徐弘毅:
1. 氧的陰電性,來自於它的電子群構成的半徑太短,不足以遮蔽原子核的正電引力,因此,氧不像碳那樣穩定,基本上,它隨時都準備好要搶奪電子。
2. 因此,任何一個分子群,如果其中有氧原子,那就出現不穩定因素,因為,氧會不斷地搶奪與它鍵結的原子的共價電子,這個特性,導致氧與其他原子所形成的化學鍵會被極化:化學鍵的一端比較正極(缺電)、另一端比較負極(帶電)。
3. 氧,有能力極化任何化學鍵,搶奪化學鍵上的電子靠近自己;而雙鍵的「π鍵」上的電子,位於比較遠離原子核的電子軌域(在獨立的p軌域、不是在比較靠近原子核的混成軌域),更容易被強勢的氧奪走;
4. 因此,一個分子如果含有氧、又有雙鍵,那就會出現「π鍵」上的電子一下被氧徹底奪走,一下又回到原位的狀態,這來來回回的變化,稱為共振。
5. 醛、酮、羰酸這類分子,既含有氧,又有碳氧雙鍵,因此出現各種共振結構。
6. 在一個由碳骨架所組成的苯環中,共振使得苯環異常穩定,這是因為碳本身沒有陰電性,是中性的;
7. 可是,由氧和碳組成的碳氫分子群中,共振使得醛、酮、羰酸不穩定,變得容易被親核劑或親電劑攻擊,這是因為氧本身有強大的陰電性,共振時,氧會徹底奪走電子,造成某些原子變成正極、某些原子變成負極,容易與親核劑或親電劑「異性相吸」。
8. 氧的陰電性,不只造成分子容易與親核劑或親電劑起反應,甚至造成某些分子主動呈現酸性。
9. 在羰酸中,氧從「π鍵」奪走電子的動作,像骨牌一樣,讓碳、氧接連失去電子,並且徹底奪走尾端的氫原子的電子,導致氫原子核脫離分子系統,以質子的形態釋出(注),呈現酸性。(注:依據不忍斯特的定義,會釋出質子物質稱為「酸」。)
10. 醇的酸性,沒有碳酸那麼強,主要的原因是:醇分子沒有雙鍵,只有單鍵「σ化學鍵」,「σ化學鍵」的電子比較靠近各個原子核,比較被原子核的引力所控制,氧的力量不足以徹底奪走「σ化學鍵」上的電子。
11. 共振,電子在不同化學鍵間來回移動,好像潮汐那樣,也好像彈簧伸縮,這個移動的力量,由受原子核吸引的電子的加速度產生,它打破了分子原本的慣性,在電子移動擺盪的二端,造成一個反彈的作用力,這破壞,羰酸分子群結構最脆弱的氫原子鍵結,把最尾端的質子反彈出去,使得羰酸的酸性遠高於醇(醇沒有共振結構)。(參考 牛頓的慣性、重力加速度、作用力與反作用力運動定律)
12. 這一切的變化來自於物質世界的基本原理。物質,由質點與空間所組成,在空間中,質點之間的距離、質點本身的質量都會影響引力的大小。(參考德謨克利德與牛頓萬有引力)
13. 在含有氧的化合物世界,不能不注意到氧這個質點的特性。氧,會極化化學鍵,縮短質點之間的距離,另一方面,氧原子本身的質量又大於碳,容易吸引電子,最後,加上,「π鍵」的電子較遠離其他原子的原子核,給氧發揮搶奪電子功力的機會;
14. 於是,醛、酮、羰酸等含氧分子,變得它較有能力吸引其他分子的電子靠近自己,或較容易與有極性的分子(親核劑、親電劑)起化學反應作用、甚至逼使某些化合物吐出質子,展現酸性特質。
沒有留言:
張貼留言