[科普中国]-等电子体

等电子体是指价电子数和原子数（氢等轻原子不计在内）相同的分子、离子或原子团。有些等电子体化学键和构型类似。可用以推测某些物质的构型和预示新化合物的合成和结构。运用等电子原理预测分子或离子的空间构型时，不能简单的认为价电子数相等的两种微粒即为等电子体，必须注意等电子体用于成键的轨道具有相似性。可采用同族元素互换法、价电子迁移法、电子—电荷互换法判断等电子体。

等电子原理具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子具有相同的结构特征，这一原理称为等电子原理，满足等电子原理的分子、离子或原子团称为等电子体1。

等电子原理深度理解等电子原理中所讲的“电子数相等”既可以是指总电子数相等（如CO和N2，均为14），也可以是指价电子数相等（如N2和CN-，均为10）。因而互为等电子体的微粒可以是分子，也可以是离子。注意的是，等电子原理中所指的“原子数相等”通常指的是重原子（原子序数≥4）个数相等；若按价电子数相等计数时，此时价电子总数包括重原子（原子序数≥4）提供的价电子以及轻原子(H、He、Li)用来与重原子成键的电子，如N2和C2H2互为10电子体，其中，C2H2的总电子数就包括两个H原子与C原子形成C-H键的电子。此外， “结构相似”也是针对重原子而言。因此，等电子原理也可以理解为：重原子数相等，总电子数相等的分子或离子，重原子的空间构型通常具有相似性。

等电子原理的适用范围运用等电子原理预测分子或离子的空间构型时，不能简单的认为价电子数相等的两种微粒即为等电子体，必须注意等电子体用于成键的轨道具有相似性。例如CO2和SiO2，若单从价电子数相等角度考虑，二者看似互为等电子体，实则不然，两者的空间结构相差甚远。原因是，在CO2中，除了C原子以sp杂化轨道分别与2个O原子的p轨道以s键结合，还有2个p键；而SiO2中Si原子以sp杂化轨道分别与4个O原子的p轨道以s键结合。因此，成键轨道是否具有相似性是运用等电子原理判断分子或离子空间构型的前提2。

等电子体的判断如果仅从概念字面出发，判断与A粒子互为等电子体的B粒子的化学式，往往感觉无从下手，或东拼西凑的试写，试写也往往只注意“价电子数”或“原子数”相同某一方面而错答。如写CH4分子的等电子体时许多学生写成NH3（原子数不同）、CCl4（价电子数不同）等，至于再稍复杂一些的，错的更多，实际体现为问题解决方法的欠缺。等电子体的判断一般可采取以下几种方法3：

同族元素互换法即将既定粒子中的某元素换成它的同族元素。如：

（1）CCl4的等电子体确定：换IVA族元素有SiCl4 、GeCl4 等；换VIIA族元素有CF4 、CBr4 、CI4、CFCl3、……；同时换可有SiF4、SiFCl3、……。

（2）CO2的等电子体确定：可将O原子换为S原子得COS、CS2，注意不能将C原子换为Si原子，因为CO2和SiO2的结构不同（前者为分子晶体，后者为原子晶体）。同理，不能将BeCl2的等电子体确定为MgCl2或BeF2（后两种为离子晶体）。

（3）SO4的等电子体确定：将一个O原子换为S原子得S2O3；NO3的等电子体可确定为PO3。

（4）对于原子晶体类也可作类似推导：金刚石Cn与晶体硅Sin互为等电子体。

价电子迁移法即将既定粒子中的某元素原子的价电子逐一转移给组成中的另一种元素的原子，相应原子的质子数也随之减少或增加，变换为具有相应质子数的元素。一般来说，讨论的元素为s区或p区元素，即主族元素居多，通常相关元素的族序数满足A+B=C+D（或A+B=2C）关系的，可考虑将A、B等个数换为C、D（或1A、1B换为2C）。如：（1）CO2的等电子体确定，除了上述结果以外，还可以采用价电子迁移法：C、O原子的价电子数分别为4、6，从周期表中的位置看，中间夹着N元素，N原子价电子数为5，一个O原子拿一个电子给C原子，在电性不变条件下质子数同时变为7（价电子同时变为5），则可换为两个N原子（由此也可以看出N2与CO互为等电子体）得N2O；如果将C原子的两个价电子转移给两个O原子，元素原子分别转换为1个Be、2个Cl，就可以得到CO2的另一个等电子体BeCl2。同样可以判断：金刚石C2n与晶体硅Si2n的等电子体还可以为金刚砂 (SiC)n、GaAs、AlP等；石墨C2n与白石墨(BN)n互为等电子体；无机苯B3N3H6与有机苯C6H6 互为等电子体。（2）离子之间的等电子体也可以推导：与N3的等电子体查找方法，可将2个N原子换为1个C原子和一个O原子可得CNO-。

电子—电荷互换法即将既定粒子中的某元素原子的价电子转化为粒子所带的电荷。这种方法可实现分子与离子的互判。如：CN-的等电子体查找可用N原子1个电子换作1个负电荷，则N原子换为C原子，离子带2个负电荷，其等电子体即为C22-；反之，将CN-的电荷转化为1个电子，该电子给C原子，即得N2，若给N原子即得CO。同样可判断HNO3的等电子体为HCO3-；ICl4-与XeCl4互为等电子体。

常见等电子体中学常见的等电子体价电子数有8、10、14、16、18、24、26、30、32、48十种，按照重原子总数的不同可以归类如下4：

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本词条内容贡献者为:

李廉 - 副教授 - 中国矿业大学