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Chemical Binding
Dept. Phys., Tunghai Univ.93 學年度第二學期‧生物物理
施奇廷
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Ionization Energy and Affinity
Ionization Energy (游離能):將原子外的電子移至無窮遠處的最低能量
Electron Affinity (電子親和力):
eAEA I
AEAeA
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1 J = 0.239 cal, 1 cal = 4.19 J = 2.615×1019 eV = 3.035×1023 K = 6.323×1033 Hz
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1 J = 0.239 cal, 1 cal = 4.19 J = 2.615×1019 eV = 3.035×1023 K = 6.323×1033 Hz
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Electronegativity Electronegativity eN:為 Linus Pauling 所提出,綜合游離能與電子親和力的數值,訂出 eN值,見 p.14 表 2.2
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eN and Strong Bonds Strong bonds: 牽涉到電子的轉移或共用,吸引力較強的鍵結,依據參與鍵結的兩個原子 eN的大小分為三類: 離子鍵( ionic bond ): eN一大一小 共價鍵( covalent bond ): eN皆大 金屬鍵( metallic bond ): eN皆小
Strong Bonds 亦稱為化學鍵 共價鍵與離子鍵具有很強的方向性
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Single Bond 單鍵、雙鍵等概念用於共價鍵之分類 單鍵:又稱為鍵,由兩個原子各自提供一個半填滿的電子軌域,共用一對電子
鍵對分子結構最重要的影響:具有旋轉對稱性,可以自由旋轉
Example : HF (p.16 Fig 2.3) , H 有一個半填滿的 1s 軌域,而 F 有一個半填滿的 2pz軌域,兩原子並各提供一個電子
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Double Bond 雙鍵:又稱為鍵,由兩個原子各自提供兩個半填滿的
電子軌域,共用兩對電子 鍵(或多鍵)對分子結構最重要的影響:不具有旋
轉對稱性,無法自由旋轉,構成較為剛性的區域 欲使鍵角旋轉則必須付出能量( p.18, Fig.2.5 ) Example :氧原子有 8 個電子,分別填入 1s 與 2s 軌
域各 2 個,剩下四個填入三個 2p 軌域,根據 Hund’s rule ,必須填滿 2px; 2py、 2pz各填一個
如此兩個氧原子可共用 2py、 2pz之軌域與電子( p.17, Fig.2.4 )
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Special Atom: Carbon 碳是有機分子中最常見的元素 碳最多可以形成四個鍵結,如 CH4 碳原子的電子組態: 1s22s22px
12py1
為何能形成四個鍵而不是兩個鍵? 為何 CH4 的鍵角會形成一個正四面體?
形成四個鍵與正四面體的方式: Electron promotion :電子組態先變為能量較高的激發態 1s22s1
2px12py
1pz1(能量升高)
Wave function hybridization :原來的 2s 與 2p 軌域混成,變為新的軌域或波函數 sp3(能量升高)
形成化學鍵(能量降低) 由於形成了四個化學鍵,所降低的能量足以彌補前兩個步
驟所升高的能量
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Secondary Bonds 化學鍵讓原子結合形成了分子,然而這些分子又可以形成不同的凝聚態→同樣分子可具有不同的態,不同的分子可以有相同的態
對巨大的分子而言,單一分子也可能有不同的構型
由於這些與分子內的鍵結無關,因此分子間(或分子內的原子團間)必定存在不是以上討論之化學鍵之內的交互作用力→稱為次級鍵、弱鍵或是物理鍵
這些次級鍵亦皆來自電磁交互作用
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Types of Secondary Bonds
Van der Waals bond (凡得瓦力) Hydrogen bond (氫鍵) Hydrophobic bond (疏水鍵) The detailed interaction of these bon
ds will be discussed in the next chapter
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Problem 1
何謂 ionization energy 與 electron affinity ?對同一種原子而言,大部分的電子游離能絕對值比電子親和力大,為什麼?
Hint :EI
EA