Re: [學科] 我不懂MO

[kalen123 (albert)]

※ 引述《lienlee (lienlee)》之銘言：
: 餓死抬頭
: 我整個不懂mo分子軌域
: 希望哪一位大大好心教教我

好窮，賺點p幣……

如果針對這問題，要你在心中描繪一個原子，你會想到怎樣的圖






                             (請思考)












一顆球?




















那樣不行。

不行的原因是尺度不對，你必須看的更細。#1







                              (請思考)











你必須要想到的是一個原子核，旁邊一堆電子延著特定的軌域繞來繞去，而且這樣繞最符
合能使它們的能量處於最低#2
就跟這圖一樣http://0rz.tw/98545。

聽起來像廢話，但是如果我進一步問你:為什麼原子和原子間會有鍵結呢?

你應該沒有天真到真的以為原子和原子間會有根小棒子相接，但是為什麼呢?為什麼兩個
氧原子會形成一個氧分子?為什麼一個碳和兩個氧原子會形成一個二氧化碳分子?為什麼
六個碳原子會形成一個苯環?或是一個己烷直鏈?













個人認為學好化學首要就是學會發問，特別是對於那些教科書上所寫的，它們其實全是回
答某種問題答案，只是沒有明講是回答什麼問題的。

就此例來說，之前說過要有電子在外面繞的印象，現在讓我們從這個話題慢慢的推的更深
，好玩的開始了。



讓我們來試著回答"鍵結的概念"究竟是打哪來的?

試著想像，或是自問:如果兩個獨立的氧原子和一個氧分子有何差別?













答案就在兩個氧原子是各自獨立，而氧分子上的兩個氧是"靠在一起"的，前者的兩個氧原
子可以分別在地球的兩端同時發現，但後者你一定會看到他們在一起，之間的距離是用奈
米為單位。


別停下來!!!

快想:為何會靠在一起?當它們靠在一起，會長什麼樣子?















所有的直覺都告訴你絕對不會是兩顆完整的原子就這樣沒事的靠在一起，它們之間既然會
靠在一起，那一定發生一些事。




















休息一下，問個物理問題:請問你沒拿穩原子筆時，筆是往上飛還是往下掉?

答案是往下，因為位能最小，事物有趨向能量最小的特性。














那如果我們把
"氧分子是總是相鄰的兩個氧原子組成"
"事物趨向能量最小"
"當形成氧分子時，兩個氧原子之間發生一些事"
"當電子跑在軌域上時能量最低"
"原子是由中心的原子核和外圍沿軌域運行的電子組成"     合在一起看，會發生什麼事?












會不會當兩個氧原子合力形成一個氧分子時，也將彼此的軌域溶合(也就是混層)，形成
了一個全新的分子軌域?而且電子在新的分子軌域移動所需的能量反而比獨立時低?更低的
能量造成分子本身能穩定存在且兩原子總是靠在一起，就像原子筆不會沒事離開地面飛起
來，只要沒人動就會持續躺在地面一樣?

更甚者，所謂的鍵結其實就只是人們看到(因為溶合後的分子軌域上的電子移動能量較原
來溶合前低，進而促使)兩原子持續靠在一起#3的一種想像方式。所謂的sigma bond、
pi bond就是混合後的軌域形狀被分類後的稱呼。


真是太好玩了，只要這樣想通了，什麼是鍵結?為什麼甲烷長那樣?為什麼氮分子如此難以
改變?全都可以用能量來解釋，因為鍵結就是能量較低的形式，因為如果只接三個氫，那樣
電子的能量就會比接四個高，因為氮分子一但形成，能量就會降到比一般分子還低，就像
跌落海底的石頭，還有什麼能跌的呢?至於兩個以上原子組成的分子也可一起同視，只是
麻煩了一點。





但是這邊有個問題，我怎麼知道電子在混層後的分子軌域能量比混層前的獨立原子軌域低
呢?

這問題的答案是必須結合模型計算，但是計算必須用到大量的數學，而且多數時候複雜到
非得靠電腦不可;為了能快速的知道答案，較直觀、快速但是不嚴謹的作法誕生了，那就
是你在課堂上學到畫一堆橫線、bonding、antiboding的東西由來，隨著你日後的深入，
你會發現老師有時說這軌域能量比較高，有時比較低，有時要這樣畫，有時卻這樣畫，
其實這就是伴隨投機而來的問題。

老師不會解釋為何有這些例外，因為打從一開始這就只是不嚴謹的方法，但是只要你能記
住分子軌域是從原子軌域的概念延伸變化而來，它是前人用來解釋的是為何原子會靠在一
起以及分子和相同組成比例的原子差異在哪，並且在實際上人們已接受了分子軌域在直觀
上的作法可以帶來的好處#4，只要你能接受這偶爾有例外的規則並記住各常見原子的原子
軌域的描述，你也能輕易描述為何這分子比那分子不易生成而不需借助電腦。

這樣，你就已經學好此階段的分子軌域。


個人拙見，還請各位不吝指教。


#1:打個比方，如果今天一個沒去過貴校的外人跑到你們校門口，說要找你們系上的某某
老師辦公室，你覺得丟給他一張"貴校所在城市的地圖"還是"貴校校內地圖"並註明幾號辦
公室，何者會比較好?請注意，兩者都是在描述貴校，但是描述的"尺度"不同，實用性就
有差。

#2:原子軌域首出自波耳的氫原子模型，根據當時的證據，他首先提出數學化的現代模型
，並且奠定今日原子是由外圍電子在特定軌域上運動的理論基礎，如果這邊不清楚，就試
想原子核就像一個操場的中心，電子軌域就是以三度空間且不同形狀繞著這個中心的跑道
電子被限定只能在跑道上跑，不能跑在跑道和跑道之間。

#3:括號內是分子軌域發明前的人們所不知道的。可以把括號內的字特意遮起，那就是人們
為何想像有根小棒子接在原子之間的原因。

#4:當然實際情況比文中描述更複雜，但從初學者的角度，單純但確實的理解就很夠了。

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