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自由基介紹

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凡是具

自由基介紹

凡是具有不成對電子的原子或基團,稱為自由基遊離基。在書寫時,一般在原子符號或者原子團符號旁邊加上一個「·」表示沒有成對的電子。自由基極易發生反應(二聚反應,奪氫反應,氧化反應,岐化反應等)

 
何謂電子?

電子(Electron)屬於亞原子粒子中的輕子類,也是第一個被人類發現的亞原子粒子。輕子被認為是構成物質的基本粒子之一,即其無法被分解為更小的粒子。它帶有1/2自旋,即又是一種費米子(按照費米-狄拉克統計)。電子所帶電荷為-1.60217733 × 10-19庫侖,質量為9.10 × 10-31 kg (0.51 MeV/c2)。通常被表示為e-。 電子的反粒子是正電子,它帶有與電子相同的質量,自旋和等量的正電荷。電子同中子、質子一道組成物質基本單位——原子。相對於中子和質子組成的原子核,電子的質量極小。質子的質量大約是電子質量的1842倍。並且在通常情況下,原子更加容易改變它的外層電子數量而不是原子核中的中子和質子的數量。原子中電子數與質子數不等時,原子會帶電稱為離子。當原子得到額外的電子時它呈負電叫陰離子,失去電子時叫陽離子。電子脫離原子核束縛自由移動時,其產生的淨流動現象稱為電流。物體帶有的電子多於或少於原子核的電量,導致正負電量不平衡時我們稱該物體帶上靜電。當電子過剩時,稱為物體帶負電;而電子不足時,稱為物體帶正電。當正負電量平衡時,則稱物體是電中性的。靜電在我們日常生活中有很多作用,比如雷射列印。

何謂原子?

原子是一種元素能保持其化學性質的最小單位。一個原子包含有一個緻密的原子核及若干圍繞在原子核周圍帶負電的電子。原子核由帶正電的質子和電中性的中子組成。當質子數與電子數相同時,這個原子就是電中性的;否則,就是帶有正電荷或者負電荷的離子。根據質子和中子數量的不同,原子的類型也不同:質子數決定了該原子屬於哪一種元素,而中子數則確定了該原子是此元素的哪一個同位素。

原子的英文名是從希臘語轉化而來,原意為不可切分的。很早以前,印度、中國和希臘的哲學家就提出了原子的不可切分的概念。17和18世紀時,化學家發現了物理學的根據:對於某些物質,不能通過化學手段將其繼續的分解。19世紀晚期和20世紀早期,物理學家發現了亞原子粒子以及原子的內部結構,由此證明原子並不是不能進一步切分。量子力學原理能夠為原子提供很好的模型。[2][3]

與日常體驗相比,原子是一個極小的物體,其質量也很微小,以至於只能通過一些特殊的儀器才能觀測到單個的原子,例如掃描隧道顯微鏡。原子的99.9%的重量集中在原子核,[4] 其中的質子和中子有著相近的質量。每一種元素至少有一種不穩定的同位素,可以進行放射性衰變。這直接導致核轉化,即原子核中的中子數或質子數發生變化。[5] 電子佔據一組穩定的能級,或者稱為軌域。當它們吸收和放出光子的時候,電子也可以在不同能級之間跳躍,此時吸收或放出光子的能量與能級之間的能量差相等。電子決定了一個元素的化學屬性,並且對原子的磁性有著很大的影響。

何謂氧化反應?

氧化在化學上稱為氧化作用。現時有關氧化作用的定義有三:第一個為傳統定義:物質和氧氣結合,形成氧化物的過程,也就是被「氧氣」氧化的過程;在化學家發現元素的原子核中的電子的活動情況後,認為第一定義已經不再適合後,就提出了第二及第三個定義;第二個化學上的定義:氧化作用不僅指元素或化合物與氧氣結合的作用,而是指兩種元素或化合物之間(氧化劑與還原劑)奪取電子的過程;第三個同為化學上的定義:還原劑(被氧化物)與氧化劑(被還原物)之間的氧化數(此數是化學家為解決第二個定義的缺憾而構想的)升降,在氧化劑的氧化數下降(獲得電子)及還原劑的氧化數上升(失去電子)的情況,也稱為氧化作用。氧化、還原都指反應物(分子、離子或原子)。氧化也稱氧化作用或氧化反應。有機物反應時把有機物引入氧或脫去氫的作用叫氧化;引入氫或失去氧的作用叫還原。物質與氧緩慢反應緩緩發熱而不發光的氧化叫緩慢氧化,如金屬鏽蝕、生物呼吸等。劇烈的發光發熱的氧化叫燃燒。

  一般物質與氧氣發生氧化時放熱,個別可能吸熱如氮氣與氧氣的反應。電化學中陽極發生氧化,陰極發生還原。


氧化不僅是一種重要的化工單元過程,更影響大眾的日常生活。在化學工業生產中佔有非常重要的地位,用於許多化合物的製備,如:

  • 硫化鐵氧化成二氧化硫,再將二氧化硫氧化成三氧化硫,以製備硫酸;
  • 氨氧化成一氧化氮(以鉑作為催化劑),再將一氧化氮氧化成二氧化氮以製備硝酸;
  • 磷氧化成五氧化二磷製備磷酸;
  • 乙烯氧化生成環氧乙烷;
  • 甲醇氧化被奪去氫生成甲醛;
  • 氯化氫氧化被奪去氫生成氯氣和水。

在工業生產中雖然是應用化學反應的原理,但和在實驗室中研究最重要的不同點是必須考慮經濟的觀點,工業生產必須在經濟上是可行的,原料是容易得到的,產品是有利潤的,盡量選取廉價的氧化劑,是氧化過程盡量向簡單、高效率、低運行成本方向上發展。

在自然的氧化過程可以是有害的,鐵製品在空氣中會自然氧化生成一層鬆散的鐵鏽(水合氧化鐵(III)–化學式為Fe2O3.xH2O),水合氧化鐵(III)容易剝落,使內層未被氧化的鐵暴露在空氣中繼續被氧化,最後鏽壞整件鐵製品。補充一點,只有鐵製品的氧化過程才能稱為生鏽,鐵被氧化的產物稱為鐵鏽。在工業(非自然)上,鋁的氧化卻是有用的,鋁在經過電解後會生成氧化鋁–(化學式Al2O3),此生成物較鋁更為堅硬及耐用,具體可見平日用來煮飯的飯煲內層的表面塗層。


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