二氧化矽晶體中存在π鍵嗎？

宮非2022-06-05 14:38:59

2016-01-12

二氧化矽是原子晶體，不是分子晶體，不象水分子一樣獨立存在。

二氧化矽晶體是一個矽原子與 4 個氧原子形成 4 個共價鍵，每個氧原子與 2 個矽原子形成 兩個共價鍵

，因此叫做二氧化矽。反觀在

CO2

分子中的

C

是 sp 雜化，兩個雜化軌道分別與兩個氧成

σ

鍵。

C

剩餘兩個彼此垂直的

2p

軌道 （與

C-σ

鍵也垂直），每個軌道有一個電子，兩側的每個

O

原子的價軌道的三個

2p

軌道中，一個與

C

成

σ

鍵，另外兩個彼此垂直，分別和

C

剩餘

p

軌道平行，即

O-C-O

在垂直於 σ 鍵的兩個方向上分別有三個

p

軌道平行，可形成大

π

鍵，由於每個

O

的兩個

p

軌道的電子是

2，1

和

1，2

與

C

的電子加起來分別是

4

個電子，所以形成的是

π34

鍵

。

二氧化矽為何不能如上段那樣在一個

sp

雜化的矽與一個未雜化的氧之間形成一個

σ

鍵和一個

π

鍵呢？

σ

鍵是沒問題的，麻煩在於

π

鍵。

矽原子較大，相應的兩個半空 p 支軌道的位置較高（與氧的距離也遠了），就像一高一矮兩個人並行，很難做到肩並肩，所以，難以形成這個肩並肩的 π 鍵

。這樣少了一個鍵，兩者結合就不很牢固——體系能量較高。而改變雜化方式後（矽取

sp3

雜化，氧取

sp2

雜化），兩方電子雲重疊得更多——

體系能量下降了，更穩定了

。

當然，哪種雜化方式能使結合後體系的能量最低，需要極為複雜的計算才能給出具體的結果，上邊只是定性的說明。