電負度( Electronegativity)（二）：極性與氫鍵

電負度( Electronegativity)（二）：極性與氫鍵
台北縣立三民高級中學化學科林秀蓁老師/國立台灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

原子和原子之間因作用力結合，能量降低形成化學鍵，根據路易士的鍵結理論，如果形成鍵結的原子為不同元素，其元素電負度不同造成對鍵結電子對的吸引力不同。由於電負度差異，相對於電負度較小的元素，電負度較高的元素對鍵結電子對的吸引力較大，故視電負度較高的元素帶部分負電荷(δ-)，電負度較小的元素帶部分正電荷(δ+)。因為分子間的共價鍵之鍵結電子對非均勻分布，所以稱此共價鍵(covalent bond)帶有極性(Polarity)，為極性共價鍵(Polar covalent bond)。共價鍵的極性大小和鍵結原子的電負度差有關，電負度差越大，共價鍵的極性愈大，當電負度差超過1.5就變成離子鍵了。極性共價鍵極性的方向為正電荷指向負電荷的方向。

圖一、極性共價鍵

當分子擁有極性共價鍵時就有可能形成具有極性的分子，由於極性具有方向性及大小為一向量(vector)，分子的極性為其所有共價鍵極性的向量和；當分子的極性向量和不為零時此分子為極性共價分子(polar covalent molecule)。例如：CO₂，雖然C-O為極性共價鍵，但是兩個C-O鍵夾角180度極性向量相互抵消，故CO₂分子不具極性；NH₃，有三個N-H極性共價鍵，且因分子為三角錐形，三個極性鍵的向量和不為零，故NH₃為極性共價分子。

圖二、極性分子鍵與分子極性（紅色危極性鍵，藍色為分子極性）

極性共價分子具有較高的分子間作用力，故其沸點與熔點較高，且極性分子在電場受電場效應影響可整齊排列（圖三）。

圖三、外加電場對極性分子之位向效應

某些含氫化合物的分子間引力非常強大；氫與電負度特強之元素，以共價鍵鍵結而具有極高沸點，例如HF、H₂O、NH₃均較其各族之其它氫化物具有不尋常的高沸點，此分子上的氫與另一電負度特強原子上的非鍵結電子對相吸引，形成較強的分子間引力，稱為氫鍵(hydrogen bond)。除高沸點外，與氫鍵相關化合物亦有較高的熔點、熔化熱、汽化熱及黏度，而在生物體中蛋白質α螺旋、DNA雙螺旋、細胞分裂及合成蛋白質，氫鍵在分子結構上扮演重要的關鍵。

參考資料：
1. Charles E.Mortimer，吳惠平 譯述，《大學化學》，科技圖書股份有限公司，民國84年。
2. 曾國輝 編著，《原子結構》，建宏出版社，民國84年。
3. 曾國輝 編著，《典型元素》，建宏出版社，民國84年。
4. WIKIPEDIA網站–Electronegativity   http://en.wikipedia.org/wiki/Electronegativity

關鍵字：
電負度(electronegativity)、極性(polarity)、極性共價分子(polar covalent molecule)、極性分子靜電場之位向效應、偶極矩(dipole moment)、氫鍵(hydrogen bond)。