[Organic Chemistry]#1碳的“键”

  #开场白:这学期开了一门课,叫organic chemistry,本人学的EE,不知道学这个有什么x用,但是为了能毕业,还是暂时顺着学校的意思来吧。鉴于高考不考化学,所以我在上课之前的知识储备大约低于同届水平百分之五十。所以得奋发图强,一心一意x生物,聚精会神肝化学,保证10分生命线(这边学校满分20,10分及格),立此博客,严防死守!


  所谓“有机”就是含碳化合物,所以,就得先从C入手。正所谓“结构决定性质”,在讨论那一大长串的有机化学式之前,先学习其内部的结构,从最基础的碳碳键入手:

1.轨道杂化

轨道的概念(电子概率云),电子层,电子亚层(s,p,d)什么的假设都会了,以及一个轨道最多两个自旋方向相反的概念都会了,直接讨论碳的轨道杂化与价键形成。

对于C而言,它的电子轨道排布式是:


写的更详细点:

其实,p轨道是有三个不同方向的“子轨道”组成,px,py,pz,


因此它可以容纳6个电子。根据能量最低原理,上述的写法中电子的位置无疑是正确的。但如果事情到这里就结束的话,就没有后来的有机化学了。接下来就是所谓的轨道杂化。正如,浓硫酸和水混合(操作时要“酸入水中”)可以得到一定浓度的稀硫酸,s轨道和p轨道杂化之后,就可以得到下图这个一边大一边小的“畸形轨道”(可以把“杂化”理解为“混合”):


图中彩色部分就是C sp3(sp3的意思是:一个s和3个p杂化) 杂化后轨道的概念图。

因此,电子的位置也发生了变化:


注意:之前第2层的s,p轨道不存在了,全成了sp3杂化轨道了。

理解了这一过程,对碳氢成键,碳碳成键就有帮助了。


2.π键和σ键:

键的形成就是电子轨道的重叠,在我们讨论范围内有两种键:π键和σ键:



π键

σ键是两个轨道轴向重叠(头碰头),π键是肩并肩。其中sigma键比较强,π相对弱一些。

那么以CH4为例:


很明显,碳和氢之间是σ键。By the way,由于该结构的对称性,甲烷是一个正四面体结构,且键角(中心与两个顶点形成的角)为109°28′。

其实,当只存在单键的时候,全是σ键。出现C-C双键时,才会出现其中一个π键的情况。(CC双键一个σ,一个π)


对于该键来说,C是sp2杂化,剩下一个pz轨道形成π键。


总之,分析碳键需要知道轨道的杂化,以及轨道重合后所形成的两种键。

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