使用 教育雲端帳號
登入
⇐ Use this menu to view and help create subtitles for this video in many different languages.
You'll probably want to hide YouTube's captions if using these subtitles.
sp3 Hybridized Orbitals and Sigma Bonds
相關課程
- 我們先來複習一下
- 講過的軌域的內容
- 我之前在基礎化學課裏講過
- 我之前在基礎化學課裏講過
- 比如這是
- 原子的原子核 超級小
- 在原子核周圍的第一個軌道
- 是1s軌道
- 大家可以把1s軌道想象成
- 原子核附近的雲
- 這是1s軌道
- 而且它可以容納兩個電子
- 所以第一個電子會進入1s軌道
- 然後第二個電子
- 也會進入1s軌道上
- 例如 氫原子只有一個電子
- 所以它一定在1s上
- 氦原子有兩個電子
- 所以它們也都在1s軌道上
- 1s軌道填滿了之後
- 電子就繼續填到2s軌道上
- 你可以把2s軌道想象成
- 1s外面的一個殼
- 你不能用傳統軌道的概念
- 理解軌域
- 而是要把它看做機率雲
- 也就是電子出現的可能性
- 但是爲了形象化一點
- 就把它想象成1s外面的
- 一個球殼就行啦
- 就想象一個1s軌道外面
- 一層毛茸茸的球殼就好了
- 那麽它就在1s的外層
- 然後下一個電子就會進入這兒咯
- 第4個電子還是進入這兒
- 我這裡標了上下箭頭
- 是因爲第一個
- 填到1s軌道的電子有一個自轉方向
- 然後第二個填到1s上的電子
- 自轉方向相反
- 而且電子都是這樣湊對的
- 它們的自轉方向相反
- 如果我再繼續填電子
- 那就來到2p軌道啦
- 實際上
- 大家可以把2p軌道看成三部分
- 每個部分都能hold住兩個電子
- 所以2p軌道總共可以容納
- 6個電子
- 我把這三個部分都畫出來
- 你就看到了
- 我們可以建個坐標軸
- 想象它是三維的
- 假設這個是x軸
- 我用不同的顏色表示坐標
- 假設這個是y軸
- 然後這個是z軸
- 我用藍色表示z軸
- 假設這個是z軸
- 每個坐標軸上
- 都有一瓣p軌道
- 所以2p…
- 我用一樣的顏色表示
- 這有2px的軌道
- 然後軌道是啞鈴形的
- 這兩個是x軸方向的
- 畫的不太好 湊合看吧
- 這是x軸方向的啞鈴形軌道
- 正負兩個方向都有
- 而且它其實是對稱的
- 這頭比這頭大一點
- 這樣看起來這邊是向屏幕外的
- 我還是重新好好畫一次
- 我可以畫得更好的
- 應該是這個樣子
- 要記住 軌域其實是機率雲
- 但是爲了便於理解
- 你可以把它想象成
- 看得到的東西
- 但是我覺得最好是
- 把它直接理解成機率雲
- 這是2px軌道
- 我還沒有說
- 電子怎樣排布在p軌道上呢
- 不過接著還有2py軌道
- 沿著y軸 但是模樣不變
- 它是y軸方上的啞鈴狀的軌道
- 正負兩個方向都有
- 分別朝兩個方向
- 然後我寫出2py
- 然後還有2pz
- 沿著z軸像這樣往上
- 然後往下
- 所以如果還有電子 第一個…
- 現在已經填進去4個電子啦
- 如果有第5個電子
- 那麽它就會填在這個2px軌道上
- 雖然2px軌道可以容納兩個電子
- 第一個電子會進來
- 但第二個電子不會進來
- 電子想要均勻分布在p軌道裏面
- 所以下一個電子
- 不會進入2px軌道
- 它會到2py
- 然後再下一個電子
- 不會占據2py或者2px
- 它會跑進2pz
- 它們會盡量把自己分開
- 如果再加一個電子 如果還有…
- 看看 我們已經填了1、2、3、
- 4、5、6、7個電子了
- 如果有第8個電子
- 它才會進入2px軌道
- 第8個電子會到這邊來
- 但是自轉方向相反
- 剛才就是在視覺上
- 領大家複習一下
- 現在 複習完之後
- 我們來看看
- 碳原子的情況
- 碳原子有6個電子
- 它的電子構型是
- 1s2 1s軌道上有2個電子
- 然後2s2
- 接著2p2 對嘛？
- 只剩下2個電子了
- 因爲一共只有6個電子
- 2個在1s 2個在2s
- 剩下的2個會進入p軌道
- 根據我們剛剛畫的圖
- 和講到的東西
- 你覺得碳…
- 我用這個格式表示吧
- 那麽 有1s軌道、2s軌道
- 然後2px軌道
- 2py軌道
- 還有2pz的軌道
- 如果按照電子排布規律來看
- 你可能會以爲碳原子…
- 那麽先填1s軌道
- 這是第1個電子
- 第2個電子
- 然後第3個電子 它在2s軌道上
- 第3個和第4個電子都在2s軌道上
- 然後你預計第5個電子會
- 排布在2px上
- 或者是2py 或者2pz
- 這個就看你怎麽標坐標軸了
- 第5個電子
- 會進入1個p軌道
- 然後你覺得第6個會進入另一個p軌道
- 你會以爲這個就是
- 碳原子的電子排布啦
- 如果要畫出來…
- 我把坐標都畫出來
- 這是y軸
- 然後這是x軸
- 我畫漂亮點兒
- 這是x軸
- 當然還有z軸
- 你需要建立一點立體感
- 然後還有z軸 就像這樣
- 首先 電子填充1s軌道
- 所以如果原子核在這裡
- 1s軌道上有2個電子
- 你可以把1s想象成
- 圍繞原子核的雲
- 然後再填充2s軌道
- 而2s軌道環繞在1s外面
- 像1s的球殼一樣
- 然後再把1個電子放在2px軌道上
- 所以有1個電子可以
- 在2px上亂蹦亂晃
- 你可以想象它在這2px上
- 各種運動
- 然後下一個電子在2py軌道上
- 活蹦亂跳
- 那麽它就是在這裡面運動的
- 如果你在這一步停下來
- 你沒準兒會說 你知道嘛？
- 這些電子
- 它和它都好孤單好可憐
- 它一直在找個自轉相反的對象
- 這些就是唯一可以成鍵的地方
- 在x軌道和y軌道上
- 可以形成某些化學鍵
- 現在 這就是你推測的結果
- 如果你嚴格堅持
- 排布的規則
- 和軌道的外形
- 但現實是…
- 我覺得碳最簡單的特點是
- 如果你仔細觀察過甲烷分子
- 你會發現和你的猜想一點都不一樣
- 首先 你會猜測
- 碳很可能…
- 應該可以形成兩個化學鍵
- 但是我們知道 碳有四個鍵
- 而且它想假裝有8個電子
- 坦白講 幾乎所有的原子都想
- 假裝自己有8個電子結構
- 所以爲了美夢成真
- 你需要考慮一下另一個可能
- 這不是碳真實的成鍵方式
- 碳不是這樣成鍵的
- 那麽碳的真實的成鍵情況是什麽？
- 這就涉及到了
- sp3軌道雜化的問題
- 不過你會發現
- 它不是很複雜
- 雖然聽起來挺嚇人的
- 不過其實非常直接簡單
- 碳的真正的成鍵情況是…
- 因爲碳要形成4個化學鍵
- 它的排布變了
- 你可以想象排布變成這樣
- 那麽有1s軌道 上面有兩個電子
- 然後是2s、2px、2py和2pz
- 大家可以想象一下
- 它想形成4個鍵
- 就是有四個電子都想
- 從別的分子裏找到對象
- 比如說甲烷
- 其他分子就是氫原子
- 所以可以想象電子其實…
- 可能是氫原子把這個電子帶到了
- 高能級狀態
- 然後把它放在2z上
- 這是一種想象方法
- 所以這個電子可能跑到這裡來了
- 然後這兩個孩子還在這裡
- 然後馬上
- 看起來就有了4個單身漢了
- 而且它們都想要對象
- 然後這樣表示碳成鍵的原理就更準確啦
- 碳總是和4個電子成鍵
- 好啦 哪個電子被放到了
- 哪個軌道上都是隨機的
- 所以即使你學會了這種成鍵
- 也不清楚氫
- 是在x、y還是z軸上成鍵的
- 碳成鍵的真相是
- 第2層軌道的這4個電子
- 不像…
- 第一個電子不是只呆在s軌道上的
- 然後另外3個也不是只在p的x、y、z上
- 看上去 它們又在s軌道上
- 又在p軌道上
- 我再講清楚一點
- 所以這個軌道不是2s
- 對於碳原子來說
- 它就是2sp3軌道
- 這個看上去就是2sp3軌道
- 是2sp3軌道
- 這個也是2sp3軌道
- 這些軌道看起來一模一樣
- 這是一種特殊的…
- 它的名字不錯
- 這叫sp3混成軌域
- 這個軌道就像是
- 介於s軌道和p軌道之間的軌道
- 這個軌道有25%的s的特性
- 和75%的p的特性
- 你可以把它想象成
- 這四個軌道的混合體
- 這就是碳的心機所在
- 這些軌道雜化之後
- 就沒有這個s軌道了
- 如果這個是原子核 我們來畫橫切平面
- s軌道是這樣子的
- p軌道有點像回形針
- 這是s軌道 這是p軌道
- 軌道雜化以後 軌道變了
- sp3軌道是這個模樣的
- 這是sp3混成軌域
- Hybrid表示兩者結合
- hybid car就是氣電混合動力車
- 混成軌域就是s軌道和p軌道的結合
- sp3混成軌域就是
- 碳氫成鍵時的軌道
- 其實碳和別人成鍵也是這樣
- 所以如果你仔細觀察甲烷
- 然後聽說了sp3混成軌域
- 他們指的就是
- 中心有一個碳原子…
- 比如中間有個碳的原子核…
- 這裡就不是1個s軌道和3個p軌道了
- 而是4個sp3混成軌域
- 我努力畫好
- sp3軌道
- 比如說這波瓣
- 指向我們
- 然後它後面有一個小的波瓣
- 然後再來一個
- 大波瓣
- 然後它後面有個小波瓣
- 然後還有一個在屏幕後面的軌道
- 我畫一下
- 這個有點像三腳凳
- 然後這個上面有個小波瓣
- 然後還有一個
- 垂直向上的大波瓣
- 然後有一個向下的小波瓣
- 你可以把它想象成一個三腳凳
- 有一個腿兒是朝裏的
- 而這個是向上的
- 這是一個三腳凳…
- 它點像三腳架一樣
- 我覺得還是三腳架容易想象一點
- 然後中間有一個碳原子核
- 然後還有氫
- 所以這是碳
- 然後是氫
- 氫原子在這裡
- 氫只有一個在1s上的電子
- 所以是 氫原子和1s軌道
- 這裡有個氫原子 它有1s軌道
- 氫原子 1s軌道
- 氫原子 1s軌道
- 這就是氫的軌域
- 和碳的軌域結合的的樣子
- 氫的1s軌道和…
- 你看 每個氫的1s軌道
- 都和碳的sp3軌道成鍵
- 你需要注意的一點是
- 人們提到sp3軌道的時候
- 他們說的其實是 呐 碳不是…
- 如果碳…
- 這是一個甲烷 對嘛？
- 這是CH4 甲烷
- 而它的成鍵方式和你想象的不同
- 如果你直接理解成s和p軌道
- 那麽鍵就會在…
- 可能氫連在這裡和這兒
- 如果有4個氫 就可以是這兒…
- 就看你想怎麽成鍵啦
- 但是實際情況並非如此
- 它和三腳架的形狀差不多
- 是個四面體的形狀
- 最好的解釋
- 分子結構的辦法
- 就是 實際上有4個…
- 4個同樣類型的軌域
- 而且這4個軌域
- 就是s和p的雜化
- 另外一個需要注意的地方是
- 有時大家覺得有點怪怪的
- 不過如果兩個原子之間成鍵
- 兩個軌道是頭碰頭的
- 你可以想象
- 這個氫軌域向著這邊
- sp3軌道指向這邊
- 所以這裡兩個軌域重合
- 這個叫σ鍵
- 重合的方向沿著軌道
- 如果兩個原子成鍵的話
- 這裡 兩個分子成鍵
- 軌道重合的方向就在軸上
- 所以這是最牢固的共價鍵
- 這裡給下集我們討論π鍵
- 這裡給下集我們討論π鍵
- 打個好基礎
- 這集裏最重要的一點就是
- 理解混成軌域的意義
- sp3混成軌域是什麽呢？
- 沒什麽複雜的
- sp3混成軌域就是s和p軌道的結合
- 它有25%的s的性質
- 和75%的p的性質
- 這都很合理的
- 碳成鍵的時候軌道就會雜化
- 尤其是甲烷
- 這就是分子是四面體結構的原因
- 這就是兩個鍵之間
- 角度總是109.5°的原因
- 有些化學老師會講這個
- 它非常有用
- 如果你量一下這個鍵角 是109.5°
- 這個鍵角也一樣的
- 把分子翻過來看
- 這個鍵角也是109.5°
- sp3雜化能解釋這一切
- 這些化學鍵都是σ鍵
- 疊置的方向就在
- 碳氫相連的軸上
留言:
新增一則留言(尚未登入)
更多
載入中...
新增一則留言(尚未登入)
更多