金屬鍵

氫鍵

分子間作用力

金屬鍵的形成 . 特性

金屬的能量帶理論

導體 . 半導體與絕緣體

金屬鍵

•意義 : 合金或金屬晶體中 , 將兩個或更多的金屬原子結合在一起的一種吸引力

•金屬鍵的形成 :

金屬鍵

•金屬鍵的本質 : 什麼是“電子海” (electron-sea)?

金屬原子本 身於晶體中可視為陽離子 , 被自由移動的價電子所包圍 , 這些自由移動的價電子就稱為電子海 .

•形成條件 :

1. 低游離能及低電負度 使金屬原子之價電子容易游離而自由運動

2. 空價軌域 金屬原子能接受鄰近原子之價電子且價電子可

任意進出任一原子

金屬鍵

•金屬鍵的特性 : 無方向性•金屬鍵的強度 :

1. 金屬鍵能為離子鍵或共價鍵的 1/3

2. 價電子數多 . 原子半徑小 , 鍵能越強 同週期 :Na<Mg<Al

IA 族 :Li>Na>K>Rb>Cs

(IIA 族堆積形式不同 , 金屬鍵強度不同 )

3. 金屬鍵越強 , 熔點 . 沸點 . 莫耳汽化熱越高

金屬鍵

金屬元素的莫耳汽化熱及沸點元素

莫耳汽化熱

kcal/ mole

沸點℃

元素

莫耳汽化熱

kcal/ mole

沸點℃

元素

莫耳汽化熱

kcal/ mole

沸點℃

Li 32.2 1330 Be 50.4 2475 B 128.8 3925

Na 21.3 889 Mg 30.8 1117 Al 70.2 2450

K 18.5 757 Ca 35.8 1490 Ga 61.2 2535

Rb 16.5 701 Sr 33.2 1370 In 54.1 2050

Cs 15.8 685 Ba 36.1 1638 Ti 38.7 1467

金屬鍵

•金屬晶體的特性

1. 有金屬光澤

2. 有延展性

3. 加入其他金屬 , 硬度變大

金屬鍵

•金屬能量帶理論金屬晶體中 , 因原子間的相互作用而使軌域組合形成n 個價分子軌域來容納 n 個原子的價電子 , 由於價分子軌域間的能量接近且密集 , 能夠形成一個能量帶

金屬鍵

•價帶 (valance band) ：價電子所佔有的能量帶。

傳導帶 (conduction band) ：未被價電子所佔有的能量帶，其能階較價帶高，只有在傳導帶的電子才可隨外加電場而移動。

金屬鍵

•導體 . 半導體與絕緣體

Eg: 能帶差

Eg

金屬Eg~0

半導體Eg 小

絕緣體Eg 大

價帶

傳導帶

Al. Cu B. PSi

金屬鍵

氫鍵的形成

氫鍵的種類

氫鍵的特性

氫鍵

•形成 : 分子中具有活性的氫原子 (H 連接在電負度大的原子 , 如 :F. O. N 上 ) 當作架橋原子 , 與同一分子或另一分子中具有電負度大的一個原子鍵結起來 , 此種化學鍵稱氫鍵 , 以 表示

XH

YH

氫鍵電負度大的原子須有未共用電子對

共價鍵

分子其他部份

H OH

OHH

H OH

N

H

HH

氫鍵

-+

氫鍵兼具離子鍵、共價鍵及凡得瓦引力的部份特性 1. 離子性 : 氫核 ( 正電 ) 和未鍵結電子 ( 負電 ) 間之引力 2. 共價性 : 氫原子與另一分子十分接近 , 其方向乃孤對電子之混成軌域方向 , 幾近共用電子 , 此性質使氫鍵具有方向性 3. 凡得瓦力 : 氫鍵被視為很強的偶極 - 偶極力

XH

YH

+-

氫鍵

• •

電負度 : F>O>N, 故三種氫鍵強度F-H…..F>O-H…..O>N-H…..N

氫鍵形成時可放出 5-40KJ/mole 的能量

強度比較共價鍵 : 氫鍵 : 凡得瓦力 =100:10:1

氫鍵

種類1.    分子間氫鍵：氫鍵發生在兩個分子之間(1)     同類分子間氫鍵：如 H2O 與 H2O ， HF

與 HF ， NH3 與 NH3...... 等(2)     異類分子間氫鍵：如

F H

O

H

H-

-

+ • •• •

氫鍵

2.    分子內氫鍵：氫鍵發生在同一分子內者。必須於分子內部，可形成氫鍵的原子處於合適的位置方能形成。通常以六邊形或五邊形的生成最適合，且儘可能在同一平面上。

<Note> 分子內氫鍵通常發生在順式或鄰位中OH

O OHO

H H

O

HO

H

N

O

O

H

O

順 - 丁烯二酸 鄰 - 苯二酚 鄰 - 硝基苯酚

氫鍵

判斷下列何有分子間氫鍵

OH

NO2

OHOH

COOH

C CCOOH

H

HOOC

HC C

NH2

H

H3C

HA.C.D

(A) (B) (C)

(D) (E)

氫鍵

氫鍵的特性1.    氫鍵具有方向性

2.    分子物質中若能形成氫鍵者，其熔點、沸點高，且具有較大的熔化熱及汽化熱

沸點 (b.p.)

氫鍵

3.    溶質與溶劑間易形成氫鍵者，溶解度增大（同類互溶）。如丙酮、乙醇與水均可形成氫鍵，故丙酮、乙醇易溶於水。

4.    液體分子間若有氫鍵形成，則分子間引力增大，故黏滯性較大。如甘油 ( 丙三醇 ) 、硫酸的黏滯性大

現在知道為什麼 50ml 的水 +50ml 的酒精 100ml了嗎 ?

氫鍵在生物體中化學的結構上的影響

蛋白質的單螺旋構造，及遺傳基因 DNA 的雙螺旋構造，均因氫鍵而形成。如果將蛋白質加熱或加入酒精，則氫鍵被破壞而螺旋狀規則結構性消失，不能復原。

氫鍵

鍵型比較  離子鍵 共價鍵 金屬鍵 氫鍵

條件 正、負離子藉靜電引力吸引

形成

二原子共用電子對

形成

游離能低、空價軌域多的金屬元素，藉電子游動

形成

氫原子與電負度較大之原子(F 、 O 、N) 之間形

成方向性 無 有 無 有

分子間作用力的種類

決定凡得瓦引力大小因素

分子間作用力

分子間作用力的存在 :物質的三相變化說明了分子間作用力的存在物質的沸點 . 黏度 . 表面張力 , 隨分子間作用力增加而增高

分子間作用力的種類氫鍵偶極 - 偶極力偶極 -誘導偶極力分散力

統稱 : 凡得瓦力其作用力 <5KJ/mole( 分子間作用力非常小 )

分子間作用力

偶極–偶極力 極性分子與極性分子間之吸引力 如 HCl. H2O 

分子間作用力

偶極–誘導偶極力 極性分子與非極性分子間之吸引力。 極性分子能使非極性分子的電荷分布產生[瞬間極化 ] 如 :O2. CO2 溶於水中

分子間作用力

分散力 非極性分子與非極性分子間之吸引力，藉非極性分子之瞬間極化而互相吸引 * 二分子極為接近時，此力方有意義 *如 :鈍氣分子間之結合

分子間作用力

決定凡得瓦力大小因素 ( 分子的大小 . 形狀 ) 1. 分子的大小 形狀相似的分子，分子愈大 ( 或分子量大 ) ，其所含的電子數愈多，愈容易感應鄰近分子的電荷不均勻效應，故凡得瓦引力愈大， m.p. 或 b.p.愈大 b.p. ： He<Ne<Ar<Kr<Xe<Rn HCl<HBr<HI<HF( 氫鍵 ) (凡得瓦引力 )<Note1>分子量相近時，極性分子沸點高於非極性分子，如： CO>N2

分子間作用力

2. 分子形狀 在異構物或分子量相近的分子中，接觸面積愈大，凡得瓦引力愈大 一般而言，鏈狀或面狀分子之接觸面積 > 球狀或團狀分子之接觸面積 b.p. ：正戊烷 > 異戊烷＞新戊烷

C C C C C C C C C

C

C C C

C

C

分子間作用力

熔點 (m.p.) 之決定因素除受凡得瓦引力之影響外，同時還受到分子結構 之影響，分子形狀愈對稱者，熔點愈高 ( 晶體堆積緊密不易破壞 ) m.p.：異戊烷 >正戊烷 >新戊烷

順式及反式異構物中， mp:反式 > 順式 ( 因分子形狀對稱 )； bp: 順式 >反式 ( 因順式極性大 ), 但若順式中有分子內氫鍵者 , 則沸點下降 Q: 比較順反 - 二氯乙烯的沸點及熔點 順反 - 丁烯二酸的沸點及熔點bp 順 >反 mp反 > 順

bp. mp>反順

分子間作用力