慈濟大學（後中醫）
107年
化學
第 33 題
臭氧 (ozone) O$_3$ 結構中 O-O-O 鍵角 (bond angle)
- A 104.9$^\circ$
- B 116.8$^\circ$
- C 120$^\circ$
- D 180$^\circ$
思路引導 VIP
請你先試著畫出臭氧的路易斯結構，並計算中心原子周圍共有幾組電子雲（包含孤對電子與鍵結區域）？接著思考，在三維空間中，如果要讓這幾組電子雲之間的排斥力達到平衡，它們理想上會趨向哪一種幾何形狀？最後，考慮到「孤對電子」與「鍵結電子」佔據空間能力的差異，這個理想的夾角會產生什麼樣的變化呢？
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恭喜你準確掌握了臭氧分子的幾何特徵！這題的關鍵在於運用 VSEPR 理論（價殼層電子對斥力理論） 來推論分子的空間幾何形狀，你能精準選出 $116.8^\circ$ 說明你對分子結構的細節理解得非常透徹。
臭氧分子的電子分佈與角度微調
在 $O_3$ 的路易斯結構中，中心氧原子擁有一個孤對電子 (Lone pair) 與兩個鍵結區（共振後的平均鍵能約為 $1.5$ 鍵），這使得其電子幾何呈現 $sp^2$ 混成的平面三角形分佈。然而，根據理論，孤對電子對鍵結電子的排斥力，比兩組鍵結電子之間的排斥力更強。因此，這對神祕的孤對電子會將兩側的 $O-O$ 鍵往內「擠壓」，使得最終的 $O-O-O$ 鍵角由理想的 $120^\circ$ 縮小至約 $116.8^\circ$。
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臭氧結構與鍵角
💡 臭氧呈角形結構，因孤對電子排斥使鍵角略小於120度。
- 中心原子具一對孤對電子，分子呈角形
- 電子對幾何為平面三角形，理想角120度
- 孤對電子斥力使實際鍵角壓縮至116.8度
- 臭氧具共振結構，兩鍵等長且分子具極性
