三角形的不穩(wěn)定性?可以
在數(shù)學(xué)中,三角形具有穩(wěn)定性。但是在化學(xué)中,三角形具有不穩(wěn)定性。
在化學(xué)中環(huán)丙烷就是三角形結(jié)構(gòu)的三元環(huán)(三碳環(huán))分子,而環(huán)丙烷不穩(wěn)定,這也就是化學(xué)中的三角形不穩(wěn)定。那么為什么環(huán)丙烷不穩(wěn)定呢?那是因?yàn)椤版I角張力”作用。
正三角形的內(nèi)角度數(shù)是60度,如果碳原子要是想形成三元環(huán)的話,他的鍵角度數(shù)就應(yīng)該接近于60度,這個(gè)條件雖然可以滿足,但是非常難滿足。
那么鍵角是什么呢?鍵角就是化學(xué)鍵與化學(xué)鍵之間的夾角。
正常情況下SP3雜化時(shí),碳碳鍵的鍵角為109度28分,比如說(shuō)甲烷。如果是SP2時(shí),碳碳鍵的鍵角為120度,比如說(shuō)乙烯分子。如果是SP雜化時(shí),碳碳鍵的鍵角為180度,比如說(shuō)乙炔分子。在正常情況下碳碳鍵的鍵角就這么多了,那如果把碳碳鍵的鍵角強(qiáng)行壓到60度,那樣當(dāng)然就不穩(wěn)定了。
無(wú)論是那種雜化,碳都很難形成鍵角為60度的碳碳鍵。如果要把碳碳鍵形成三元環(huán),鍵角就要大幅度壓縮。我們都知道,化學(xué)鍵里有電子,電子帶負(fù)電。相鄰的兩個(gè)化學(xué)鍵重都有電子,都帶負(fù)電。電子和電子都帶一樣的電荷,就會(huì)互相排斥。排斥就使得這個(gè)化合物不穩(wěn)定,如果想讓化合物穩(wěn)定,就要減小排斥,如果想要減小排斥,就要使鍵角大一些。
正常情況下,鍵角度數(shù)大于90度時(shí),一個(gè)化合物中的化學(xué)鍵和化學(xué)鍵之間就幾乎沒(méi)有排斥了(存在的排斥很?。?。電子排斥越小,這個(gè)分子的能量就越小,分子能量越小,這個(gè)分子就越穩(wěn)定。
如果你要形成三元環(huán),那么他的鍵角不得不壓縮到60度。這種情況下,電子的斥力就會(huì)大大提高,這樣分子的能量就會(huì)升高,就導(dǎo)致這個(gè)分子不穩(wěn)定。這樣就好比你壓縮一個(gè)彈簧時(shí),你把彈簧的高度壓縮的越低(不考慮彈簧極限定律),彈簧的勢(shì)能就越高,這樣彈簧就越不穩(wěn)定了(彈簧的動(dòng)能就越高)彈力越高。彈簧在正常情況下穩(wěn)定,你壓縮它就不穩(wěn)定了。
碳原子的穩(wěn)定狀態(tài)就像一個(gè)彈簧一樣,而且這個(gè)壓縮程度比彈簧還要好幾倍。彈簧壓縮的時(shí)候有彈力,碳碳鍵的鍵角被壓縮時(shí),就會(huì)形成鍵角張力。由于鍵角張力的存在,這個(gè)分子的穩(wěn)定性就下降了。這樣三元環(huán)就不穩(wěn)定了,這就是為什么說(shuō)化學(xué)中三角形具有不穩(wěn)定性了。
在數(shù)學(xué)中四邊形、五邊形和六邊形不穩(wěn)定,在化學(xué)中四邊形(四元環(huán))和三角形(三元環(huán))一樣不穩(wěn)定。但是四元環(huán)的鍵角度數(shù)是90度,比三元環(huán)的60度鍵角度數(shù)大,所以四元環(huán)相對(duì)三元環(huán)是穩(wěn)定的。
而六邊形(六元環(huán))和五邊形(五元環(huán)),的鍵角度數(shù)分別是120度和108度,這兩個(gè)鍵角的度數(shù)都大于90度,在這種情況下化學(xué)鍵與化學(xué)鍵之間就幾乎沒(méi)有斥力了,這樣五元環(huán)和六元環(huán)就穩(wěn)定了。