同學們 在高中必修化學課程中 我們學過化學式這個單元 在數種不同的化學式中 結構式可以用來表示一個分子中含有哪些原子 原子的個數有多少 原子間連接的關係 但無法看出分子真正的形狀 我們也進一步學習過路易斯結構（電子點式） 化學鍵的意義 價殼層電子對互斥理論對分子形狀的解釋 共價鍵中的單鍵 雙鍵和參鍵 在空間中對分子形狀是否造成影響呢？ 原子及分子非常小 單純用肉眼無法看見 真正的分子到底是什麼形狀呢？ 在這個實驗中 我們利用分子模型 及電腦軟體繪圖模擬 有機分子在空間中呈現的樣貌 帶大家認識常見的化學分子 進一步判斷分子是平面 或立體形及觀察分子的鍵角大小 利用分子模型的組裝及電腦軟體繪圖 認識烴類分子在空間中原子分布情況 模擬並觀察分子真正的形狀及鍵角大小 1. 因烴類分子裡一個碳原子 可和四個氫原子 或其他碳原子形成共價分子 在有機分子球-棍模型組中 黑色的球通常代表碳原子 球的表面在特定的位置總共鑽有四個洞 代表碳原子具有四個價電子 可以形成四個共價鍵 白色的球代表氫原子 因氫原子只有一個電子 每個白球上面鑽有一個洞 可和碳原子形成一個共價鍵 短棍部分 較硬不可彎曲的短棍常用來表示單鍵 稍軟可彎曲的短棍則用來表示雙鍵及參鍵 如圖中甲烷 一個黑球與四個白球間各用一根短棍相接 代表一個碳原子與四個氫原子間都是單鍵 乙烯的部分 中間兩個碳原子間是兩根彎曲的短棍 代表兩個碳原子間是雙鍵結構 而每個碳原子又各自用單鍵連接兩個氫原子 我們可以利用球-棍模型組合出 不同的烴類分子模型 2.電腦軟體模擬分子形狀： ChemSpider為免費的化學網站 輸入有機分子的系統名稱或化學式 可查詢該分子的物理性質及化學性質 模擬分子三度空間立體形狀（3D圖） 並能轉動觀看 若想自己繪製分子結構式 觀察分子三度空間立體形狀 比較填充模型和球-棍模型的差異 也可使用免費的軟體ChemSketch 或是化學專業常用的付費軟體ChemDraw 後兩者需下載使用 在課堂中做一般查詢 可使用ChemSpider網站較方便 我們會使用的實驗器材有： 1. 化學分子球-棍模型一組 2. 免費分子模擬網站ChemSpider （一）利用球-棍模型組製作烴類分子模型 1. 使用球-棍模型組中 代表化學共價鍵的短棍 連接代表碳原子的黑球 與代表氫原子的白球製作： 甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、苯 環己烷等烴類分子模型 2. 我們該如何組裝分子模型呢？ 以甲烷分子為例 甲烷的化學式為CH₄ 我們取1個黑球 4個白球 加上4根短棍 用短棍將白球與黑球連接在一起 組成甲烷分子模型 結果如圖所示 3. 若要組裝乙烯分子模型 因乙烯分子式為C₂H₄ 我們須取2個黑球、4個白球 搭配4根較硬短棍 組成黑球與白球間連接的橋樑 及2根具有彈性短棍 組成2個黑球間的雙鍵結構 便可得到乙烯分子模型 我們可以透過分子模型 進一步觀察分子的立體結構與化學鍵之間的夾角── 也就是鍵角的大小 並比較不同分子間鍵角大小的差異 4. 將組合後的甲烷、乙烷、乙烯 乙炔、苯、環己烷等烴類分子模型 拍照記錄下來 仔細觀察每種分子是否為平面形？ 或是三度空間立體形狀？ 化學鍵之間的夾角大小如何？ 將觀察的結果記錄下來 （二）使用線上網站ChemSpider進行分子形狀模擬 1. 使用搜尋軟體輸入ChemSpider 2. 點擊進入ChemSpider網站 3. 在ChemSpider主頁面的搜尋框中 輸入欲查詢的分子之英文名稱 或分子式便可以得到分子結構 例如：甲烷 可以輸入Methane或CH4搜尋 便能得到甲烷的結構及性質資料 按下結構圖下方的3D按鍵 可進行立體結構與平面結構轉換 並利用滑鼠挪動分子進行不同方向的觀察 4. 也可以在ChemSpider主頁面按下 Structure功能鍵 進行分子結構式繪製 再轉換為立體分子模型圖 5. 查詢甲烷、乙烷、乙烯 乙炔、苯 環己烷等烴類分子 將模擬出的分子模型拍照或下載記錄下來 仔細觀察每種分子是否為平面形？ 或是三度空間立體形狀？ 化學鍵之間的夾角大小如何？ 將觀察的結果記錄下來 讓我們來看一下實驗結果記錄 （一）分子模型組裝結果 如表格所示 （二）ChemSpider模擬分子模型 如表格所示 想一想： 由分子模擬結果 比較乙烷、乙烯、乙炔的分子形狀及鍵角大小 同學們 實際組裝分子模型 及使用電腦軟體模擬真實有機分子的形狀後 我們可以更理解在必修化學課程中 老師們一再強調的： 結構式不能代表分子真正的形狀 真正的分子中 鍵結之間的相互排斥 會使分子在空間中呈現出不同的形狀 結構式一般只能畫出平面圖形 真正的分子形狀需用球-棍模型 或填充模型進行模擬 會更加貼近真實情況喔！