氢原子位于周期表第一周期第一主族,最外层只有一个电子,氧原子位于周期表第二周期第六主族,最外层有六个电子,氢原子的最外层有满足两个电子的稳定层结构的倾向,而氧原子最外层有满足八个电子的稳定层结构的倾向,又由于它们都是非金属元素,当它们的原子接近时,当斥力和引力达平衡时,氢原子用最外层的一个电子和氧原子最外层中的一个电子配对成键,形成共用电子对,则一个氧原子和两个氢原子共用了两对电子,此时此刻,氢原子最外层达两个电子的稳定层结构,而氧原子最外层达到八个电子的稳定层结构了,再从电子排布亚层上研究,氢原子的最外层上的电子是1S1 亚层,球形结构,没有过方向性,而氧原子的最外层是2S2、2P4(在这里,后面的数字在英文字母的右上角),P电子云是沿X、Y、Z三度空间的伸展方向,互成一定的角度.这四个电子,两个电子单独各占据一个伸展方向,另两个电子同占一个伸展方向,这叫孤对电子(加上1S亚层上的一对电子).所以在水分子中两个氢氧键之间的夹角为109度左右,所以一个氧原子只能和两个氢原子结合成键.
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