化學鍵

離子鍵、共價鍵、配位鍵、分子間作用力、能帶理論、分子光譜

共價有機骨架

共價有機骨架(Covalent Organic Framework,COF)
中央研究院化學所博士後研究員 梁家榮

聚合物 (polymer) 的研究是透過各種不同的有機合成方式,合成出許多種經由重複相同單元,形成線形的一維高分子結構。為了使分子結構可以被設計成,應用在儲存或分離氫氣、甲烷、二氧化碳等氣體的材料上,化學家開發出許多重複相同單元的多孔性三維共價有機骨架。共價有機骨架和金屬有機骨架 (Metal-Organic framework, MOF) 類似,都是具有多孔性的剛性結構。

非典型碳陽離子

非典型碳陽離子 (Nonclassical Carbocation)
中央研究院化學所博士後研究員 梁家榮

碳陽離子一般的生成是由接續在碳原子上的共價鍵斷裂,使離去基 (leaving group) 離去而產生。因為不滿足八隅體的形態,所以是屬於較不穩定的結構。其穩定度可以由不同類型的取代基,使非定域電子 (delocalized electron) 產生共振 (resonance) 效應或利用超共軛 (hyperconjugation) 效應來穩定碳陽離子。

除此之外還有一類碳陽離子,稱為非典型碳陽離子。

齒合度(Denticity)

齒合度(Denticity)
國立新莊高級中學陳偉民退休教師

在配位錯合物中,單一配位基與中心原子鍵結的原子數,稱為齒合度。通常一個配位基中只有一個原子會與金屬鍵結,齒合度就等於一,而這種配位基就稱為單牙基(monodentate或unidentate)。發生鍵結的原子多於一個的配位基,稱為多牙基(polydentate或multidentate)。齒合度和扣數,η(hapticity)不同,當考慮扣數時,一個化學鍵或一系列化學鍵的電子與中心金屬連接,但金屬-配位基的鍵結並未局限於配位基上的單一原子。

齒合度的分類

多牙基是螯合劑或稱鉗合劑(chelating agent),可依其齒合度分類。有些原子無法形成配位基的最大可能鍵數。在那種情況下,配位基有一個或多個結合位置(binding site)未被利用。可以利用這些位置與另一種化學物質鍵結。

分子間作用力

分子間作用力 (Intermolecular force)
國立臺灣師範大學化學系碩士班二年級郭修甫

從微觀的分子世界來看,分子不斷的運動,但其彼此間存在著某些吸引或排斥的力量。由荷蘭物理學家約翰內斯•凡得瓦(Johannes van der Waals)所發現,因此又名凡得瓦力(Van der waals force)。

凡德瓦力(Van der waals force)有三種不同類型,依照分子的極性不同可分為:

1. 偶極-偶極力(dipole-dipole interaction)
2. 偶極-誘導偶極力(dipole-induced dipole interaction)
3. 倫敦分散力(London dispersion force)

接觸角

接觸角 (Contact Angle)
國立臺灣大學化學系學士生張育唐/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

接觸角是在固體表面上,氣體──液體界面與固體表面之間,往液體方向的夾角(圖一)。利用接觸角的大小可以判斷物質表面的親水或疏水程度,接觸角愈小,物質的親水度越好(圖二)。

附著力

附著力 (Adhesive Force)
國立臺灣大學化學系學士生張育唐/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

附著力 (Adhesive Force) 是物質對於不同物質之間的吸引力。相對的,物質對於相同物質彼此的吸引力則是「內聚力 (Cohesive force) 」或稱凝聚力。例如一杯用玻璃杯裝的水,水分子與水分子間有內聚力,而水分子和玻璃分子間存在附著力。

圖一、溶液中水分子與周圍水分子的作用力

吸附

吸附 (Adsorption)
國立臺灣大學化學系學士生張育唐/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

哈柏法製氨,是一個非常重要的催化反應,包含了氫氣、氮氣和固體催化劑三者之間的相互作用;其中反應的第一步始於氣體吸附 (Adsorption) 於固體催化劑的表面。什麼是吸附?吸附,簡單來說就是「一種物質聚集在另一種物質的表面」,也就是「吸附物 (adsorbant) 累積在被吸附物 (adsorbate) 的表面」,這些被吸附物於吸附物的表面形成膜 (Film)。

吸附的原理和表面張力相似,都是物質表面能量的結果。固體中每個分子和分子間都有作用力,在物體的中心,這些力量當然是針對著周圍的分子;然而若分子位於物體的表面,則還會有一些朝著物體外側的作用力,當固體外側出現其他物質時,這些表面分子自然就會吸引固體外側的物質分子 。

電負度(Electronegativity)(三):溶解度(Solubility)、酸的強度(Acidity)

電負度(Electronegativity)(三):溶解度(Solubility)、酸的強度(Acidity)
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

因為共價鍵的鍵結原子之間的電負度差異,造成鍵結原子對鍵結電子對的不對等吸引力,產生分子鍵極性(bond polarity),稱為偶極矩(dipole moment)。由於偶極矩為向量,當分子的偶極矩不為零時,分子具有極性。分子極性可以用來解釋許多分子的物理與化學性質,例如:原子間與分子間作用力─化學鍵、極性、氫鍵、分子結構等性質,而也能讓我們以原子團極性或原子團部分帶電,解釋許多反應的差異─反應方位、活化錯合物(中間體)、酸的強度及溶解度等相關性質。

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。

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