H2O是水的分子式，是地球的主要成分之一。单个分子由两个氢原子和一个氧原子组成，它们通过共价键结合在一起。此外，两个或多个H2O分子在氢键的帮助下连接形成化合物。
有趣的是，共价键比氢键更强，这就是为什么水很容易与元素周期表上的大多数化学元素发生反应的原因。
刘易斯结构，或也称为电子点结构，是确定原子中存在的价电子总数的图解表示，这些价电子准备经历键形成形成分子，最终形成化合物。
价电子在原子符号周围以圆点的形式表示，多数是成对的。
根据八隅体规则，每个原子可以绘制的最大点数是8个。此外，化学键的形成是由价电子的反应所引起的。
氢原子的原子序数是1，所以它的电子排布是1s1。由于1s电子层最多能容纳两个电子，所以还缺少一个电子。
它使一个氢原子只有一个价电子。
除此之外，对于氧来说，它的电子排布是1s2 2s2 2p4其中2p电子层可以容纳6个电子。
由于缺少两个电子，一个氧原子的价电子总数是六个。
价电子是什么?
价电子是存在于原子最外层的自由电子。原子核对外层的束缚很弱，因为它距离最远。
此外，如果价电子是未配对的，它们在本质上通过接受或捐赠电子来稳定其最外层而变得高度活跃。
有趣的是，价电子的数量越多，接受电子的能力就越强。
然而，价电子的数量越少，原子提供价电子的能力就越强。
八隅体规则是什么?
根据八隅体规则，一个原子所能拥有的最大价电子数是8个。此外，这8个电子只围绕着路易斯结构中的原子符号。
氧缺少两个价电子。然而，两个氢原子总共缺少两个价电子。
水的路易斯结构是这样画出来的，每个原子的缺陷都得到了满足。
H2O的路易斯结构
氢和2个氧原子的路易斯结构表明，共有8个价电子参与成键形成一个单一的三原子H2O分子。
在这里，我们需要理解H2O分子的路易斯结构是如何绘制的:
- 看看总价电子:形成一个H2O分子需要8个价电子。
- 看看需要多少电子:根据八隅体规则，一个水分子需要4个电子。
- 求键的总数:每个氧原子和氢原子之间的单个共价键。
- 选择一个中心原子:氧原子将是中心原子
- 画出路易斯图:
水分子的几何结构
氢-氧-氢原子之间的键角(H-O-H)为104.5°。由此可以看出，单个H2O分子的几何结构是弯曲的。
这可以用价层电子对斥力(VSEPR)理论来解释，该理论解释了为什么氧原子上即使有两对孤电子，键角也会减小到104.5°。
弯曲分子的理想键角是109.5°。
根据路易斯结构，当原子周围的价电子都不成对时，就存在孤对。
H2O分子中的氧原子也是类似的情况，其中存在两个孤对。
这些孤对由于孤对-孤对而扭曲了键角，其大于孤对-键对和孤对-键对的斥力。
孤对增大时，键角减小。由于氧原子上有两个孤对，所以键角减小到104.5°。
H2O分子的杂化
水分子中氧原子和氢原子之间的键是σ (σ)键，没有π (π)键。
我们知道，σ (σ)键是最强的共价键。因此，氧原子和氢原子之间有很高的稳定性。
是氧原子上的两个孤对造成了所有的不同。水分子的杂化是sp3，其中氧被杂化。
根据图可以分析，水分子中的单个氧原子有一个2s轨道和三个2p轨道。这四个结合起来形成了四个sp3杂化轨道。
它导致了四面体弯曲几何结构的形成，其中整个H2O分子显示了25%的s轨道特征和75%的p轨道特征。
借助H2O分子的分子轨道图可以进一步解释。
氧原子的2s轨道和3个2p轨道形成4个新的杂化轨道，通过与氢原子的1s轨道重叠而进一步成键。
水(H2O)分子轨道图
分子轨道图是确定化合物分子间化学键的图示。
此外，分子轨道图有助于确定两个sigma键是如何形成的，以及孤对对结构的影响。
从上图可以看出，这六个价电子与氢原子的1s轨道电子成键。
混合和重叠发生在能量相似的原子轨道之间。
它是以这样一种方式发生的，低能量的成键电子正在形成高能量的反键分子轨道。
左边氧原子的电子由于缺乏电子而不再重叠。
氧原子的电负性比氢原子高。因此，氧有较高的负电荷，而氢有正电荷。它使氧吸引附近的电子，最终形成键。
另一方面，氢不与附近的分子反应，因为它已经完成了它的轨道，并通过不易断裂的sigma键与氧结合。
它导致水分子中极性的形成，而不考虑是否有净中性电荷。
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结论
三原子H2O分子的路易斯结构显示氧原子和氢原子之间有两个单sigma键。此外，这些键在氧原子上留下了两对孤电子，这主要促成了H2O分子的四面体弯曲几何结构。
这就是为什么原本应该是109.5°的键角变成104.5°的原因。水分子的杂化是sp3因为它有一个s轨道和三个p轨道混合形成四个杂化轨道。
