[Organic Chemistry]#1碳的“键”

  #开场白：这学期开了一门课，叫organic chemistry，本人学的EE，不知道学这个有什么x用，但是为了能毕业，还是暂时顺着学校的意思来吧。鉴于高考不考化学，所以我在上课之前的知识储备大约低于同届水平百分之五十。所以得奋发图强，一心一意x生物，聚精会神肝化学，保证10分生命线（这边学校满分20，10分及格），立此博客，严防死守！

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  所谓“有机”就是含碳化合物，所以，就得先从C入手。正所谓“结构决定性质”，在讨论那一大长串的有机化学式之前，先学习其内部的结构，从最基础的碳碳键入手：

1.轨道杂化

轨道的概念（电子概率云），电子层，电子亚层（s,p,d）什么的假设都会了，以及一个轨道最多两个自旋方向相反的概念都会了，直接讨论碳的轨道杂化与价键形成。

对于C而言，它的电子轨道排布式是：

写的更详细点：

其实，p轨道是有三个不同方向的“子轨道”组成，px,py,pz，

因此它可以容纳6个电子。根据能量最低原理，上述的写法中电子的位置无疑是正确的。但如果事情到这里就结束的话，就没有后来的有机化学了。接下来就是所谓的轨道杂化。正如，浓硫酸和水混合（操作时要“酸入水中”）可以得到一定浓度的稀硫酸，s轨道和p轨道杂化之后，就可以得到下图这个一边大一边小的“畸形轨道”（可以把“杂化”理解为“混合”）：

图中彩色部分就是C sp3（sp3的意思是：一个s和3个p杂化） 杂化后轨道的概念图。

因此，电子的位置也发生了变化：

注意：之前第2层的s,p轨道不存在了，全成了sp3杂化轨道了。

理解了这一过程，对碳氢成键，碳碳成键就有帮助了。

2.π键和σ键：

键的形成就是电子轨道的重叠，在我们讨论范围内有两种键：π键和σ键：

π键

σ键是两个轨道轴向重叠（头碰头），π键是肩并肩。其中sigma键比较强，π相对弱一些。

那么以CH4为例：

很明显，碳和氢之间是σ键。By the way,由于该结构的对称性，甲烷是一个正四面体结构，且键角（中心与两个顶点形成的角）为109°28′。

其实，当只存在单键的时候，全是σ键。出现C-C双键时，才会出现其中一个π键的情况。（CC双键一个σ，一个π）

对于该键来说，C是sp2杂化，剩下一个pz轨道形成π键。

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总之，分析碳键需要知道轨道的杂化，以及轨道重合后所形成的两种键。