分子

肆鍵與伍鍵(Quadruple Bond and Quintuple Bond)

肆鍵與伍鍵(Quadruple Bond and Quintuple Bond)
台北市立第一女子高級中學化學科周芳妃老師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

肆鍵的化合物
八氯二錸(III)化鉀是第一個被鑑定出具有肆鍵(Quadruple Bond)的化合物,由柯通教授(Frank Albert Cotton,1930~2007,美國)於1964年發表。柯通教授畢業於哈佛大學,在他31歲時(1961年),他成為麻省理工學院(MIT)教授,也是當時MIT大學最年輕的教授。柯通教授一生致力於過渡金屬的研究,一生發表論文達到驚人的1700篇。八氯二錸(III)化鉀(potassium octachlorodirhenate(III))的化學式為K2[Re2Cl8]•2H2O,雙錸之間的共價鍵為肆鍵。此肆鍵包含1個σ鍵、2個π鍵及1個δ鍵。八氯二錸(III) 錯離子(Re2Cl82-)的分子模型如下圖所示。


圖︰八氯二錸(III) 錯離子(Re2Cl82-)的分子模型
圖片來源︰http://www.3dchem.com/inorganicmolecule.asp?id=602#

目前的研究也發現早在1844年,具有肆鍵的雙鉻化合物就已經由法國科學家E. Peligot(Eugène-Melchior Péligot)合成出來,E. Peligot也是歷史上第一位從礦物中提取得到鈾化合物的科學家。E. Peligot合成的雙鉻化合物為醋酸二鉻(II) (Chromium(II) acetate),化學式為Cr2(O2CCH3)4(H2O)2。醋酸二鉻在合成後的一個世紀,後人才了解此為具有肆鍵的雙鉻化合物,分子模型如下圖所示。

碳的氧化物(Oxocarbon)

碳的氧化物(Oxocarbon)
高雄市立新莊高級中學化學科歐惠郡老師/國立中山大學化學系張祖辛副教授責任編輯

除了一氧化碳與二氧化碳之外,早期還有少許其它形式的安定或不大安定的碳氧化合物被人確認或發現,如1873年發現的C3O2和1913年確認的C12O9 ;直到1960年,相關的研究才蓬勃地開展,合成出更多的碳氧化物。雖然大部份碳氧化物不穩定,或只能以氣態存在,或僅為短暫現身於反應過程的中間產物,但也有可在室溫下穩定、或極低溫下較為穩定的分子。

非金屬原子間的作用力屬於共價鍵,彼此共用價電子以符合隋性氣體的電子組態(即八隅體)而達安定的狀態。碳與氧的價電子數各為四和六,符合理論的最佳鍵結數則是四與二。以下簡介數種碳的氧化物。

化學家(Chemists)的迷惘何在

化學家的迷惘何在
知識通訊評論第42期

化學是所有科學學門的關鍵成分,但這是否意味著它只是一把好用的工具,或是還有一些主要的化學問題需要破解?一些化學家提出了他們認為的化學大哉問。

物理學家一點也不會迴避探討推動他們研究領域的那些大哉問,像是「宇宙怎麼開始的」,或是「從原子到宇宙,主宰時空與物質行為的是什麼」。生物學家也是一樣,樂於指向薛丁格 (Erwin Schrödinger) 的著名問題「什麼是生命」,嘗試以揭露 DNA ,繪出蛋白質結構與互動情形,來予以解答。

一氧化碳

一氧化碳 (Carbon Monoxide)
國立臺灣師範大學化學研究所周煜翔碩士生/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

一氧化碳是一種無色無味無臭的高毒性的氣體,分子包含一個碳原子和一個氧原子,以共價鍵三鍵碳—氧鍵連結,是一種最簡單氧化態的碳。

含碳化合物主要生成為常見的二氧化碳(carbon dioxide,CO2),一氧化碳來自於部分氧化的含碳化合物,當減少氧氣的供應,如在密閉空間中操作爐灶或內燃機,則會有一氧化碳的產生。一氧化碳具有顯著的燃料價值,在空氣中燃燒時產生藍色火焰,產生二氧化碳。儘管一氧化碳有劇毒,卻能廣泛使用(作為主要的組成部分,煤氣)為照明,做飯和取暖,以及鎳的生產。一氧化碳仍然在現今科技中占有重要的地位,在工業上,如煉鐵和作為各種產品的前驅物。

氧化銅 (Copper(II) Oxide)

氧化銅 (Copper(II) Oxide) 
台北市立第一女子高級中學二讓 9號 李明穎/台北市立第一女子高級中學化學科周芳妃老師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

銅常見的氧化物有兩種:氧化銅(Copper(II) oxide,CuO)以及氧化亞銅(Copper(I) oxide,Cu2O),兩者皆為離子化合物,前者為黑色固體,後者為暗紅色固體。銅片長時間暴露在空氣中,可氧化形成氧化亞銅,在經更久的時間就進一步氧化為氧化銅。這些銅的氧化物進而與水氣及二氧化碳反應,形成銅的氫氧化物及碳酸鹽。銅片在火焰上直接加熱,也可以得到氧化銅。
氧化銅可分別用硝酸銅、氫氧化銅和碳酸銅的熱分解反應備製。

2Cu(NO3)2(s) → 2CuO(s) + 4NO2(g) +O2(g)
Cu(OH)2(s)→ CuO(s) + H2O(l)
CuCO3(s)→ CuO(s) + CO2(g)

臭氧 -3

臭氧 (Ozone-3)
永春高中蔡曉信老師編譯

我們可用測繪臭氧總量分光計(Total Ozone Mapping Spectrometer)來測量比較在1970年代早期與更早之前,在南極地區的春季與初夏時節臭氧柱的減少量。由1985年的觀測報告指出在南半球的春季南極地區上空的臭氧柱已經減少了70﹪而且持續惡化中。雖然到了1990年代在九月與十月份總臭氧柱仍較之前臭氧破洞值低了40~50﹪。但我們發現每年南極地區與北極地區的減少量有顯著的差異性,且在冬季與春季時當平流層溫度降低時其最大減少量可達30﹪。

臭氧-2

臭氧 (ozone-2)
永春高中蔡曉信老師編譯

臭氧減少

 臭氧減少(Ozone depletion)可由觀測到的兩種不同,但有相關性的現象所導致。一種是自1970年代晚期地表平流層的臭氧緩慢且穩定的以每十年大約4﹪的速率消失。另一種約在相同的時期,在地表兩極地區發生較大量且為季節性變動的平流層臭氧的減少現象。後者即為我們常說的臭氧層破洞(ozone hole)。除了眾所皆知的平流層臭氧層消失外,對流層的臭氧在兩極地區春季時也有消失的現象。

臭氧 -1

臭氧 (ozone-1)
永春高中蔡曉信老師編譯

臭氧是三原子分子,與氧氣互為同素異形體,但其較不安定。地表上的臭氧是空氣的污染物質之一,它會危害動物的呼吸系統。大氣層中較上層的臭氧具有降低紫外線直接照射地表所造成傷害的功能。大氣層中臭氧的濃度很低。它有許多工業上及民生消費的用途。臭氧療法是一種具爭議性的替代性醫療方法。主流科學醫學已發現它對人體有害,因此在美國此種醫療方式是被禁用的。

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