[科普中国]-四面体构型

四面体构型是指一分子中的中心原子和四个原子键结，四个原子形成四面体4个顶点的分子构型。若和中心原子键结的4个原子都是同一种原子（例如甲烷CH4），则其键角为109.5°。周期表中有许多元素的化合物都是四面体形分子构型，理想分子有Td的对称点群，但大部分四面体构型分子的对称性较低。四面体分子可能会具有手性。

简介四面体构型是有机化学中描述分子立体化学结构的一种类型。这种构型是非常普遍常见的，最简单的分子例如甲烷就是一个正四面体型的结构，H-C-H所成键角是109.5度。氨分子也可以看做是四面体结构。另外许多金属化合物的晶体构型也是四面体构型的，大部分四面体形构型分子的对称性较低。

举例主族元素化合物四面体形构型的化合物包括所有饱和的有机化合物，大部分硅、锗、锡的化合物也是四面体形构型。像四氧化氙（XeO4）、过氯酸离子（ClO4−）、硫酸根离子（SO42−）、磷酸根离子（PO43−）。三氟化硫氮SNF3也是四面体形构型，其中包括一个硫和氮组成的三键。

过渡金属化合物过渡金属化合物中也有许多是四面体形构型，特别是中心金属组态为d0或d10的金属配合物。金属锌离子、零价镍、钯、铂等有10个电子，这些物种外层除了5个d轨道全充满外，还有一个s轨道和三个p轨道，所以采取sp3杂化，为正四面体。例如像四(三苯基膦)钯、四羰基镍和四氯化钛、四羰基化镍。许多d轨道电子半满的金属配合物也是四面体形构型，例如像铁（II）、钴（II）及镍（II）的四卤化物。

水的结构液态水分子最常见的结构即为四面体形构型，氧原子和二个氢原子形成共价键．再用和其他水分子中的二个氢原子形成氢键。由于氢键的长度不固定，这类的水分子多半没有对称性，会和邻近的四个氢原子形成暂时性的不规则四面体。1

例外和变形四面体形构型的反转常在有机化合物及主族元素化合物中。瓦尔登翻转是指手性中心碳原子发生的构型转换。若将氨也视为四面体形构型（考虑其孤对电子），氨的氮反转中也有出现平面三角形分子构型的过渡态。

反转的四面体构型分子的几何限制会使得理想的四面体构型有明显的变形。有些化合物中有“反转碳”（inverted carbon），其碳原子是四方锥形分子构型。有机化合物中有反转碳构型的包括有螺桨烷，其中最简单的是[1.1.1]螺桨烷，及嘧啶，这类分子有较高的角张力能，因此活性较强。

平面化若碳的四面体构型中，其中二个键的键角被拉大，甚至到四个键变成同一个平面的情形，这类的有机化合物称为窗烷。

拓展《创新教育下培养学生的创新意识——以多种离子都形成正四面体构型的原因分析为例》——通过对硫、磷、氯原子结构的分析，指明这些元素的正酸根离子能形成正四面体构型的原因可能与它们的 dπ-pπ 键有关。而正四面体结构的铵离子应与其四个等效的 N-H（σ）键相关联。既可帮助学生对有关知识的深刻理解和准确掌握，也为培养学生的创新意识提供了范例。2

本词条内容贡献者为:

唐浩宇 - 教授 - 湘潭大学