更具体来讲,当前对于高中学生理解化学反应的实质的工具,基本采用的是简化后的有效碰撞模型: 能量达到一定水平的分子(活化分子)相互碰撞,导致旧键断裂和新键形成。 当催化剂降低了活化能之后,这意味着有更多的反应物分子变成了所谓的“活化分子”,同时让单位体积内的活化分子百分数得到提高,然后加快化学反应速度。
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【先说本文结论】:
正四面体结构,只存在3个原子共面的情况。
普通四面体,可以存在最多3个原子共面,最少2个原子共面的情况。
首先,关于高中常见(或者说常规)有机物分子中有多少原子共面的问题,它的本质上可以理解为是一个微观层面的几何问题,核心是“旋转”和“排斥”二个方面。
复杂的、原子数目较多的有机分子,要更多考虑旋转!!!
简单有机分子,或者理解局部的分支,要更多考虑孤电子对的排斥作用!!!
对于数学较好的同学,或者说抽象思维能力较强的同学,又或者说空间想象能力强的同学,实际上这类共面或者共线的问题一点就透,因为这有点像在自己想象的空间里搭建积木的游戏,只不过这个积木是可以旋转的。
⚠️⚠️⚠️:
首先讲最简单的结构:
最多原子共面是一种特殊情况。
甲烷是一个稳定的正四面体结构,无论它怎么“旋转”,都只有3个原子共面,且四个氢原子完全对称,这个非常容易想象和理解,但是如果不是甲烷,而是其他有机分子,比如:
三氟甲基氯仿(CF3Cl)的分子中,由于孤电子对的排斥作用,通常是碳原子和氯原子共面,而三个氟原子则位于与这个共面垂直的位置,三个氟原子共面。因此,三氟甲基氯仿最多也是三个原子共面。但因为孤电子对排斥,出现了“更少”的两个原子共面的场景。因此它有“最少”这一说。
甲烷只有3个原子共面的情况,无论它怎么“旋转”,都是3个原子共面,不存在最多和最少的说法。
但是,当我们增加“孤电子对排斥理论”后,简单分子(CF3Cl)也可以出现“更少”的情况,这相当于回答了最少的原子共面情况。而相对复杂的分子,则可以通过“旋转”来改变自身结构中共面的原子数量。
再次强调一下:
对于简单的有机分子(四面体为例),它已经简单到不能考虑旋转的思路来看待原子共面的问题时,要考虑孤电子对的排斥作用,翻译成更容易理解的语言就是观察它四个角位置的原子是不是一样的,一样的肯定就是正四面体,要是不完全一样(比如发生取代反应后),就会存在不完全对称的情况(电子对偏移),这个时候,分子结构就是一个非高度对称的四面体。
此时,分子依然满足最多有3个原子共面,但会出现最少有2个原子共面的情况。会让更少的共面情况出现。
举一反三一下,有没有可能出现更少的,一个原子共面的场景?
答案是不可能。因为我们但凡想象一下就可以发现,中心原子总能和某一个原子构成一条线,只要共线了,就必然共面,这意味着至少有2个原子共面。
讨论到这里,我们可以对四面体结构作出如下结论:
正四面体结构,只存在3个原子共面的情况。
普通四面体,可以存在最多3个原子共面,最少2个原子共面的情况。
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