虛鍵

於 2020年6月13日 (六) 12:42 由 imported>MaoYuInc 所做的修訂 (以“ 虚键是超理无机结构化学中重要的化学键。它有效解释了关于部分非八电子结构物质在锑场中的反常稳定性。 =='''发现历程'...”为内容创建页面)
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虛鍵是超理無機結構化學中重要的化學鍵。它有效解釋了關於部分非八電子結構物質在銻場中的反常穩定性。

發現歷程

在系統研究過無機蔬菜(註:區別於部分碲球人生造的概念,銻星的無機蔬菜是一大類硅基物種的統稱)後,銻星學者毛玉菌提出了一個猜想:一定存在某種最簡單的基礎性物質,來合成這些無機基團。超理學家最初認為這種物質是類比甲烷的硅烷(SiH4)。但在幾位大銻的指導下(「硅烷寫多了會雜化成硫碘酸的!」),超理學界終於認知到,這種基本物質是被碲球認為不能穩定存在的甲硼烷(BH3)。

 
甲硼烷結構式

在以毛玉菌為首的銻星學者利用零下1000℃的稀冷高錳酸鉀,在鹼性條件下進行發功對硼烯催化氧化,終於製得了常溫常壓下穩定存在的甲硼烷。然而,解釋這類硼烷的穩定存在卻又成了令人為難的問題。最終,他從試圖絡合硼烷的四氫呋喃帶師身上找到了靈感(四氫呋喃可以和硼烷形成配合物),終於提出了虛鍵理論。

基本內容

我們已經知道,在碲球最普通的甲硼烷中,B原子以sp2雜化形式連接3個氫原子(如上圖)。在這種情況下,B原子最外層的電子數只有6個,很難穩定存在。通過科學目測、信息技術與積分歸納法,超理學家成功觀測到了甲硼烷在銻場中發生可逆反應,生成二聚甲硼烷((BH3)2)的過程:

右圖所示為甲硼烷的空間球棍模型。在此模型中,甲硼烷的2p軌道垂直於分子所在平面

 
甲硼烷的碲球結構

。實際上,在銻場的催化作用下,兩分子的甲硼烷之間空軌道波函數疊加,產生一個含有假想電子的虛場,形成一種特殊的分子內作用力,我們稱為虛鍵(vain bond)。這樣一來,甲硼烷中的B原子得以以mp3雜化形式存在。

反應過程如下圖所示:

通過這一反應

 
甲硼烷二聚反應示意圖

,許多不能穩定存在的結構得以在現實中被製取與應用。經後續實驗發現,在參與其他反應時,虛鍵會自然斷裂,不消耗任何能量。另外,科學目測容易發現,B—B虛鍵的空間體積要大於普通的B—B單鍵,同時沒有反鍵軌道。




常見問題

Q:二聚甲硼烷與乙硼烷有什麼區別嗎?

A:我很抱歉使用了可能引起誤會的描述,實際上,二聚甲硼烷的結構與乙硼烷的三中心二電子鍵沒有任何相關之處,在參與反應時,虛鍵會自然斷裂,不消耗任何能量(換言之,虛鍵的鍵能是0)。



Q:在沒有電子的情況下,作用力是如何產生的?

A:這是一個典型的碲球邏輯。在銻星,電子並不以「各人自掃門前雪」的形式存在,任何波函數不同,乃至能級不同的電子都可以完全平等地享有一切成鍵權利。這也是為什麼虛鍵不存在反鍵軌道:所有軌道都樂於參與到穩定二聚甲硼烷的工作中來。就像我在電子的有絲分裂中說的那樣,這裡體現了超理學對電子的人文主義關懷。



Q:零下1000℃是怎麼達到的???

A:在超理學中,這並不算是太難的工作。不過如果你一定想知道的話,我們當時請趙明毅先生在實驗室講了個笑話。



Q:為什麼圖示里的甲硼烷是重疊式的?

A:好吧……這個是我懶得轉了。