WEBVTT

00:00:06.920 --> 00:00:09.497
分子長得什麼樣？

00:00:09.497 --> 00:00:12.161
嗯... 分子裡面大部份是空空的

00:00:12.161 --> 00:00:14.599
原子質量幾乎全都塞在


00:00:14.599 --> 00:00:17.147
非常非常擠的原子核裡

00:00:17.147 --> 00:00:18.257
而電子

00:00:18.257 --> 00:00:20.609
則決定原子間的鍵結方式

00:00:20.609 --> 00:00:21.781
電子鍵比較像是

00:00:21.781 --> 00:00:23.644
一整團電子雲

00:00:23.644 --> 00:00:25.157
而不是一顆顆單獨的粒子

00:00:25.997 --> 00:00:28.604
所以說，分子的形狀比較接近雲

00:00:28.604 --> 00:00:31.006
而不像是... 一座雕像的形狀

00:00:31.006 --> 00:00:32.411
但對所有分子來說

00:00:32.411 --> 00:00:35.726
至少會有 1 種
排列原子核和電子的方式

00:00:35.726 --> 00:00:38.842
使相異電荷間的吸引力會最大

00:00:38.842 --> 00:00:42.599
而相同電荷間的互斥力會最小

00:00:42.599 --> 00:00:44.347
假設只有最外圈的電子
會對分子的形狀產生影響

00:00:44.347 --> 00:00:45.891
假設只有最外圈的電子
會對分子的形狀產生影響

00:00:45.891 --> 00:00:48.808
假設只有最外圈的電子
會對分子的形狀產生影響

00:00:49.454 --> 00:00:50.714
同時我們也假設

00:00:50.714 --> 00:00:52.893
原子之間的電子雲
也就是分子鍵

00:00:52.893 --> 00:00:54.561
原子之間的電子雲
也就是分子鍵

00:00:54.561 --> 00:00:57.469
形狀像一條熱狗

00:00:57.469 --> 00:01:00.289
記得原子核是帶正電

00:01:00.289 --> 00:01:02.245
電子則是帶負電

00:01:02.245 --> 00:01:03.731
如果所有的原子核
都自己聚在一塊

00:01:03.731 --> 00:01:04.821
如果所有的原子核
都自己聚在一塊

00:01:04.821 --> 00:01:06.989
而所有的電子也都聚在一塊

00:01:06.989 --> 00:01:09.233
它們會互相排斥而飛散

00:01:09.233 --> 00:01:11.005
那就沒什麼用了

00:01:11.451 --> 00:01:14.103
1776 年，物理學家伏特

00:01:14.103 --> 00:01:16.599
他在發明電池的數十年前

00:01:16.599 --> 00:01:18.263
先是發現了甲烷 (Methane)

00:01:18.263 --> 00:01:22.133
甲烷的分子式是 CH4

00:01:22.133 --> 00:01:23.126
這個分子式告訴我們
每個甲烷分子裡面

00:01:23.126 --> 00:01:24.800
這個分子式告訴我們
每個甲烷分子裡面

00:01:24.800 --> 00:01:28.442
含有 1 個碳原子和 4 個氫原子

00:01:28.442 --> 00:01:31.139
但從分子式卻看不出來
誰和誰相互鍵結

00:01:31.139 --> 00:01:34.532
也看不出這些原子
在空間中的排列方式

00:01:34.532 --> 00:01:36.742
從碳的電子組態可知

00:01:36.742 --> 00:01:39.531
碳原子最多可以連結
四個以上的原子

00:01:39.531 --> 00:01:41.576
而每個氫原子
則只能連接一個原子

00:01:41.576 --> 00:01:43.034
而每個氫原子
則只能連接一個原子

00:01:43.034 --> 00:01:44.402
所以，我們可以推論

00:01:44.402 --> 00:01:49.058
碳原子應該是中心原子
以和其他氫原子相結合

00:01:49.128 --> 00:01:51.650
每個鍵結即代表兩個共用電子

00:01:51.658 --> 00:01:54.570
每對共用電子對則用線段表示

00:01:54.570 --> 00:01:58.261
現在我們可以畫出
這個分子的平面圖

00:01:58.261 --> 00:02:00.826
但在空間中看起來是如何呢？

00:02:00.826 --> 00:02:01.807
合理的說

00:02:01.807 --> 00:02:05.599
每個鍵結都代表著
帶有負電荷的範圍

00:02:05.599 --> 00:02:07.403
正因為同性相斥

00:02:07.403 --> 00:02:09.569
原子最喜歡的排列組態

00:02:09.569 --> 00:02:12.330
是每個鍵結離得越遠越好

00:02:12.330 --> 00:02:13.743
所以，要讓所有鍵結離得最遠

00:02:13.743 --> 00:02:16.361
所以，要讓所有鍵結離得最遠

00:02:16.361 --> 00:02:18.902
最理想的形狀，就會變成這樣

00:02:18.902 --> 00:02:20.858
我們稱為：四面體

00:02:20.858 --> 00:02:22.901
如果含有不同的原子

00:02:22.901 --> 00:02:25.323
形狀也多有不同

00:02:25.323 --> 00:02:28.299
例如：氨 NH3 
是金字塔形

00:02:28.299 --> 00:02:31.122
二氧化碳 CO2 
則是一直線

00:02:31.122 --> 00:02:34.548
水 H2O 
形狀有點像彎折的手臂

00:02:34.548 --> 00:02:37.129
三氟化氯 ClF3
形狀則像是一個英文字母 T

00:02:37.129 --> 00:02:38.655
三氟化氯 ClF3
形狀則像是一個英文字母 T

00:02:38.655 --> 00:02:45.819
我們現在是要
建立原子和電子的3D排列模型

00:02:45.827 --> 00:02:48.138
我們還是要做實驗
看看這些分子實際上的形狀

00:02:48.138 --> 00:02:50.489
是不是和我們想的一樣

00:02:50.489 --> 00:02:51.362
答案提示：

00:02:51.362 --> 00:02:53.554
大部份是對的，但有些錯了

00:02:53.554 --> 00:02:54.938
如果原子數增加了
形狀當然也跟著變複雜

00:02:54.938 --> 00:02:56.937
如果原子數增加了
形狀當然也跟著變複雜

00:02:56.937 --> 00:02:58.574
我們剛剛舉的例子

00:02:58.574 --> 00:03:01.071
都有一個明確的中心原子

00:03:01.071 --> 00:03:02.325
但大部分的分子

00:03:02.325 --> 00:03:03.948
從醫藥等級的小分子

00:03:03.948 --> 00:03:06.774
到又臭又長的 DNA 或蛋白質
等高分子聚合物

00:03:06.774 --> 00:03:08.103
都沒有中心分子

00:03:08.103 --> 00:03:11.038
重要的是
原子鍵結它們會自己排好

00:03:11.038 --> 00:03:12.316
依據法則

00:03:12.316 --> 00:03:15.432
同性相斥最遠
異性相吸最近

00:03:15.432 --> 00:03:17.107
找到最合適的排列組態

00:03:17.107 --> 00:03:20.679
有些分子甚至
有兩種以上的安定組態

00:03:20.698 --> 00:03:25.390
變換不同的組態
就會產生很多很酷的化學現象

00:03:25.430 --> 00:03:29.906
即便是分子成份不變
即其中的原子種類、原子數目

00:03:29.906 --> 00:03:31.585
沒有改變