2020-02-16 12:50:54fernandezw

有機化學的基礎64(下)化學鍵解離能-加百列的部落格-udn

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心得推論:

1.      Mary Anne Fox, James K. Whitesell的針對比較沒有極性的分子分析,像是「碳氫鍵C-H」和「碳碳鍵C-C」,發現原子解離之後自由基的穩定度大小,會影響鍵解離能

2.      這是對的,因為鍵解離能,包括「均勻打斷化學鍵的能量」與「分開二個自由基的能量」,如果自由基的穩定度提高,那麼「均勻打斷」與「分開」耗費能量都會下降,解離能就會下降。

3.      他們拿甲烷CH4、乙烷CH3CH3、丙烷(CH3)2CH2、丁烷(CH3)3CH比較,發現隨著碳原子越來越多,均勻打斷「碳氫鍵C-H」所耗費的鍵解離能逐漸減少。為什麼?

4.      Mary Anne Fox, James K. Whitesell找出這四種分子的共通性,共通性不會是造成差異的原因,所以排除這個因素。「這四個分子的均勻斷裂,都製造出一個相同產物:『氫自由基the hydrogen radical』,所以,這個共同點一定不是造成鍵解離能不同的原因。」

5.      Mary Anne Fox, James K. Whitesell觀察分子結構,碳的二端分別與氫自由基與碳自由基,所以均勻打斷「碳氫鍵C-H」的難易差別,「應該是碳自由基carbon radical穩定度的改變,或者『碳氫鍵C-H』在基態()的鍵能強度,也可能是以上二個因素造成的。」

6.      碳的自由基穩定度來自於它的結構,一個碳與「3個碳氫分子群」鍵結,形態比較接近球體,最穩定,這是三級tertiary結構;一個碳與「2個碳氫分子群鍵結」,形態介於球體與線狀之間,穩定度次之,這是二級secondary;一個碳與「1個碳氫分子群」鍵結,形態接近線狀,穩定度最低,這是一級primary

7.      碳氫分子群的結構越穩定,『碳氫鍵C-H』在基態的鍵能強度就會越低,均勻斷裂也越容易。所以,均勻打斷「碳氫鍵C-H」的難易差別,應該就是碳自由基穩定度,與『碳氫鍵C-H』在基態()的鍵能強度,二個因素共同造成。

8.      Mary Anne Fox, James K. Whitesell「對於比較有極性的化學鍵,情況就不一樣了。『碳C』與陰電性較強的原子(例如『氧O』和鹵素)鍵結,鍵解離能不會因為取代基的多寡而不同。」因為碳的中性引力,小於氧的陰電性力量

9.      所以,「CH3CH2乙基」、「(CH3)CH丙基」與「氫氧基OH」的均勻斷裂,鍵解離能都是94千卡/莫耳。

10.  但是,如果碳的中性引力整合,那麼情況就會不同。如果是由三個碳互相鍵結的「C3」分子群與「OH」氫氧基,產生均勻斷裂,鍵解離能是:92千卡/莫耳;如果是「丙基(CH3)2CH」與「OH」氫氧基的均勻斷裂,鍵解離能是:94千卡/莫耳。看起來「「丙基(CH3)2CH」與「氫氧基OH」的鍵解離能,高於「三碳C3」與「氫氧基OH」,為什麼?

11.  一個分子系統內,所有原子的萬有引力互相影響,尋求最大平衡。在「三碳C3」與「氫氧基OH」這個分子系統中,三個碳集合所有的萬有引力(完全沒有其他氫原子干擾)與一個氧的帶有極性的引力,對抗、取得平衡,結果,氧的陰電性稍稍被沖淡了,「碳氧C-O」化學鍵的共價電子的位置,比較接近「碳」與「氧」彼此距離(化學鍵長度)中心點,在這種情況下「均勻斷裂」稍微容易一點,鍵解離能稍微減少一點。

12.  在「「丙基(CH3)2CH」與「氫氧基OH」的分子系統中,三個碳的萬有引力,一部份消耗在吸引七個氫原子上,所以,只能釋放一部份的引力來與氧鍵結,這種情況下,氧的極性引力繼續占優勢,「碳氧C-O」化學鍵的共價電子的位置,比較偏向「氧」,因此,均勻斷裂比較難一點,鍵解離能稍微多一些。

13.  接下來,討論「Ph-OH」這種鍵結形態。我不確定作者說的「Ph」是親電性或親核性分子群,理論上,強大「親電性或親核性分子群」與「氧」鍵結,勢必造成共價電子分布不均勻,使得「均勻斷裂」所要耗費的能量比較大。「Ph」與「氧O」均勻斷裂,需要鍵解離能111千卡/莫耳。

14.  PhCH2-X」:「親電性、親核性分子群」與「碳C」鍵結成一個分子群,「碳C」再與「氧O」鍵結。這個時候,夾在二大極性分子之間的「碳C」,成為極性引力極強的二方勢力的緩衝點,甚至協助雙方互向對抗。

15.  Ph親電性、親核性分子群」極性引力會滲透到「碳氧C-O」,使「碳氧C-O」變得比較中性,這是怎麼辦到的呢?

16.  如果「Ph」是一個「親核性分子」,很喜歡吸引別人帶正電的原子核,它不僅會把一旁的「碳」的原子核往自己身上吸,這種力量甚至會影響到「氧」,想盡辦法把「氧」的原子核往自己身上吸;

17.  於是,「碳氧C-O」化學鍵鍵長縮短,這導致共價電子偏離中心點的距離比例也跟著縮短,顯得比較中性;另一方面,碳的電子雲被「親核性分子」逼到相反方向去,也就是「碳C」「氧O」之間,過多的電子集中在這裡產生反作用力,互相推擠之後,會比較接近「碳C」、「氧O」之間的中心點,使化學鍵比較中性。

18.  如果Ph是一個「親電性分子」,很喜歡吸引其它原子的電子,它不僅會把一旁的「碳」的外層電子往自己身上吸,這種力量甚至會影響到「氧」,想盡辦法把「氧」的電子往自己身上吸,這樣一來就會降低氧的陰電性。以上推論,最後要以實驗結果為準。



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