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我講到了σ鍵的概念
σ鍵是… 好吧
我還是先畫兩個原子核
再畫一個軌域
假如這是sp3混成軌域
一個原子上的
這邊有個大波瓣
然後這家夥也有一個sp3混成軌域
還有個小的波瓣
再畫一個大波瓣
σ鍵就是沿著波瓣相接的方向的鍵
σ鍵就是沿著波瓣相接的方向的鍵
你可能要問了
怎麽可能有方向不同的鍵呢?
好啦 另外一種化學鍵
這個呢…
我強調一下
這個是σ鍵
你會說 好啦
那兩個軌域
還能怎麽疊置
形成什麽別的鍵呢?
另外一種化學鍵…
想象一下有兩個p軌道
我先畫兩個原子核
每個原子核上都有一個p軌道
比如這個是原子核
它們都有p軌道
p軌道都是啞鈴狀的
它們倆要靠近一點才行
啞鈴狀的p軌道
我現在畫這個原子的
一個p軌道
我再畫大一點
你馬上就能明白第二種鍵是怎麽回事
這裡有一個p軌道
像這樣伸出來
這邊的原子也有一個p軌道
這兩個p軌道平行
長這樣
我畫的有點歪了 正過來一點
它是… 重合的部分要多點
所以這樣
我想你明白了
這裡 兩個p軌道相互平行
你可以想象
這兩個是sp3混成軌域
它們是頭碰頭的
但是這兩個是平行的
這兩個p軌道是肩並肩的
你看 它們重合了
上邊的波瓣上重合了
下邊的波瓣也重合了
這就叫π鍵
我再說一次
這是一個π鍵
大家可以直接叫它pai
希臘字母的π
有時候也會直接寫成PI鍵
它就叫π鍵
因爲希臘字母的π相當於英文字母的p
而且它就是由p軌道形成的
σ鍵形成的是
單鍵
這些σ鍵比π鍵更牢固
π鍵通常出現在
σ鍵的基礎上再形成雙鍵或參鍵的
情況下
現在我們來舉個例子
說明一下π鍵
就以乙烯爲例吧
它的分子結構是這樣的
碳碳之間是雙鍵
然後每個碳上都只有2個氫
我把它的軌域畫出來吧
示意一下
用最好理解的角度
畫出碳周圍的軌域
首先 我畫的是sp2混成軌域
我先講講這個是怎麽回事兒
講到甲烷的時候
甲烷其實就是
1個碳連了4個氫
然後如果我要用比較好的角度
來表示三維的甲烷的
空間四面體結構
甲烷就是這樣的
這個氫是指向外的
這個氫是在屏幕上的
然後這個氫是向著屏幕裏面的
還有一個向上的氫
這就是甲烷
大家已經知道了
碳的這4個軌域都是sp3雜化的
然後每個混成軌域都和氫
形成σ鍵
我們上集講過了
然後再畫它的電子排布
爲了讓碳形成四個化學鍵
在甲烷中
碳的電子排布一定是這樣的
它應該是1s2
然後這裡不是2s2和2p2
而實際上是…
我還是這樣寫吧 好理解一點
我重新寫個
在1s軌道上 有2個電子
然後 這裡不是2s
而是兩個電子
自己有1個 然後剩下的分給p的軌道
就是說 s軌道和p軌道雜化了
然後就形成了2sp3混成軌域
還是一個2sp3混成軌域
再來一個2sp3混成軌域
這裡還有一個sp3
通常 如果是單獨的碳原子
這裡會有一個2s
然後在x軸上有一個2p軌道
y軸上一個2p軌道
z軸上一個2p軌道
但是上次我們講過了
甲烷的兩個軌道雜化了
它們都有25%的s軌道血統
和75%的p軌道血統
而且電子會分散開來
如果是乙烯中的碳…
還記得嘛 “乙”表示2個碳
“烯” 因爲它是個烯烴
這裡有個碳碳雙鍵
這樣 在乙烯中碳的電子排布
就變成這樣啦
看1s軌道
1s軌道還是滿電子的
這上面有2個電子
然後在第二層上 我直接寫…
我換個顏色吧
在第2層電子中
一會兒我會解釋這些“2”
我故意沒有寫s或者p
不過我們還是有4個電子
一如往常
還是形成4個鍵
還是有4個單身的電子
每個碳還是要有1、2、3、4
4個鍵
所以它們會分散開來
但是在乙烯中
不是所有的p軌道都雜化的
一共有1個s軌道 和3個p軌道
但s軌道只和2個p軌道結合
所以這裡是 2sp2混成軌域
你可以想象一下
s軌道和其中2個p軌道結合
那麽現在1/3是s 2/3是p軌道
然後剩下的p軌道就不變
而且我們需要它不變
是因爲這個地方
要形成π鍵
一會兒我們就知道
π鍵在分子裏的作用很有意思
它是不可以沿鍵軸旋轉的
一會兒你就明白了
現在看看我們能不能
表示出這兩個碳的三維結構
有…
我換個顏色
這兒有一個碳
比如說這是原子核
我寫上C
這樣大家就知道講的是哪個碳了
然後再畫…
假設這是1s軌道
1s圍繞著核 範圍非常小
然後還有3個混成軌域
3個2ps2軌道
而且它們是共平面的
形成一個三角形
也有點像奔馳標志
不過我還是會努力畫成立體的
第1個 是有點朝著屏幕外的
然後第2個 朝著屏幕裏面
第3個…
它們的另一邊還有一塊小瓣
我就不畫了
太擠了
它們還留著p軌道的特性
所以它們有兩個波瓣
不過一大一小
然後第3個在這邊
如果你在外面畫個圈兒
就成了奔馳的標志啦
這是一個碳
當然 這個碳上也有氫
這裡這個氫
它可能連在這裡
氫只有1s軌道上的一個電子
這裡這個氫
連在這兒
現在畫第二個碳
這個碳在…
它們非常親密
這個碳在這兒呢
它也有1s軌道
這兩個碳的電子排布是一樣的
1s軌道就在原子核附近
然後它的電子排布和第一個碳一樣
這兩個家夥 我都只…
第一個碳
我只畫了這三個軌道
我還沒畫不雜化的那個p軌道呢
我馬上就畫
不過我先畫它吧
首先 分子會形成
或者你可以想象 形成鍵
一個sp2軌道疊置成的鍵
我用一樣的顏色表示
那麽它會形成這個鍵
sp2雜化鍵
像這樣
注意 這是一個σ鍵
這兩個軌道的疊置
是頭碰頭的
這個比喻很好
這個碳上還有2個氫 其中一個…
它有一個朝屏幕裏面的軌道
然後一個朝屏幕外面的
我畫大一點
因爲它是向著我們的嘛 對吧?
然後這個氫
連在這裡
這些也是σ鍵
一定要明白哦
它是s軌道和sp2軌道的疊置
不過也算是
頭碰頭的疊置了
方向和兩個核的連線
是重合的
這是σ鍵
然後還有後面這個氫
它也是形成σ鍵
所以現在畫出來的這些都是σ鍵
這個也是 這個也是
圖有點亂了…
這兒是σ鍵
σ鍵 σ鍵 σ鍵
我已經畫好了這個、這個、
這個、這個 還有這個
它們全都是σ鍵
那麽 這兩個碳的最後一個p軌道
怎麽辦?
呐 它們
垂直這個奔馳標志
這是我能想到的最好的比喻了
我看看還有沒有
沒用過的顏色
哦 用這個紫色好了
你想象一個純p軌道
一個純p軌道…
我應該要畫得再大一點
我應該要畫得再大一點
一個純p軌道
其實它相對來說沒這麽大啦
但是我要讓它們重合啊
然後純的p軌道是沿著…
你想象一下 沿著z軸
其他軌道
在xy這個平面上組成一個奔馳
然後z軸
垂直這個平面
下邊這兩個也要重合
我還是再畫大一點吧
上邊的是這樣 下面是這樣
而且是垂直的
注意 它們終於重合了 撒花…
所以這個鍵就是 這一橫
兩種表示方法都行
這就是第二個鍵
那現在結構是什麽樣的呢?
讓我好好解釋一下
這個啊 是π鍵
然後這也是…
它們是同一個π鍵
就是這個π鍵
是雙鍵裏的第二個鍵
不過π鍵有什麽不同?
好啦 首先
π鍵自己比較弱
但是因爲這裡已經有一個σ鍵了
它會把兩個原子拉在一起
這個π鍵會讓兩個原子更近一步
所以這個鍵長要少於
只有一個σ鍵的時候
現在 最有意思的是
如果這裡只有一個σ鍵
這兩個原子都可以沿著鍵
自由轉動
這兩個原子是可以旋轉的
如果只有σ鍵的話
但是因爲這裡有了π鍵
它們是肩並肩的
而且它們會疊置
就有點把結構固定起來了
就不能轉了
如果一個原子轉動
那麽另一個肯定要一起轉
因爲π鍵把兩個原子鎖一起了
所以這裡 π鍵的作用是
讓碳碳雙鍵…
也就是說 雙鍵是剛性的
你不能在一個原子不動的情況下
翻轉另一個原子
和上面的氫
所以你也不能調換
這兩個氫的相對位置
這就是π鍵的影響
希望這樣大家就能清楚
σ鍵和π鍵的區別啦
要是你還好奇 如果分子…
我再整理一下
如果分子是乙炔
這個例子是乙烯
乙炔是這樣的
中間有個參鍵
所以兩邊都只連著1個氫
這種情況下 這其中一根鍵
第1個鍵
想象一下 這三個是σ鍵
而且其實它們是sp雜化的
2s軌道只和一個p軌道雜化
所以這兩個都是sp混成軌域
形成的σ鍵
這些都是σ鍵
然後這兩個…
我再換個顏色
這兩個都是π鍵
如果你要想象一下
那就是還有一個p軌道
垂直屏幕
這邊也還有一個
垂直屏幕的p軌道
垂直屏幕
然後它們疊置
然後分子的兩端都只有一個氫
或許我還會用一集講乙炔
所以 希望大家能聽懂啦