Chemical Binding

Dept. Phys., Tunghai Univ.93 學年度第二學期‧生物物理

施奇廷

Ionization Energy and Affinity

Ionization Energy （游離能）：將原子外的電子移至無窮遠處的最低能量

Electron Affinity （電子親和力）：

eAEA I

AEAeA

1 J = 0.239 cal, 1 cal = 4.19 J = 2.615×1019 eV = 3.035×1023 K = 6.323×1033 Hz

1 J = 0.239 cal, 1 cal = 4.19 J = 2.615×1019 eV = 3.035×1023 K = 6.323×1033 Hz

Electronegativity Electronegativity eN：為 Linus Pauling 所提出，綜合游離能與電子親和力的數值，訂出 eN值，見 p.14 表 2.2

eN and Strong Bonds Strong bonds: 牽涉到電子的轉移或共用，吸引力較強的鍵結，依據參與鍵結的兩個原子 eN的大小分為三類： 離子鍵（ ionic bond ）： eN一大一小 共價鍵（ covalent bond ）： eN皆大 金屬鍵（ metallic bond ）： eN皆小

Strong Bonds 亦稱為化學鍵 共價鍵與離子鍵具有很強的方向性

Single Bond 單鍵、雙鍵等概念用於共價鍵之分類 單鍵：又稱為鍵，由兩個原子各自提供一個半填滿的電子軌域，共用一對電子

鍵對分子結構最重要的影響：具有旋轉對稱性，可以自由旋轉

Example ： HF (p.16 Fig 2.3) ， H 有一個半填滿的 1s 軌域，而 F 有一個半填滿的 2pz軌域，兩原子並各提供一個電子

Double Bond 雙鍵：又稱為鍵，由兩個原子各自提供兩個半填滿的

電子軌域，共用兩對電子 鍵（或多鍵）對分子結構最重要的影響：不具有旋

轉對稱性，無法自由旋轉，構成較為剛性的區域 欲使鍵角旋轉則必須付出能量（ p.18, Fig.2.5 ） Example ：氧原子有 8 個電子，分別填入 1s 與 2s 軌

域各 2 個，剩下四個填入三個 2p 軌域，根據 Hund’s rule ，必須填滿 2px； 2py、 2pz各填一個

如此兩個氧原子可共用 2py、 2pz之軌域與電子（ p.17, Fig.2.4 ）

Special Atom: Carbon 碳是有機分子中最常見的元素 碳最多可以形成四個鍵結，如 CH4 碳原子的電子組態： 1s22s22px

12py1

為何能形成四個鍵而不是兩個鍵？ 為何 CH4 的鍵角會形成一個正四面體？

形成四個鍵與正四面體的方式： Electron promotion ：電子組態先變為能量較高的激發態 1s22s1

2px12py

1pz1（能量升高）

Wave function hybridization ：原來的 2s 與 2p 軌域混成，變為新的軌域或波函數 sp3（能量升高）

形成化學鍵（能量降低） 由於形成了四個化學鍵，所降低的能量足以彌補前兩個步

驟所升高的能量

Secondary Bonds 化學鍵讓原子結合形成了分子，然而這些分子又可以形成不同的凝聚態→同樣分子可具有不同的態，不同的分子可以有相同的態

對巨大的分子而言，單一分子也可能有不同的構型

由於這些與分子內的鍵結無關，因此分子間（或分子內的原子團間）必定存在不是以上討論之化學鍵之內的交互作用力→稱為次級鍵、弱鍵或是物理鍵

這些次級鍵亦皆來自電磁交互作用

Types of Secondary Bonds

Van der Waals bond （凡得瓦力） Hydrogen bond （氫鍵） Hydrophobic bond （疏水鍵） The detailed interaction of these bon

ds will be discussed in the next chapter

Problem 1

何謂 ionization energy 與 electron affinity ？對同一種原子而言，大部分的電子游離能絕對值比電子親和力大，為什麼？

Hint ：EI

EA