化學原理啟迪402-3
Men's Fall-Winter 2013/2014 Runway-Bottega Veneta
1.
即使分子沒有偶極矩，它們彼此之間也有作用力；我們確實知道這是真的，因為所有的物質在特定條件下進入液態和固態後，分子間確實出現了作用力，連鈍氣也不例外。
2.
鈍氣原子之間與非極性分子之間較弱的作用力，稱為倫敦分散力London dispersion forces。我們將以一對鈍氣分子為例，說明分子間的倫敦分散力的起源。
3.
雖然我們通常假設原子的電子雲是均勻分佈在原子核表面，然而，這並不是真的。原子的電子雲會瞬間分佈不均，產生短暫的偶極。當一個原子身上出現瞬間偶極矩，就會引發鄰近的原子也跟著出現類似的偶極矩。
4.
上述現象使原子間產生一股引力，稱為倫敦分散力，倫敦分散力的十分微弱，並且時間短暫，但是對大型原子來說卻成為十分顯著的力量。
5.
原子們的動能必須大大降低，倫敦作用力的強度才足以使原子們鍵結成固體，這就是為什麼鈍氣元素的凝固點那麼低。
6.
同一行的鈍氣族元素由上而下，隨著原子量增加，凝固點也跟著升高；這個趨勢的起源是，隨著原子量增加，電子數也跟著增加，連帶使得原子出現暫時性偶極的機率也增加。
7.
大型原子表面的電子更多，展現出來的極性也更強，隨著原子的體積增加，倫敦分散力的重要性也跟著增加。
8.
同樣的觀念也可套用在非極性分子H2、CH4、CCl4、CO2上；因為這些分子都沒有恆定的偶極矩，因此它們互相吸引的重要力量來源是倫敦分散力。
n 翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》；圖片來源／Vias.org/genchem、Encyclopedia.lubopitko-bg.com、Wps.prenhall.com、2012books.lardbucket.org
請問6的原因是甚麼? 偶極增加和凝固點增加的關西在!?
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回覆刪除「請問6：『同一行的鈍氣族元素由上而下，隨著原子量增加，凝固點也跟著升高；這個趨勢的起源是，隨著原子量增加，電子數也跟著增加，連帶使得原子出現暫時性偶極的機率也增加。』的原因是甚麼? 偶極增加和凝固點增加的關西(關係)在!?」
1. 在德莫克利德的概念裏，物質是由粒子(原子、分子……)與空間組成，除此之外，沒有別的東西。依據他的觀點，我們來定義氣體、液體和固體。
2. 如果某一種物質內的構造是，粒子彼此之間距離遠，或者因為質量很小，彼此的引力極小、甚至沒有什麼引力，粒子們不太受引力的控制，可以自由地旋轉、活動、移動、碰撞，這種組成粒子鬆散、活潑、自由的物質，稱為氣體。
3. 如果物質內的粒子，因為彼此之間的距離比較近或者因為質量較大的關係，彼此存在些微的引力，使得粒子活動有點自由，卻又不完全自由，受到部分的拘束力，雖然粒子同樣可以旋轉、移動、碰撞，但是與氣態粒子相比，移動速度較慢，這種物質，稱為液體。
4. 如果物質內的粒子，彼此之間的距離很近，或者因為質量較大的關係，彼此存在強大的引力，使得粒子只能在原地旋轉、震動，完全不可能移動，這樣的物質，稱為固體。
5. 用德謨克利德的角度來看，物質的三相轉換，就是物質彼此引力的改變、彼此的空間距離改變。如果是同一種物質的三相轉換，當然就沒有粒子質量改變的問題，只有粒子彼此的距離改變，因此導致引力改變。
6. 舉例來說，液體變成固體的變化，或說液體凝固成固體的過程，就是指物質的組成粒子，彼此之間的引力變強，使得粒子從半自由的活動狀態－較緩慢地移動、旋轉，變成不自由的狀態－只能在原地小幅度地震動、打轉。註解：在這裡說液體的粒子移動較緩慢，是跟氣體相比。
7. 什麼是凝固點呢？凝固點就是粒子之間的引力強度，大到可以讓物質從液體的狀態變成固體的那一點。不過，引力對一般人來說是抽象、跟生活經驗沒關，所以，一般而言，我們用溫度來說明，溫度也是力的一種展現。凝固點指的就是液體變成固體瞬間的溫度，其實這個溫度反映的就是粒子之間的引力；凝固點的溫度就是，讓液體變成固體的那一瞬間的引力強度。
8. 什麼是偶極力呢？偶極力是一種粒子之間的引力。因為原子是中央原子核帶正電，四周遍布帶負電的電子，因此原子以及原子組成的分子，有部分區域是帶正電，另一部分區域是帶負電。
9. 包覆在原子或分子外的電子，會周遭其他原子的引力、或原子/分子本身的運動，而分布得不太均勻。
10. 為什麼分子本身的運動會造成電子雲的分布不均？
舉例來說，當火車往前開的時候，人會感受到一個後座力，同樣地，當分子往前跑的時候，也會有一股後座力使電子雲往後退，這造成分子的前端只有稀薄的電子雲包覆帶強烈正電的原子核，分子的後端則有大量的電子雲。
除此之外，碰撞、搖擺、旋轉等活動，都會導致電子雲的分布不均。所以，活動中的分子或原子，電子雲分布不均是很正常的現象。
11. 什麼是極性分子呢？分子有一端比較帶正電、另一端比較帶負電，這種分子稱為極性分子。
12. 什麼是偶極矩呢？從正電端到負電端的引力，以“┼→”表示，稱為偶極矩。分子的偶極矩大，表示分子的正電端強、負電端也強，因此從正電端到負電端的電位差很大，電流很強，這稱為偶極矩大。
13. 什麼是偶極-偶極力呢？極性分子互相靠近時，一個分子的正電端與另一個分子的負電端相互吸引，或者，一個分子的負電端與另一個分子的正電端相互吸引，這種作用力稱為偶極-偶極力。
14. 什麼是分散力呢？分散力，又稱為倫敦力，是一種瞬間「偶極-偶極力」。有許多分子本來是中性的，但是在靠近另一個中性分子的時候，會自然而然地極化，產生瞬間偶極，讓彼此互相吸引，這種瞬間引力稱為分散力。
15. 分散力這個名詞給人一種誤解，好像這是會讓分子分散開來的力量，其實，這是分子互相吸引、團結起來的力量。那為什麼叫分散力呢？分散力的「分散」，指的是電子從均勻的狀態，分散集中到部分區域，造成分子某部分帶負電，某部分帶正電，產生極性，或說產生偶極-偶極力。
16. 為什麼兩個中性的分子互相靠近，會自然極化，產生瞬間偶極力呢？因為分子的外面都是包覆負電子，裡面都是正電原子核；兩個分子互相靠近、碰撞，自然而然依據同性相斥、異性相吸的原理，調整自己的電子分布，使正電能夠盡量吸引到負電，使負電則能夠盡量吸引到正電，這樣的調整使中性的分子極化、產生偶極力。
17. 關於你的問題，「偶極增加和凝固點增加的關西(關係)在？」我幫你補充一下，這個問題應該是：「隨著原子量增加，連帶使得原子出現暫時性偶極的機率也增加，凝固點也跟著升高，為什麼會出現這樣的連動關係？」
18. 首先解釋，「原子量增加，使得原子間出現暫時性偶極的機率增加」的原因。
一、 依據牛頓的萬有引力，物質世界的質點，質量增加，必然使彼此的引力增加；因此，液態物質的原子，如果質量較大(原子量大或分子量大)，他們偶然碰撞，互相吸引的力量必然較強，也因此產生暫時性偶極－偶極力的機率增加。
二、 原子量增加，代表這個原子帶正電的原子核大，負電子的數量也大，因此，一旦這種原子或由這種原子組成的分子互相碰撞，以正負相吸原理產生的暫時性偶極－偶極力，力量也比較強大，這當然會顯現在分子們碰撞之後產生暫時性偶極－偶極力的機率增加。
19. 其次解釋，「原子量增加，出現暫時性偶極的機率增加」，為什麼會導致凝固點也跟著升高？
20. 液體物質，如果出現「暫時性偶極－偶極力」的力量強、機率高，代表這個液態物質有很大的潛力讓其內部的粒子互相吸引，只要稍微降低溫度、削減一些熱能，就能讓粒子活動力下降，彼此之間靠近，發揮其潛力互相吸引，因此這種物質的凝固點較高，也就是不需要大幅降低溫度，就可以讓物質從液態凝固成固態。
21. 以上是我的說明。你在閱讀的時候有很多的困難，是因為現在的國際科學原文教科書，習慣直接將研究成果展現，沒有將科學觀念的來源與演變重建起來，所以，每一個句子聽起來都好像是突然蹦出來、看不懂、也連不起來，這並不是你在科學方面的不行，而是教科書本身的缺陷。
22. 絕大部分寫科學教科書的人，沒有學過歷史，所以撰寫的內容缺乏科學史觀。再加上學科學的人大多專注於實驗，沒有接受語言學、文學、新聞的訓練，所以，無法用白話文表達他們內心的意思。
23. 所以，我花比較多的時間重新解釋物質世界的基本概念，以及各科學名詞的定義，然後再建立因果關係，補充教科書的不足，此外，我認為，按照亞里斯多德的方式重新整理一次內容，這樣思考比較周全，才能建立一個完整的科學思想體系。
24. 你如果讀了頭暈，不要急，分幾天、幾個星期慢慢想，因為我的學習過程也是一直頭暈。學習必須漸進，學習是不能速成的，只有死背才會速成，但是那樣基礎不紮實，很快就會江郎才盡。
25. 就像我解釋的速度很慢一樣，我學習科學的速度比一般人還要慢很多，因為我要確定每一個名詞的定義、每一個科學家的思考體系，比對不同科學家的思考體系，然後還要看各種客觀數據驗證。
26. 因為這樣會花很多時間，因此我剛開始學習的時候，常常被老師、父母、長輩、長官和權貴當成白癡修理惡整，但是我確信，有恆心毅力地反覆練習，白癡也會變專家，等我想清楚每一個環節之後，就能建立一套更完整的體系，那時，那些喜歡踐踏弱勢者的人就會了解自己，學會尊重處在弱勢堅持好學不倦的人。
27. 你也應該有這種信心，知識就是力量，繼續讀教科書，慢慢地思考，持續實驗，保持良好的運動習慣，用音樂增強意志力；我信心缺乏的時候就讀牛頓、愛默生、梭羅、盧梭……這些人的箴言，努力將自己的內心調整成跟他們一樣，也努力照他們的話去生活。
28. 我最近因為在研究紐約時報和華盛頓郵報，因此耽誤一些時間才回覆，感謝你的問題，讓我重新複習與整合過去所學的科學知識。
徐弘毅2015.12.23.
聽完您的想法與經歷十分感動，希望您能多分享有關學習方面更多的見解與體驗
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