無機及有機化合物的氫鍵

比較不同物質的氫鍵

從上文比較不同物質的沸點就會發現氫鍵都比范德華力更強，純粹預測這兩種物質的物理性質難度不大。不過如果要比較幾隻具氫鍵的物質就較為複雜。我們可以從最簡單的NH₃、H₂O和HF講起。比較它們的沸點會發現H₂O的Intermolecular force是最強︰

Molecules	NH3	H2O	HF
Boiling point (oC)	-33.34	100	19.54

氫鍵︰形成的條件及影響

上回講到的范德華力是由分子間微弱的靜電引力組成。如果某分子能組成更多范德華力(如有一個適合的形狀及更大的表面面積)，就需要更多能量分拆分子，該物質就會有更高的沸點、溶點及密度。如果分子有較強的分子間引力(Intermolecular force)，這些物質一樣有高沸點、溶點及密度。

要解釋落去先要講返極性分子，其Intermolecular force(如范德華力)來自分子間的正負吸引力︰

當分子中不同原子的電負差(electronegativity difference)越大，分子電荷越大，分子之間的引力就越大。換句話說，如果將氫(hydrogen)這個電負性低的原子和Nitrogen, oxygen & fluorine等電負性高的原子組合起來就得出特別強的Intermolecular force。這稱為氫鍵(Hydrogen bond)。

范德華力是如何煉成的

在Structures & Bondings一課向大家簡介物質可簡單分為4種結構。其中一種為簡單分子結構Simple Molecular Structure，顧名思義即是一粒粒的簡單分子如二氧化碳或水的分子組成、分子之間由范德華力互相連結。

Molecular Polarity 試題分解

1.          DSE/13/1B/2

Both BF₃ and NH₃ exist as simple molecules.

(a)    For each of these molecules, draw its three-dimensional structure.

BF₃

NH­₃

(2 marks)

(b)    For each of these molecules, explain whether or not it is polar.

(2 marks)

(c)    BF₃ reacts with NH₃ to give F₃BNH₃. Describe the bond formation between BF₃ and NH₃.

(2 marks)

Bond Polarity & Molecular Polarity

上次講完Molecular geometry之後可能好多同學都唔知有咩用，所以今次講埋共價鍵的極性(Bond polarity)和分子極性(Molecular polarity)之後大家應該會有多少少idea。不過要講呢D概念之前要先學咩野係電負性(Electronegativity)。

非金屬原子之間為了變得穩定就要組成共價鍵，鍵內的電子理應是兩粒原子之間平均分配，但事實上要視乎該原子的電負性。電負性就是指某原子核(nucleus, positively-charged)對成鍵電子(Bond electron, negatively-charged)的吸力有多強。不難想像，原子越細，Nucleus和bond electrons距離越近，吸力自然越強，所以在元素週期表中的元素週期越細(位置越高)，原子越細(因為較少電子層)，所以電負性就越高。

同樣道理，族越大、原子越細、所以電負性就越高。因此在表上右上角的氟(Fluorine)電負性最高(3.98)，而在左下角的銫(cesium, Cs)的電負性則最低(0.79)。以下是週期表展示常見元素的電負性︰

有關Molecular symmetry 的題目

AL/2006/I/3(c)(i)

Which of the following best represents the reaction of (CH₃)₃N with BF₃ to form (CH₃)₃NBF₃?

要答這條題目就得留意三隻反應物和生成物的分子形狀。N(CH₃)­₃的N有5粒最外層電子，有3粒和CH₃組共價鍵，另外2粒閒置著，所以一共有3組Bond pairs及1組lone pair。由這組合得知這分子的形狀是Trigonal pyramidal (所以C錯)。接著是BF₃︰B有3粒最外層電子，3粒全用作組單鍵，所以有3組Bond pair，所以BF₃的形狀是Trigonal planar (A及D錯)。

係講Van der Waals Force之前…

大家在中三/四時就學習過不同分子如何以電子圖(Electron diagram)顯示化合物之間的鍵，要畫出共價鍵的結構就是將原子的最外層電子層互相重疊，裡面再畫上電子，代表互相分享的電子︰

畫就咁畫但又能否反映到分子的實際形狀呢？如果該分子只有兩粒原子組成，它當然是直線(Linear)形狀，但更多的是幾粒原子組合而成的分子。

要找出某分子的形狀除了用複雜的紅外線析譜法(註︰和DSE學的IR Spectrometry有點不同)，更簡單的方法就是由分子的中央原子(central atom，例如是H₂O的O及NH₃的N)的電子對來判斷。電子對可分為兩種︰

Exception of Octet Rule & Non-Octet Structure of Molecules

之前介紹過物質要組成穩定的物質其原子的最外層電子須有8粒電子，這規律稱為Octet Rule(至於H, He, Li及Be要穩定其原子之最外層電子數量應為2，又稱Duplet Rule)。但部分物質不需要符合以上規律一樣可以穩定，其結構稱為Non-octet structure。這些物質可根據其中心原子(central atom)的電子結構分為三類︰

1.          最外層電子少於8粒，例如BeCl₂及BCl₃︰