水中氢氧键角为什么是104°5′？

一个水分子由二个氢原子和一个氧原子以共价健构成。 方式分布在三个p轨道中，氧原子的py和pz轨道中电子未饱和。当和氢原子化合时，氢原子的一个1s电子和氧原子的一个2p电子配对，即共用电子对，使两种原子的最外电子层都达到稳定结构——这就是所谓的氢氧共价键。虽然氧原子的py和pz轨道应是彼此互相垂直的，不过由于两个氢原子上的正电荷彼此互相排斥以致水分子的两个氢氧共价键的角度必须比90°大。如果将水分子想象成一个四面体，以氧原子处在四面体的中心，两个氢原子和两对未共用电子占据四面体的角顶上，那么可以把这个四面体画在一个立方体中，以四面体的角顶占据在立方体八个角顶中的四个角顶位置上，那么两个氢氧键之间的角度应该是109°。但对水分子结构中的O—H 键长和H—O—H 键角的科学研究并未得到一致。气态水分子：Bartlett[3]计算出O—H键长和H—O—H 键角分别为0.09570nm ,104.59°；Benedict[4]研究认为，O—H 键长和H—O—H键角分别为0.09572nm 和104.52°。液态水分子：Thiessen[5]报道，O—H为0.0966nm,∠H—O—H为102.80°；Soper[6]报道，O—H为0.0980nm,∠H—O—H 为105.48°。Coronaiu[7]计算获得，242K～361K区间O—H为0.09800 nm～0.09756nm,∠H—O—H为100.00°～101.40°。可见水分子结构中的O—H 键长和H—O—H键角存在变化。平时一般认为水分子的两个氢氧共价键所构成的键角是104.5°。

氧外层有六个电子，拿出两个形成两个氢氧键，剩余四个形成两队未共用电子对，同时由于水分子中氧为sp3杂化，这样造成水分子实为四面体构型，氧位于四面体的中心，两个氢占据四面体的两个顶角，两对电子对占据另外两个，这样氢氧氢键之间的夹角就为104°5′

这得从分子的空间结构来讲，水分子的VESPR是SP3杂化，SP3杂化一般是四面体，四面体的理想角度是109度28分，但是因为其中有两个是孤对电子，而我们一般讲结构是不考虑孤对电子的，所以水分子的空间结构是V型，根据斥力顺序，应有：孤对电子与孤对电子的角度大于孤对电子与键合电子对大于键合电子对与键合电子对（角度），所以水中氢氧键角度度数应比109度28分小，所以是10