臭氧分子中含有几个氧原子?

Question

如题所述

Answer 1

臭氧分子由三个氧原子组成，其分子式为O3。在臭氧分子中，每个氧原子都采用sp2杂化，形成一个三角形的分子结构。位于分子顶点的氧原子除了与另外两个氧原子形成两个σ键外，还拥有一对孤对电子。而另外两个氧原子则各自拥有两对孤对电子。
在三个氧原子之间，存在着一个垂直于分子平面的三中心四电子的离域π键（π34）。这个π键由位于顶点的氧原子提供两个π电子，而另外两个氧原子各提供一个π电子形成。由于氧原子上的孤对电子之间的排斥作用，臭氧分子呈现出等腰三角形的形状，其键角为116.8度，键长为127.8皮米。
通过分子轨道理论对臭氧分子中的π34键进行计算，发现三个氧原子的平行p轨道线性组合形成三个分子轨道。其中，一个是成键轨道（φ1），另一个是非键轨道（φ2），第三个是反键轨道（φ3），这三个轨道的能量依次升高。四个π电子依次填入成键轨道和非键轨道，分子轨道中没有单电子存在，因此臭氧分子表现出抗磁性。
此外，每个氧原子之间的键级为11/2，不足以构成一个完整的双键。因此，臭氧分子的键长（127.89皮米）比氧分子（O2）的键长（120.8皮米）要长，而且臭氧分子的键能也低于氧分子，使得臭氧分子相对不够稳定。