其他

內殼層電子也能形成化學鍵

鍵結規則出現例外,教科書即將改寫。

撰文/莫斯柯維茨(Clara Moskowitz)
翻譯/甘錫安

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內殼層電子也能形成化學鍵

鍵結規則出現例外,教科書即將改寫。

撰文/莫斯柯維茨(Clara Moskowitz)
翻譯/甘錫安

我們在高中化學裡學到,電子在不同的能階環繞原子核運行。能量較低的能階稱為「內電子殼層」,能量最高的能階構成外殼層。根據高中化學,原子必須共用或交換最外殼層的電子,才能形成化學鍵。

不過,有位化學家可能發現我們熟悉的鍵結規則出現了例外。在極高的壓力下,原子內殼層的電子似乎也能形成化學鍵。

美國加州大學聖巴巴拉分校及中國北京計算科學研究中心的化學家苗茂生表示:「這種現象打破了內殼層電子不會參與反應、不會進入化學領域的學說。」根據苗茂生的計算,在極高的壓力下,銫原子和氟原子可能形成具有內殼層鍵結的特異分子。

這兩種原子通常只會形成比較簡單的鍵結。銫是鹼金屬,最外殼層只有一個孤立的價電子。另一方面,氟是鹵素,最外殼層只差一個電子就完全填滿,正好可以接收銫多出來的一個電子。

但是苗茂生卻發現,在高壓下,有兩種分子的形成和銫的內殼層電子有關。為了形成三氟化銫(CsF3),銫原子必須提供一個價電子以及兩個內殼層電子,和三個氟原子共用。若有四個內殼層電子參與,則可形成五氟化銫(CsF5)。苗茂生表示:「這種分子的形狀類似海星,相當漂亮。」他在《自然.化學》發表這項發現。1981年諾貝爾化學獎得主、美國康乃爾大學榮譽教授霍夫曼(Roald Hoffmann)表示,這些分子的形狀和形成機率都「相當令人驚奇」。