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分子是什么形状的? - George Zaidan 和 Charles Morton

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    分子是什么形状？
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    分子内部大部分都是空的。
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    几乎所有的质量都集中在
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    原子极其致密的核上。
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    而它的电子，
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    则决定原子之间
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    如何相互结合，
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    它们比较像带负电荷的云，
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    而不是一颗颗单独的粒子。
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    因此，分子并不像
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    雕塑一样
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    有着特定的形状。
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    但是对于每一个分子
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    至少存在一种方式
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    排列原子核和电子，
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    使得相异电荷之间的
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    吸引力最大化，
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    相同电荷之间的排斥力
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    最小化。
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    现在我们假设唯一与分子形状
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    有关的电子
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    是每个原子最外层上的电子。
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    同时我们也假设
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    在原子之间的电子云，
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    也就是分子键，
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    形状像一根香肠。
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    记住原子核是带有正电荷的，
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    而电子是带负电的，
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    而且如果所有分子的核
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    都堆积到了一起，
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    或者它所有的电子都堆积到了一起，
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    它们会相互排斥并且飞散，
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    那就没什么用了。
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    1776年，亚历山德罗·伏打
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    在他发明电池数十年前
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    发现了甲烷。
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    甲烷的化学式是CH4。
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    这个化学式告诉我们
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    每个甲烷分子
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    都是由一个碳原子和四个氢原子构成的，
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    但是它并没有告诉我们
    哪个原子与哪个原子连在一起，
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    或者在三维空间中这些原子是如何排列的。
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    从它们的电子排布中
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    我们知道碳原子能与
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    其他四个原子相连，
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    而且每个氢原子只能与
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    一个原子相连。
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    因此我们能够猜测
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    碳原子应该是中心原子，
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    与所有的氢原子相连。
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    现在，每个键代表
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    共用两个电子，
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    我们用一条线表示一对共用电子。
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    于是，我们现在得到了这个原子的
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    平面示意图，
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    但是在三维空间中它看起来是什么样的？
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    我们能够合理地说
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    因为每个键都是
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    一个带负电的区域，
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    同性互斥，
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    最可能的原子构型
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    应该使得键与键之间的距离最大。
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    而要使得所有的键之间的
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    距离尽可能地远，
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    最合适的形状是这样子的。
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    这叫做四面体。
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    根据不同的原子，
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    你可以得到很多种不同的形状。
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    氨，NH3，是金字塔形。
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    二氧化碳，CO2，是直线形。
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    水，H2O，像弯折的手臂。
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    而三氟化氯，ClF3，
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    形状像字母T。
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    记住，我们现在做的
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    是根据我们的原子和电子模型
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    建立分子的三维形状。
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    我们必须通过做实验
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    来确认这些分子的形状
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    是否和我们预测的一样。
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    剧透一下：
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    很多是符合的，但是也有一些与预测不符。
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    因为随着原子数目的增加，
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    分子的形状变得越来越复杂。
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    我们前面提到的所有例子
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    只有一个明显的中心原子。
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    但是大部分的分子并没有，
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    小到药物小分子，
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    大到很长的多聚体，
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    比如DNA，都没有中心原子。
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    最关键的是
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    参与连结的原子会自动排列，
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    使得异种电荷之间的吸引力达到最大，
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    同种电荷之间的排斥力达到最小。
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    有些分子甚至有两种或者更多的
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    稳定的原子排列方式，
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    在不同的构型之间转换，
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    我们会看到化学是多么酷炫，
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    即使分子的构成，
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    即其中原子的数量和种类
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    根本没有改变。
Title:
分子是什么形状的? - George Zaidan 和 Charles Morton
Description:

查看完整课程：http://ed.ted.com/lessons/what-is-the-shape-of-a-molecule-george-zaidan-and-charles-morton

一个分子，除了由原子组成的极其致密的核以及将它们连接起来的电子云外，内部几乎都是空的。分子在形成时，会自动进行空间排列，使得异性电子引力最大化，同性电子斥力最小化。George Zaidan 和 Charles Morton在此为我们描绘了分子的模样。

授课：George Zaidan 和 Charles Morton, 动画：Bevan Lynch.
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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
03:48

Chinese, Simplified subtitles

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