成鏈(catenation)是指同一種化學元素的原子經由連續的共價鍵互相連接形成長鏈狀的分子。成鏈之形式在碳中最易出現,形成碳原子和碳原子之間相連的共價鍵,這種由碳原子構成的長鏈被稱為碳鏈BOBBIN。成鏈是自然界存在大量有機物質的原因,而有機化學實質上就是在研究碳利用這個性質所形成的化合物。然而,碳并非唯一擁有此性質的元素,其他主族元素也有形成長鏈的性質,如硅和硫。
成鏈特點
元素硫有許多特點都和其成鏈能力有關。自然界中的硫是S8的環狀分子。當加熱超過攝氏度160度時打開其環狀結構,分子和分子間再互相鍵結形成長鏈,長鏈會隨溫度上升而變長,其黏度也因長鏈變長而增加,直到約攝氏190度時黏度最大。和也有類似的結構。
元素硅可以與其他硅原子形成σ鍵,不過其穩定性不如碳之間的σ鍵。一些有機的取代基可以取代硅烷上的氫原子,形成類似烷烴的聚硅(polysilane)。由于其離域的σ電子分散在長鏈上,這類化合物具有很特殊的電子屬性如高導電性,這是由于鏈上的可離域σ電子(類似于石墨)。
硅原子之間也可能形成π鍵,類似烯烴的硅烯(disilylene)非常罕見。以往認為硅的三鍵化合物非常不穩定,后來在2004年已制備了硅炔(英語:disilynes)類的化合物。
聯有取代基的磷鏈也已經被成功合成,但由于其共價鍵的鍵能不及碳-碳鍵,脆弱易斷,因此小環分子或簇更常見。近幾年來,也有越來越多的類金屬像是硅、鍺、和鉍等,皆被發現可以互相連接形成雙鍵和三鍵。這些除碳之外元素形成的長鏈都被歸于無機聚合物(英語:Inorganic 均聚物)。
影響因素
成鏈是自然界存在大量有機物質的原因,而有機化學實質上就是在研究碳利用這個性質所形成的化合物。然而,碳并非唯一擁有此性質的元素,其他主族元素也有形成長鏈的性質,如硅和硫。
化學元素能否形成長鏈,主要基于元素自身連接的鍵能,但也會受到位阻效應和電性因素的影響,包括:元素的電負性、雜化分子軌道及元素之間形成不同共價鍵的能力。以碳元素為例,臨近原子之間重疊的σ軌道可以足夠強而可形成穩定的長鏈。以往認為其他元素很難形成長鏈,但現已發現許多元素都具有成鏈的分子結構。
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