鍵的極性：化學界的拔河比賽

各位同學好！歡迎來到「鍵的極性」溫習筆記！大家有冇諗過點解油同水唔會溝埋？又或者微波爐點解可以加熱食物？呢一切都關乎原子點樣喺化學鍵入面分享電子。喺呢個課題，我哋會深入探討電負性呢個概念，佢就好似原子拉扯電子嘅「拉力」咁。

理解咗呢個概念，就可以幫你預測一個化學鍵，甚至成個分子，究竟係「極性」(即係有正負兩端) 定係「非極性」。初頭聽落去好似好複雜都唔使驚 — 我哋會用簡單嘅比喻同例子嚟拆解。快啲開始啦！


1. 電負性：拉扯之力

咩係電負性？

想像一下，喺一個共價鍵入面，兩個原子就好似玩緊拔河比賽咁，爭奪住共享電子。有啲原子拉得勁好多過其他原子。

電負性係量度原子喺共價鍵中吸引共享電子嘅能力。

  • 高電負性值代表原子對電子有強大嘅拉力。
  • 低電負性值代表原子對電子有微弱嘅拉力。

元素週期表嘅趨勢

好彩嘅係，電負性喺元素週期表上面有個規律性嘅變化。你唔需要記住準確數值，只要記住佢嘅趨勢就得啦！

  • 沿著週期 (由左至右)：電負性增加。呢個係因為原子核入面嘅質子數目增加，對同一電子殼內嘅電子產生更強嘅吸引力。
  • 沿著族 (由上至下)：電負性減少。呢個係因為鍵合電子位於離原子核更遠嘅電子殼，並且被內層電子「屏蔽」，減弱咗原子核嘅拉力。

記憶小貼士：電負性最高嘅元素係位於右上角嘅氟 (F)。最低嘅係位於左下角嘅鈁 (Fr)。記住電負性最高就係氟嗰邊就得啦！

你又知唔知？

電負性最常用嘅標度係由著名化學家鮑林 (Linus Pauling) 創立嘅。喺佢嘅標度上，氟嘅數值係 4.0 (最高)，而鈁大約係 0.7 (最低)。

重點撮要

電負性係原子喺鍵合中嘅「電子拉力」。佢沿著週期增加，沿著族減少。氟就係拉力冠軍啦！


2. 從原子到化學鍵：極性與非極性

我哋而家知道有啲原子拉得勁啲，有啲就冇咁勁，咁個共價鍵本身又會點樣呢？

均勻共享：非極性共價鍵

當兩個具有相同電負性嘅原子形成化學鍵時，佢哋會以相等嘅力量拉扯電子。電子喺佢哋之間被完美地均勻共享。

  • 幾時會發生？通常喺兩個相同原子之間。
  • 結果：冇電荷分離。呢個鍵係完美平衡嘅。
  • 呢個就係非極性共價鍵。
  • 例子：H-H, Cl-Cl, O=O。呢場拔河比賽打和呀！

不均勻共享：極性共價鍵

當兩個具有唔同電負性值嘅原子鍵合時，電負性較高嘅原子會將共享電子拉得更近自己。共享係唔均勻嘅。

  • 結果：電子會喺電負性較高嘅原子附近停留更長時間。呢個會喺該原子上產生輕微嘅負電荷，並喺另一個原子上產生輕微嘅正電荷。
  • 呢個就係極性共價鍵。
介紹部分電荷 (δ+ 及 δ-)

我哋會用希臘字母delta (δ) 嚟表示呢啲輕微，或者「部分」嘅電荷。

  • 電負性較高嘅原子會帶有部分負電荷 (δ−)。
  • 電負性較低嘅原子會帶有部分正電荷 (δ+)。

例子：喺氯化氫 (H-Cl) 入面，氯嘅電負性比氫高。所以，氯會將電子拉得更近。
Hδ+ — Clδ−

鍵入面嘅電荷分離叫做鍵偶極。我哋可以用一支箭嘴由正端指向負端嚟表示佢。

快速溫習

非極性鍵 = 均勻共享 (例如：Cl-Cl)。電負性冇差異。
極性鍵 = 不均勻共享 (例如：H-Cl)。電負性有差異，產生 δ+ 同 δ− 端。


3. 宏觀角度：分子極性

呢個係一個非常重要嘅觀點：一個分子可以含有極性鍵，但整體上仍然係一個非極性分子！點解會咁嘅？呢一切都關乎分子嘅三維形狀。

咁樣諗：如果兩個人用相等嘅力量，但係喺相反方向拉你，你都唔會郁。啲力會互相抵銷。分子入面嘅鍵偶極都係咁。

要一個分子係極性，佢必須符合兩個條件：

  1. 佢必須含有極性鍵。
  2. 佢嘅形狀必須是不對稱，咁樣鍵偶極先唔會互相抵銷。

我哋嚟睇吓課程入面嘅官方例子啦。

個案研究：極性及非極性分子

非極性分子 (對稱形狀)

例子 1：甲烷 (CH₄)

  • 鍵：C-H 鍵係輕微極性嘅 (碳嘅電負性略高)。
  • 形狀：甲烷呈完美嘅四面體形狀，具有對稱性。
  • 結論：四個 C-H 鍵偶極嘅強度相等，並指向四面體嘅角。佢哋完美地互相拉扯並完全抵銷。因此，CH₄ 係一個非極性分子。

例子 2：三氟化硼 (BF₃)

  • 鍵：B-F 鍵係非常極性嘅 (氟係電負性最高嘅元素！)。
  • 形狀：BF₃ 呈三角平面形狀，好似一個三葉螺旋槳咁對稱。
  • 結論：三個 B-F 鍵偶極指向一個完美三角形嘅角，彼此相距 120°。佢哋以相等嘅力量平衡拉扯，所以互相抵銷。因此，BF₃ 係一個非極性分子。
極性分子 (不對稱形狀)

例子 1：水 (H₂O)

  • 鍵：O-H 鍵係極性嘅 (氧嘅電負性比氫高好多)。
  • 形狀：水係V形 (或角形)。氧原子上嘅兩對孤電子對會將氫原子向下推，令形狀變得不對稱。
  • 結論：兩個 O-H 鍵偶極都指向氧原子，但呈某個角度。佢哋唔係直接相對，所以唔會抵銷。佢哋會產生一個整體嘅淨偶極，令H₂O 成為一個非常極性嘅分子。

例子 2：氨 (NH₃)

  • 鍵：N-H 鍵係極性嘅 (氮嘅電負性較高)。
  • 形狀：氨係三角錐體。氮原子上嘅孤電子對將三個氫原子向下推成錐體形狀，呢個形狀係不對稱嘅。
  • 結論：三個 N-H 鍵偶極都指向氮原子嘅上方。佢哋唔會抵銷。呢個會產生一個淨偶極矩，令NH₃ 成為一個極性分子。

例子 3：三氯甲烷 (CHCl₃)

  • 鍵：C-Cl 鍵係極性嘅，而 C-H 鍵都係極性但程度低好多。所有偶極嘅強度並非全部相同。
  • 形狀：呢個分子嘅原子呈四面體排列。
  • 結論：即使形狀係基於四面體，但連接到中心碳原子嘅原子並唔係相同嘅。三個強嘅 C-Cl 偶極同一個較弱嘅 C-H 偶極唔會互相抵銷。呢個分子喺電荷分佈方面係唔平衡嘅。因此，CHCl₃ 係一個極性分子。
常見錯誤提醒！

唔好以為一個分子只要含有極性鍵就一定係極性分子。一定要考慮埋三維形狀！好似 CO₂ 或 CCl₄ 咁嘅對稱形狀，可以令鍵偶極互相抵銷，令分子變成非極性。

重點撮要

分子極性取決於鍵極性同分子形狀兩者。如果形狀對稱且鍵相同，偶極就會抵銷，令分子變成非極性。如果形狀不對稱或鍵唔同，偶極就唔會抵銷，令分子變成極性。


最終總結

好叻呀，大家終於搞掂呢個課題啦！我哋快速重溫一下呢個邏輯流程啦：

1. 電負性差異：呢個會話你知一個共價鍵係極性定係非極性。
2. 鍵極性 + 分子形狀：呢兩個因素加埋，會話你知成個分子係極性定係非極性。

呢個概念非常重要，因為佢解釋咗好多物質嘅性質，好似點解極性嘅水可以溶解極性嘅鹽，但唔可以溶解非極性嘅油咁。繼續練習畫形狀同諗吓對稱性，你好快就會掌握到㗎啦。你一定得嘅！