电子层都达到稳定结构——这就是所谓的氢氧共价键.虽然氧原子的py和pz轨道应是彼此互相垂直的,不过由于两个氢原子上的正电荷彼此互相排斥以致水分子的两个氢氧共价键的角度必须比90°大.如果将水分子想象成一个四面体,以氧原子处在四面体的中心,两个氢原子和两对未共用电子占据四面体的角顶上,那么可以把这个四面体画在一个立方体中,以四面体的角顶占据在立方体八个角顶中的四个角顶位置上,那么两个氢氧键之间的角度应该是109°.但对水分子结构中的O—H 键长和H—O—H 键角的科学研究并未得到一致.气态水分子：Bartlett[3]计算出O—H键长和H—O—H 键角分别为0.09570nm ,104.59°；Benedict[4]研究认为,O—H 键长和H—O—H键角分别为0.09572nm 和104.52°.液态水分子：Thiessen[5]报道,O—H为0.0966nm,∠H—O—H为102.80°；Soper[6]报道,O—H为0.0980nm,∠H—O—H 为105.48°.Coronaiu[7]计算获得,242K～361K区间O—H为0.09800 nm～0.09756nm,∠H—O—H为100.00°～101.40°.可见水分子结构中的O—H 键长和H—O—H键角存在变化.平时一般认为水分子的两个氢氧共价键所构成的键角是104.5°.