修正版：谈谈水的结构
谈谈水的结构
一个水分子由一个氧原子和两个氢原子组成，因为氧原子外层有六个电子，其中两个分别与两个氢原子的外层单电子形成两个共价键，另外还有两对孤对电子。两键以及两对孤对电子如图所示（
）。在氢氧之间的电子对代表O-H 共价键，另外O上的两对电子即孤对电子。这些电子对彼此排斥，所以H-O-H无法保持在一条直线上，而是与电子对一起形成四面体结构。正四面体中夹角为109.5°。根据价层电子对互斥理论，孤对电子之间的排斥力大于孤对电子和成键之间的排斥力，后者又大于成键之间的排斥力，所以单个水分子的这个四面体结构不是一个正四面体，两个氢氧键的键角（H-O-H)应该小于109.5°。不考虑孤对电子，看上去水分子成V形。
）。在氢氧之间的电子对代表O-H 共价键，另外O上的两对电子即孤对电子。这些电子对彼此排斥，所以H-O-H无法保持在一条直线上，而是与电子对一起形成四面体结构。正四面体中夹角为109.5°。根据价层电子对互斥理论，孤对电子之间的排斥力大于孤对电子和成键之间的排斥力，后者又大于成键之间的排斥力，所以单个水分子的这个四面体结构不是一个正四面体，两个氢氧键的键角（H-O-H)应该小于109.5°。不考虑孤对电子，看上去水分子成V形。实际情形中，水的结构比较复杂。因为水分子用它的两对孤对电子和周围的水分子的氢原子形成氢键，所以几乎无法剥离出单个的水分子，曾经有人提议用（H2O）n代表水。水分子间相互形成氢键，影响水的极化态，从而也影响H-O-H 键角的大小：孤对电子和正常氢氧键的差别减小，对称性会向正四面体靠近。
如果是气态的水，在非常稀薄的情形下，可以认为每个水分子孤立存在，根据计算，两个氢氧键角（H-O-H)是104.474°。
根据实验计算，认为液态水H-O-H 键角为105.5°。
在凝聚相比如天然的六方型雪花和立方冰晶中，水分子之间全部由氢键联系，加上晶体提供的对称性，每个水分子几乎等同于正四面体结构，其中两个氢氧键键角（H-O-H)为109.47°。冰还有其他几种不同的晶体结构，以及两种无定形态，每种中氢氧键键角又因极化态各异而有所不同。
水分子能与外界的某些分子也形成氢键，从而影响水分子的极化态，所以一般的分子模型采用H-O-H 键角为104.52° 到 109.5°。
2009年5月2日于5:31 pm
“在正面体结构中，两个氢氧键夹角（H-O-H)、键与孤对电子间的夹角、还有两孤对电子之间的夹角都是109.47°，”根据价层电子对互斥理论，这个说法是错的。从定性的结论来讲两个氢氧键夹角必定小于109.5°。
2009年5月3日于9:51 am
原文应该是“正四面体”，已更正。
CH4是正四面体结构，四个C-H键等同，所以键键夹角是109.47°。
冰（或雪）中，四个分子的水形成晶格结构，使得每单个水分子近似于一个正四面体结构，不是说非规则的四面体。液体水和气体水中常常是几个水分子因氢键形成cluster（汇聚物？），所以H-O-H键角也相应变化。所以曾经有人认为应该用H2O(n)来代表水，因为无法剥离出单个的水分子。
2009年5月3日于7:28 pm
甲烷应该是这样的。根据价层电子对互斥理论，孤对电子之间的排斥力大于孤对电子和成键之间的排斥力，后者又大于成键之间的排斥力，根据这个理论，水分子成V形，而且两个氧氢键的夹角小于正常的109.47°
2009年5月4日于8:18 am
原理确实如你所说。如果可以剥离出单个的水分子，那么应该是符合这个理论的。可能我文章中说的不够明白：水很特殊。在其晶体结构（冰或雪）中，每单个水分子更近似于一个正四面体结构。见评论2。
2009年5月4日于9:27 pm
总是惊叹不已。
2009年5月7日于11:36 am
谢谢你指出文中的错误。当初写的时候查过一些资料，得到的键角值有好几种，我想应该是如你所说的，取决于测量时水的状态。