2009年8月25日 星期二

有機化學的基礎115 可見光與紫外線光譜(下)

  


徐弘毅:


1.       紫外線和可見光,能量高於紅外線光,所以撼動化學鍵的能力也較強。


2.       紅外線光,能改變有偶極矩(極性)的化學鍵長度或角度,使它伸縮或擺動,不改變化學鍵的強度。


3.       那些有偶極矩的化學鍵,本身已經在伸縮或擺動,它們吸收紅外線光的能量之後,加速原本的運動,來消耗掉新增的能量;紅外線光譜,就是記錄每一種化學鍵的運動,能吸收什麼樣的紅外線。


4.       紫外線和可見光,可以改變沒有偶極矩的化學鍵的強度。紫外線光的能量,可以推動「雙鍵」在「π系統」的電子,把電子從穩定、省力的「鍵結軌域π」,推到不穩定、耗費力氣的「反鍵結軌域π」。這是什麼情形呢?


5.       原子與原子,以雙鍵鍵結,其中一個化學鍵是σσ鍵是比較強的化學鍵,二原子核之間充滿密密麻麻的電子雲,價電子(原子最外層的電子)就位於二原子核的中間地帶。


6.       π鍵,是由二原子的外層獨立p軌域構成,p軌域邊緣重疊,引力交互作用成一個比較輕的π鍵。


7.       組成π鍵的p軌域,沒有密密麻麻的電子,只有每個原子各自提供的一個電子,在自己原子核的引力範圍內活動,用電子些微的磁力互相吸引,這就是「鍵結軌域」;


8.       教科書認為,二個p軌域的電子,一個維持在原本的p軌域鍵結軌域,另一個跑到空的p軌域反鍵結軌域,π鍵因此斷裂。


9.       這個解釋的主要問題是:p軌域模型太過靜態,幾乎是固定不動的,不合乎現實。我們注入額外的光能,推擠電子,化學鍵勢必旋轉或伸縮。


10.   如果化學鍵旋轉,二個原子的p軌域就不會一直重疊,應該是一時重疊,一時錯開;重疊就被視為鍵結軌域,錯開就被定義為反鍵結軌域。


11.   此外,電子被推離原本的軌域了,代表二原子之間的引力改變,化學鍵長度不可能一直維持一樣,應該是一時長,一時短;太長或太短都是反鍵結軌域,中等長度就是鍵結軌域。


12.   再進一步分析,我們讓分子吸收紫外線光,就是對π鍵貫注大量的光子,突然之間,形成π鍵的2p軌域,被太多的光子填滿,使得p軌域原本的電子,被推擠到本來去不了的地方「反鍵結軌域」。


13.   如果π鍵上的電子們,進入反鍵結軌域,會是什麼情形呢?以化學鍵伸縮來解釋:


14.   一、二個原子互相遠離一些,使二個原子的p軌域不交疊,造成π鍵斷裂;


15.   二、二個原子更靠近,p軌域大大重疊,電子活動空間不夠,使電子被逼到其它地方,造成π鍵斷裂;


16.   教科書所說的「反鍵結軌域」,是指以上二種可能情形。


17.   被光能激化之後,分子的π系統不穩定,π系統的電子,應該是一下子進入反鍵結軌域,一下子退回鍵結軌域,這個擺盪的過程,會逐漸消耗掉紫外線光的能量,使分子重新回到自己原本的「π鍵結軌域」的平衡狀態。


18.  一個穩定的社會,如同一個分子,分子的化學鍵可能因為外在光能的刺激而改變。一個孕育文明的族群,必定比其他的族群承受更多現實考驗。任何一個現代人十分推崇的學術,在一開始的時候是篳路藍縷、萌芽於荒野洞穴之中。任何一個開創者都會挑戰權威。


19.   有關愛琴世界(愛琴海上諸島嶼、伯羅奔尼撒半島、愛琴海沿岸)的神話,無疑是一種最古老的神話。從有關的神話中,人們不僅感受到美麗和富有詩意,而且還感受到時間的深邃和幽遠。


20.   宙斯,誕生的神話故事,往往立即就將人帶入了一個飄渺而又空虛的語境。克洛諾斯,是天神烏拉諾斯和地神該亞的兒子;他與他的妹妹,一位掌管歲月流逝的女神瑞亞,生下了許多兒女。但是每個男孩剛出生,就被做父親的克洛諾斯吞吃掉。因為克洛諾斯,是時間的創造力與破壞力,時間吞噬一切,它不斷破壞自己所創造的一切


21.   然而這種狀況不能再繼續下去了,神諭瑞亞說:你將要生一個兒子,他將推翻其父克洛諾斯,成為宇宙之主而統治世界。


22.   當瑞亞感到嬰兒在腹中胎動時,她就悄悄地從天上來到一個山谷,躲藏在一片茂密的樹叢中,在那裡生下一個叫宙斯的神。她用清澈的泉水給嬰兒洗完澡後,用襁褓包好,把他委託給一個仙女,讓她把嬰兒報到克里特島一個隱蔽得很好的山洞裡。


23.   宙斯剛長出鬍子,成為一個英俊青年時,他就推翻了其父的統治,取而代之,開始治理世界。宙斯與巨神泰坦,進行了十年大戰,最後宙斯依靠庫克羅普斯和三個百臂巨人,終於戰勝了強大的對手。從此,天和地都只服從宇宙的唯一統帥宙斯。


24.   天與地,二者的結合,誕生了「大自然」與「時間」這二兄妹。


25.   大自然,充滿了創造力與破壞力,與「時間」相結合的產物,都被大自然的生態所吞吃。


26.   最後,要誕生可以克服大自然、征服大自然的「宙斯」,他要推翻大自然的暴行。當然,還要與其他的族群進行生存競爭,過程一定不輕鬆,需要學會結盟合作、權利分配。這也是人類初期的歷史縮影。

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