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有機化學的基礎60(下) 原子間的鍵結與異構物
2009/04/20 19:33
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1.      另一種分類法,是根據與「OH group 氫氧基」鍵結的碳,它與多少個碳氫分子鏈相連來分類,可分為「第一primary (1個鏈相連)、「第二secondary(2個鏈相連)、「第三tertiary(3個鏈相連)

2.      與「OH group 氫氧基」和「碳氫分子群」的那個「碳」,被稱為carbinol carbon甲醇碳。

3.      研究醇類的支鏈結構時,必須了解醇類跟胺類的支鏈鍵結結構有些不同。胺類分子中的「氮」可以跟123個「碳」原子鍵結,可是,醇的「OH氫氧基」的「氧」只能跟一個「碳」原子鍵結,所以,無論怎麼變化,都會保留單獨而突出的「OH氫氧基」。

4.      因此我們會把「OH氫氧基」和「carbinol carbon碳」視為一體來分辨異構物。「1-己醇1-hexanol」的,「OH氫氧基和碳」只跟1個「碳氫分子鏈」連接,所以是「primary alcohol一級醇」;

5.      2-己醇2-hexanol」是「secondary alcohol二級醇」,因為「OH氫氧基和碳」跟2個「碳氫分子鏈」連接;「2-甲基-2-戊醇2-methyl-2-pentanol」是「tertiary alcohol三級醇」,因為「OH氫氧基和碳」跟3個「碳氫分子鏈」連接。(翻譯改寫自Mary Anne Fox, James K. Whitesell的有機化學)


心得推理:

1.      就一個原子來說,「質量」與「引力」的來源來自於「原子核」,所以,所有「外層電子軌域」的活動,都是反應「原子核的引力」狀態。

2.      會發生外層電子的「軌域混合」,主因是「外層電子的活動區域」,是「原子核引力」與「周遭引力」的交界點,這個交界點很容易發生能量流入與流出,在內外力量壓迫下,電子的活動軌域無法完全按照原子核的力量運作,因此出現「混成軌域」。

3.      原子的外層電子,如果是「八隅體」(填滿8個電子),就會比較穩定,這應該是因為原子核有8個質子」的時候,形狀最接近「圓球形」,原子核引力可以擴及球體周圍的每一個角落,控制住所有的電子。「氦」,填滿「2個電子」時最穩定,原理也差不多。

4.      如果原子的外層電子不是八隅體,那就代表原子核的質子,沒有形成完美的球型,無法完全控制所有的電子,必須透過外力來彌補,也與其他原子鍵結是解決問題的方案之一。

5.      把「質子」想成「正電凸起物」,那麼,「質子之間的空隙」就是「凹洞」,如果有其他原子的「質子凸起物」,能夠填補這個「凹洞」,原子核的力量也會接近「圓球形」。

6.      「碳」原子的外層有「4個電子」,這代表電子之下有:「4個凸起的正電質子」與「4個凹下去的中性洞穴」(如果用電極的相對性來看,凹下去的部分可以視為較為負極的區域)

7.      「氮」原子的外層有「5個電子」,這代表電子之下有:「5個凸起的正電質子」與「3個凹下去的中性洞穴」;

8.      同理,「氧」原子的外層有「6個電子」,這代表電子之下有:「6個凸起的正電質子」與「2個凹下去的中性洞穴」。

9.      如同接榫一般,二個原子鍵結就是原子核的凹凸嵌合、正負相吸

10.  碳原子有4個「孔穴」,最多可以跟4個原子或分子群「凸起的質子」嵌合,例如烷類,所以,「碳」最單純的有機分子「甲烷CH4」,中心「碳」可與4個「氫」原子鍵結;

11.  氮原子有3個「孔穴」,可以跟3個原子或分子群「凸起的質子」嵌合,例如胺類;「胺」最單純的有機分子「氨NH3」,中心「氮」可與3個「氫」原子鍵結。

12.  氧原子有2個「孔穴」,最多可以跟2個原子或分子群「凸起的質子」嵌合;「氧」最單純的有機分子「水H2O」,中心「氧」可與2個「氫」原子鍵結。

13.  如果一個原子有2個、3個、4個「孔穴」,卻只跟一個原子或分子群的「質子凸起」鍵結嵌合,結果會如何?

14.  所有凹下去的「孔穴」,受到來鍵結的原子的「質子凸起」的正電吸引,而集中起來,凹下去的「孔穴」紛紛集中之後,也會跟著吸引來鍵結的原子的「質子凸起」也紛紛集中起來,使得二個原子面對面之處,「數個質子凸起」同時對準「數個凹下去的孔穴」嵌合鍵結,化學鍵的「鍵能」因此倍數提升為「雙鍵」、或「三鍵」。

15.  另一方面,如果所有凹下去的「孔穴」都集中到一方,那麼,「凸起來的質子」正電區也會相對集中,這使得原子核出現較為「正極」、與較為「負極」的二個區域;接著,較為「正極」的區域會吸引較多的「電子」。

16.  這會產生二個結果:第一、外層電子集中成不鍵結的孤對電子,因為這些電子被原子核的質子引力絕對控制住了。

17.  第二、形成多重化學鍵,例如「雙鍵」、「三鍵」,同時,「三鍵」的極性強於「雙鍵」、「雙鍵」的極性強於「單鍵」,只要把乙炔、乙烯、乙烷一端的氫原子剝掉,就可以比較極性強弱。

18.  目前,解釋分子結構的圖有:「路易斯點狀圖」強調電子顆粒分布,「混成軌域理論」強調外層電子活動區域,「圓球與棍棒圖」標示原子與化學鍵關係等等,這都是從原子外層電子來解釋分子內的構造,這很客觀,但是沒有對關鍵力量原子核的討論。

19.  雖然「電子」與原子核的「半徑」很大,但是,原子的主要「質量」與「引力」來源是「原子核」,所以,「原子核」的活動才是一切分子構造的關鍵

20.  如果用「質量」與「力量」的角度來比較,「原子核」是很厚重的內餡,「電子殼層」只是薄薄的皮而已,要把二個原子黏起來,光靠薄薄的皮,也就是各自出一顆「電子共價,形成堅固彼此的「化學鍵」,不太可能。

21.  所以,「電子共價」的現象,背後主要的力量是二個原子的「原子核」,而「原子核」的組成是「質子」與「中子」,「質子」與「中子」的互補,才是原子鍵結成分子的力量來源。

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