2010年11月30日 星期二

在成名的道路上

智慧學啟迪111

1.      羅曼羅蘭:世上只有一個真理,就是忠實人生,並且愛它。

2.      羅曼羅蘭:宿命論,是那些缺乏意志力的弱者的藉口

3.      紀德:人生,就是一個長途的旅行

4.      伏爾泰:人生,是來行動的,就像火光總是向上跳,石頭總往下落。

5.      盧梭:人生的價值,是由自己決定的。

6.      羅曼羅蘭:人生是一場無休無情的戰鬥,凡是要做個能稱為人的人,都得時時刻刻向無形的敵人作戰。

7.      盧梭:人生是短促的,不是由於他經歷的時間少,而是由於我們幾乎沒有功夫去體會人生。

8.      拉法耶特夫人:要獲得理智,必須付出昂貴的代價,他必須以青春為代價。

9.      聖佩韋:青年時代過於放縱,會失去心靈的風趣;過於壓抑,會失去頭腦的靈活

10.  居禮夫人:在成名的道路上,流的不是汗水,而是鮮血。

11.  馬丹杜加爾:哪裡有理性、智慧,哪裡就有尊嚴

【法國的領袖十一】李鈞震2010.11.27.

 

均勻斷裂反應的能量變化 Energy Change in Homolytic Reaction

有機化學的基礎224

1.      「均勻斷裂homolysis」和「非均勻斷裂heterolysis」理論只討論到化學鍵的斷裂。然而,許多化學反應,「化學鍵」的斷裂通常也伴隨著「化學鍵」的形成,也就是通常有其他試劑協助主要化學鍵的斷裂。

2.      舉例來說,自由基能幫助化學鍵均勻斷裂:



     
在含有「自由基」溶劑的協助下進行的均勻斷裂反應,「AB」鍵斷裂所需的部分或全部的能量,由自發性形成的「RA」或「RB」鍵的能量彌補。

4.      因此,當1個「自由基R‧」帶著1個「電子」,與「ABσ鍵交互作用時,「自由基R‧」提供給「AB」鍵1個價電子,讓「A」與「R」形成新的化學鍵,誘使「AB」鍵斷裂。

5.      新形成的「RA」化學鍵,1個「電子」來自於「A」,另1個「電子」來自於「R」。同時,原本「B」提供給「AB」的共價電子,變成新自由基「B‧」的定域化電子。

6.      如果「自由基R‧」攻擊分子的另一端「AB」鍵的「B」,「自由基R‧」的「電子」就會形成「R」和「B」的化學鍵「RB」,原本「A」提供給「AB」鍵的1個「價電子」會非定域化停留在「A」,形成自由基「A‧」。這種反應的焓變化,就是「AB」鍵能和「RB」鍵能的差距。

7.      不論是哪一種反應,反應的焓變化就是,「AB」鍵解離能和新形成的「RA」或「RB」鍵能的差距。「RA」和「RB」鍵能不需要一樣,因此,這三種反應的焓變化ΔH°會不一樣。

8.      因為在這個反應中,「熵entropy變化幅度非常小,可以忽略,所以只要看「焓變化」就行了,反應會朝能量比較有利的方向進行

9.      也就是,反應的進行方向,依據「R跟「A形成化學鍵來促使「AB鍵斷裂比較省力?還是「R跟「B形成化學鍵來促使「AB鍵斷裂比較省力?來決定;比較省力,就是焓變化ΔH°的負值更大(或正數較小)。

10.  我們將用一個例子來瞭解以上的內容,比較「乙烷」與「溴自由基」,和「乙烷」與「氯自由基」反應的焓變化。

11.  當「乙烷」與「溴自由基」起反應的時候,「碳C」與「氫H」的化學鍵斷裂,但形成新的「氫 HBr」化學鍵,因為乙烷「CH」的鍵能比「HBr」鍵強13kcal/mol,這個反應是「吸熱endothermic13kcal/mol

12.  相反地「HCl」鍵比「CH」鍵能強3kcal/mol,所以,「氯自由基」與「乙烷」的反應是「散熱exothermic3kcal/mol

13.  「化學鍵」的「形成」與「斷裂」伴隨發生是非常常見的現象。有許多化學鍵很強,要打斷它們需要花費非常多的力氣。如果可以用新形成的「化學鍵」,來消耗掉部分打斷「化學鍵」需要的能量,那麼反應就會進行得比較容易。

14.  在協助性的「均勻斷裂」反應,我們使用3個半箭頭來指出3個電子的移動,在單純的「均勻斷裂」反應,我們只用2個半箭頭來來描述2個電子的移動。

15.  在協助性均勻斷裂反應,焓變化不只是與「AB」鍵解離能有關(這是單純均勻斷裂的情形),也與RA新形成化學鍵的鍵能有關。

n   翻譯編寫 Marye Anne Fox, James K. WhitesellOrganic Chemistry

徐弘毅:

1.      我們對化學鍵斷裂的直覺想像是,裡面的能量會流出來。

2.      如果只有這個想法,那麼,當我們聽說,「有一個比較強的化學鍵斷裂,變成比較弱的化學鍵」時,直覺應該是,能量會流出來吧!

3.      結果不是,這是「吸熱反應」,能量沒有流出來,反而被分子系統吸收進去了。問題出在哪裡呢?

4.      分子是一個「系統」,分子外面的環境稱為「周遭」。化學鍵斷裂的時候,不是只有「分子系統」的能量流出來「周遭」,「周遭」的能量也會流進「系統」。

5.      吸熱,就是「周遭流進系統」的能量比「系統流出周遭」的能量大;散熱,就是「系統流出周遭」的能量比「周遭流進系統」的能量大。

6.      如果「化學鍵」的「鍵能」很強,代表二個原子彼此的引力很強,要分開這二個原子,「周遭」需要花比較多的能量(熱含量)才有辦法扳斷化學鍵,所以「周遭」流進「系統」的能量比較多,分子系統在反應過程中「吸熱」。

7.      例如,反應前的化學鍵乙烷「CH」的鍵能,比反應後的化學鍵「HBr」,鍵能強13kcal/mol,這個反應是「吸熱endothermic13kcal/mol

8.      如果「化學鍵」的「鍵能」很弱,代表二個原子彼此的引力很弱,要分開這二個原子,「周遭」不需要花太多力量(熱含量),就可以輕易扳斷化學鍵,所以,斷裂的時候,「分子系統」的化學鍵釋放出來「周遭」的能量,比「周遭」流進去「系統」得多,造成「散熱」現象。

9.      例如,「HCl」鍵比「CH」鍵能強3kcal/mol,所以,「氯自由基」與「乙烷」的反應是「散熱exothermic3kcal/mol

10.  不論是哪一種情形,如果周遭有「自由基」靠近「化學鍵」的某一個原子,「自由基」的引力,會導致受吸引「原子」跟原本「鍵結原子」之間的引力下降,造成「化學鍵」的鬆動,因此,有助於打斷「分子系統」的「化學鍵」。

化學鍵的鍵結與斷裂:熱力學的可行性 Bond Making and Bond Breaking:Thermodynamic Feasibility

有機化學的基礎223

1.      所有的化學反應都包含化學鍵的1.「形成」或2.「斷裂」,或3.「形成」與「斷裂」。

2.      原子「A」和「B」之間的「σ鍵」斷裂的方式之一是,把共價電子平均分配給2個原子(1個分配給A,另一個分配給B),產生中性物種「自由基radical。這樣的過程稱為均勻斷裂homolytic cleavagehomolysis

3.      以下是均勻斷裂的二個範例

4.      在「均勻斷裂」,「共價鍵」的2個「電子」平均分配給每個「鍵結原子」,一個鍵結原子分配到1個「電子」,化學鍵斷裂,並且形成2個「自由基」。

5.      另一種「化學鍵」斷裂模式,「σ鍵」的2個「電子」都跑到其中一個「鍵結原子」上,另一個「鍵結原子」完全沒有得到任何「電子」,這種情形稱為非均勻斷裂heterolytic cleavageheterolysis

6.      非均勻斷裂會產生一個陽離子和陰離子

7.      從化學鍵得到2個「共價電子」的原子是「陰離子」,失去2個「共價電子」的是「陽離子」。

8.      化學鍵斷裂的焓變化,深受鍵能bond strength和溶劑能 salvation energy的影響。

9.      化學鍵斷裂時,「電子」到底會往哪裡移動?這要比較2個原子的「陰電性」,看哪一個原子的「陰電性」比較強來決定。「陰電性」更強的原子,更有能力吸引「電子」。

10.  為了說明這2種「電子」的運動,我們用「半箭頭」代表1個「電子」移動(均勻斷裂),「全箭頭」代表2個「電子」移動(非均勻斷裂)。

n   翻譯編寫 Marye Anne Fox, James K. WhitesellOrganic Chemistry

徐弘毅:

1.      分子,是由一群互相強烈吸引的「原子」組成。這群「原子」由於彼此的引力很強,不容易被破壞,因此形成一個穩定的「分子系統」,「分子系統」內部的物理世界與周遭環境隔離。

2.      分子系統內,互相吸引的原子們,有一個無形的力量彷彿鋼骨貫穿它們,使得原子不論怎麼移動、旋轉,都不會改變彼此順序與相對位置。這股力量就是「化學鍵」的鍵能。

3.      「原子核」帶「正電荷」,因此,二個原子互相吸引的「化學鍵」區域,是「正電荷」最強烈的地方,也是最吸引「電子」的地方。

4.      「化學鍵」是電子雲密度最高的地方;二個鍵結原子的最外層電子,當然也深受吸引,因此,它們的最外層電子就位於化學鍵的中間,稱為「價電子」。

5.      所以,觀察二個「鍵結原子」的「最外層電子」(價電子),在「化學鍵」的狀態,就能知道這二個「原子」彼此的引力關係。

6.      「化學鍵」斷裂,就是指「分子系統」中,本來互相吸引的二個「原子」,分開了、不再互相吸引了。

7.      如果二個「鍵結原子」分開的力量是勢均力敵,那麼,就會各自帶走自己「最外層的電子」,成為二個「自由基」。這就是化學鍵「均勻斷裂」。

8.      如果「鍵結原子」分開的力量一強一弱,那麼,引力較強的「原子」,會帶走對方的最外層的那1個「價電子」,也可以看成是直接拿走化學鍵中間的2個「價電子」(包含自己與對方的價電子),這就是「陰離子」。

9.      而引力較弱的「原子」,會失去自己最外層的那1個「價電子」,也可以看成是失去「化學鍵」中間的2個「價電子」(包含自己與對方的價電子),這就是「陽離子」。以上的情況就是「非均勻斷裂」。

10.  為什麼會有鍵結原子的引力一強一弱的情況呢?

11.  每個原子的「原子核的數量」不同,遮蔽原子核引力的電子雲密度不同,原子追求最大穩定的能量不同(鹵素只要再1個電子就可以滿足八個電子的穩定目標,所以搶奪的能力較強),這些因素導致每個原子對電子的引力不同。

12.  原子對電子的引力稱為陰電性或負電性。所以,化學鍵斷裂時,「電子」到底會往哪裡移動?這要比較2個原子的「陰電性」,看哪一個原子的「陰電性」比較強來決定。「陰電性」更強的原子,更有能力吸引「電子」。

13.  化學鍵斷裂的焓變化,深受「鍵能bond strength」和「溶劑能 salvation energy」的影響。

14.  鍵能,分子中的原子互相吸引的能量;「鍵能」愈強,要打斷就愈不容易,所以,需要耗費的熱含量就愈多。

15.  「溶劑能」就是周遭環境的「自由基」或「離子」,吸引分子化學鍵上的原子來鍵結的能量。「自由基」或「離子」吸引鍵結原子的力量愈強,「化學鍵」就被破壞得愈厲害,那麼,打斷「化學鍵」所需的熱含量就可以小一點。