第 5 单元
分子的形状
水分子为什么是弯的，二氧化碳却是直的？形状决定了分子有没有极性、会不会互相吸引，进而决定了沸点、溶解性乃至生命。这一单元从电子对互斥出发，经过对称性、杂化轨道、分子轨道和共轭分子的颜色，一直走到分子之间的作用力。
- 1 价层电子对互斥（VSEPR） 电子对彼此排斥，会尽量远离——这一个想法就能预测绝大多数小分子的形状，还能解释为什么 CH₄、NH₃、H₂O 的键角一个比一个小。 30 分钟
- 2 分子的极性 每个键都有极性，分子却可以没有极性。把键偶极当作矢量相加，再看看孤对电子如何让 NH₃ 和 NF₃ 走向截然不同的结果。 25 分钟
- 3 对称性与点群 转过 120° 的氨分子和原来一模一样。找出分子全部的“隐形动作”——它的点群——就能直接判断它能否有偶极矩、是不是手性。 35 分钟
- 4 杂化轨道 s 和 p 轨道混合成指向特定方向的杂化轨道，解释 180°、120°、109.5° 这些角度，以及乙烯和乙炔中的 π 键。 30 分钟
- 5 分子轨道理论 把原子轨道组合成属于整个分子的轨道，逐个填入电子：键级、键长、键能，以及氧气为什么会被磁铁吸住。 35 分钟
- 6 共轭与颜色：盒子里的 π 电子 三种菁染料只差几个 –CH=CH– 单元，颜色却从品红变到蓝再到绿。把 π 电子关进一维盒子，就能算出它们吸收的波长——再用九个实测吸收峰检验这个模型。 35 分钟
- 7 分子间作用力 色散力、偶极作用和氢键决定了物质在什么温度沸腾。从氢化物沸点的反常，到伦纳德–琼斯势中那个浅浅的势阱。 30 分钟