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成链

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成链catenation)是指同一种化学元素的原子经由连续的共价键互相连接形成长链状的分子。成链之形式在原子中最易出现,形成碳原子和碳原子之间相连的共价键,这种由碳原子构成的长链被称为碳链骨架。成链是自然界存在大量有机物质的原因,而有机化学实质上就是在研究碳利用这个性质所形成的化合物。然而,碳并非唯一拥有此性质的元素,其他主族元素也有形成长链的性质,如

化学元素能否形成长链,主要基于元素自身连接的键能,但也会受到位阻效应和电性因素的影响,包括:元素的电负性杂化分子轨道及元素之间形成不同共价键的能力。以碳元素为例,临近原子之间重叠的σ轨道可以足够强而可形成稳定的长链。以往认为其他元素很难形成长链,但现已发现许多元素都具有成链的分子结构。

S8的环状结构

元素有许多特点都和其成链能力有关。自然界中的硫是S8的环状分子。当加热超过摄氏160度时打开其环状结构,分子和分子间再互相键结形成长链,长链会随温度上升而变长,其黏度也因长链变长而增加,直到约摄氏190度时黏度最大[1]也有类似的结构。

元素可以与其他硅原子形成σ键,不过其稳定性不如碳原子之间的σ键。一些有机的取代基可以取代硅烷上的氢原子,形成类似烷烃的聚硅烷(polysilane)。由于其离域的σ电子分散在长链上,这类化合物具有很特殊的电子属性如高导电性,这是由于链上的可离域σ电子(类似于石墨[2]

硅原子之间也可能形成π键,类似烯烃的硅烯(silene)非常罕见。一些取代基可以取代类似取代二硅烯上的氢原子,形成类似的乙烯的二硅烯(disilyene)。以往认为硅的三键化合物非常不稳定[3],后来在2004年已制备了硅炔英语disilyne类的化合物[4]

联有取代基的链也已经被成功合成,但由于其共价键的键能不及碳-碳键,脆弱易断,因此小环分子或更常见。近几年来,也有越来越多的类金属像是……等,皆被发现可以互相连接形成双键三键。这些除碳之外元素形成的长链都被归于无机聚合物英语Inorganic polymer

参考文献

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  1. ^ 王志霞、陈鸣才. 不溶性硫磺的高温稳定性. 中国橡胶助剂网. [2011-05-10]. (原始内容存档于2019-01-23) (中文). 
  2. ^ R.D. Miller and J. Michl. Chem Rev 89 (1989), pp. 1359–1410.
  3. ^ Karni, M.; Apeloig, Y. The quest for a stable silyne, RSi≡CR. The effect of bulky substituents. Silicon Chemistry. January 2002, 1 (1): 59–65. doi:10.1023/A:1016091614005. 
  4. ^ Akira Sekiguchi, Rei Kinjo, Masaaki Ichinohe. A Stable Compound Containing a Silicon-Silicon Triple Bond. Science. September 2004, 305 (5691): 1755–1757. PMID 15375262. doi:10.1126/science.1102209. [1][永久失效链接]