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第139章 有机化学入门:甲烷、乙烯、乙炔(2 / 2)

“对,大家可以理解为,那个不牢固的π键断裂,双键变成单键,原来连接双键的两个碳原子,可以再各自连接一个新的原子或原子团。”老师一边说,一边用模型演示,将代表溴分子(Br?)的两个红球,分别加到了双键两端的碳原子上。“比如,它可以使溴的四氯化碳溶液(红棕色)褪色,用于鉴别乙烯和甲烷这类饱和烃。”

凌凡飞快地记录,脑海中想象着那个过程:红色的溴分子靠近乙烯双键,π键断裂,溴原子分别加到两个碳上,生成无色的1,2-二溴乙烷。这个过程形象而直观。

“此外,它还能与氢气、氯气、氯化氢、水等发生加成反应。”老师写下了一系列方程式。

凌凡在笔记上为乙烯开辟了一个专区。核心结构:平面形,含碳碳双键。化学性质:燃烧、加成反应(使溴水褪色是其特征)。他特意将“使溴水褪色”用红笔圈出,作为鉴别乙烯的关键实验现象。与甲烷的稳定相比,乙烯的活泼源于其不饱和的双键结构。结构的细微变化,导致了性质的天壤之别。

第三幕:乙炔——直线分子的更活泼三键

压轴登场的是乙炔。

C?H?。

结构式:H-C≡C-H。

老师拿出了第三个模型,两个黑球用三根短棒连接(碳碳三键),每个黑球再连接一个白球。

“乙炔,俗称电石气。”老师将模型拿起来,那是一条直线形的结构,键角180°。“它的核心是碳碳三键,由一个σ键和两个π键组成。”

两个π键!凌凡立刻意识到,这意味着乙炔分子中的碳碳键更短,键能更大,但同时,那两个π键可能比乙烯中的一个π键更“渴望”被打开,或者说,在特定条件下更容易被攻击。

“所以,乙炔的化学性质比乙烯更为活泼。”老师验证了他的猜想,“它同样可以燃烧,而且因为含碳量高,燃烧时火焰明亮,伴有浓烟(如果不完全燃烧)。它的加成反应,可以分步进行。”

老师开始讲解乙炔与溴水的反应,先是加成生成二溴乙烯(使溴水褪色),继续通入乙炔,可以进一步加成生成四溴乙烷。同样,它也能与氢气、氯化氢等发生加成。

“此外,乙炔还有一个非常重要的特性——”老师顿了顿,吸引了所有同学的注意,“炔氢的弱酸性。连接在三键碳上的氢原子,表现出极弱的酸性,可以被某些极强的碱(如氨基钠)置换,生成炔钠。这是乙炔特征性的反应,也是它区别于甲烷和乙烯的独特性质。”

凌凡的大脑飞速运转。甲烷(正四面体,单键,稳定,取代反应为主)-> 乙烯(平面形,双键,较活泼,加成反应)-> 乙炔(直线形,三键,更活泼,加成反应,且炔氢有弱酸性)。一条清晰的脉络在他脑海中形成:碳原子间的结合方式(单、双、三键)直接决定了分子的空间构型和化学性质。

他在自己的“化学宇宙架构图”中,为“有机化学”开辟了第一编“脂肪烃”,并立即为甲烷、乙烯、乙炔建立了三份对比档案:

· 甲烷(烷烃代表): 结构-正四面体,SP3杂化;键型-碳碳单键(σ键);性质-稳定(取代反应、氧化燃烧)。

· 乙烯(烯烃代表): 结构-平面形,SP2杂化;键型-碳碳双键(1σ+1π);性质-较活泼(加成反应、氧化燃烧,可使溴水褪色)。

· 乙炔(炔烃代表): 结构-直线形,SP杂化;键型-碳碳三键(1σ+2π);性质-更活泼(加成反应、氧化燃烧,可使溴水褪色,炔氢弱酸性)。

他不仅记录了事实,更试图理解背后的深层原理。杂化轨道理论(SP3, SP2, SP)对他而言还有些艰深,但他隐约感觉到,正是这种碳原子轨道混合方式的不同,决定了键角和分子的空间构型,进而影响了电子云的分布和化学键的稳定性。

下课铃响起,凌凡仍意犹未尽。他看着笔记本上这三个结构迥异、性质递变的简单分子,仿佛看到了一个无限广阔世界的缩影。有机化学不再是一堆需要死记硬背的反应方程式,而是一个由结构驱动、充满逻辑和变化的动态系统。

他收拾好书本,目光扫过旁边。苏雨晴已经合上了笔记,她的笔记本上,想必已经用更加工整、系统的方式,将这三者的对比表格制作完毕。而林天,则似乎对那些分子模型更感兴趣,正拿在手里随意拼接把玩着。

凌凡知道,这只是起点。甲烷、乙烯、乙炔,是构成有机大厦最基本的三块砖石。后面,还有更多的“家族”(同系物)、更复杂的反应(聚合、消去……)、以及由它们构建出的纷繁复杂的物质世界在等待着他。

但他心中没有丝毫畏惧,只有探索的渴望。他已经掌握了进入这个新王国的钥匙——结构决定性质。他将用这把钥匙,去解开一个又一个有机分子的奥秘,将这片新的星辰大海,逐步纳入他正在不断完善的“化学宇宙”之中。