鍵極性與偶極矩詳解，附免費檢查工具

鍵極性與電負度

電負度（χ）是原子吸引鍵中電子的能力。在鮑林標度中，氟最高，為 3.98，其次是氧 3.44、氯 3.16 與氮 3.04。碳為 2.55，氫為 2.20。

在兩個不同原子之間的鍵中，電子較常停留在電負度較大的原子附近。該原子帶部分負電荷（δ−），另一個原子帶部分正電荷（δ+）。這種電荷分離就是鍵偶極。

離子性百分比可用鮑林公式估計：離子性 % = (1 − e^(−ΔEN²/4)) × 100。ΔEN 為 1.7 時離子性約 51%，這就是 1.7 這個分界值的由來。

分子什麼時候具有極性？

鍵偶極是向量，要依分子的 3D 形狀相加：

1. 畫出路易斯結構，並以 VSEPR 找出形狀。
2. 在每根極性鍵上畫一個偶極箭頭，指向 δ− 原子。
3. 把箭頭相加。若互相抵消，分子為非極性；否則為極性。

簡單判斷法：當中心原子沒有孤電子對且所有外圍原子都相同時，分子為非極性（CO₂、BF₃、CCl₄、PCl₅、SF₆）。有兩種含孤電子對的形狀仍然對稱而為非極性：直線形 AX₂E₃（XeF₂）與平面四方形 AX₄E₂（XeF₄）。其他形狀中的孤電子對（NH₃、H₂O、SF₄、ClF₃）或不同的外圍原子（CHCl₃、CH₂Cl₂）都會產生淨偶極。

如何使用鍵極性與偶極檢查工具

1. 開啟鍵極性與偶極檢查工具。
2. 在鍵：兩種元素中選擇元素 A與元素 B，或按 H–Cl、C–O、Na–Cl 等範例。結果會顯示 ΔEN、在色階上標出的鍵型、哪個原子帶 δ−，以及離子性百分比與計算過程。交換 A 與 B可對調兩個元素。
3. 切換到分子：極性或非極性？。輸入化學式（如 XeF4）或 SMILES 字串（如 Cl/C=C\Cl）後按檢查極性，或按一個範例。
4. 查看形狀、電子幾何、鍵角、鍵偶極的向量和，以及（若有資料）以德拜為單位的實測偶極矩。
5. 繪圖會在每個原子上標出 δ+ 與 δ−，在每根極性鍵上畫紫色箭頭；分子具有極性時，還會畫出青綠色的淨偶極箭頭。虛線鍵表示遠離你的方向。
6. Reasoning（推理過程）清單會說明每一步，你可以把這套邏輯寫進答案中。

範例解析

1. H–Cl 鍵

ΔEN = 3.16 − 2.20 = 0.96，所以這是極性共價鍵，Cl 帶 δ−，H 帶 δ+。離子性 % = (1 − e^(−0.2304)) × 100 = 20.6%。HCl 的偶極矩為 1.11 D。

2. 水，H₂O

O 接有 2 個原子並有 2 對孤電子對：AX₂E₂，彎曲形，104.5°。每根 O–H 鍵的 ΔEN = 1.24，O 帶 δ−。兩個偶極部分同向，因此互相疊加。水是極性分子，1.85 D。

3. CCl₄ 與 CHCl₃

兩者都是四面體。CCl₄ 中四個 C–Cl 偶極（ΔEN 0.61）互相抵消：非極性，0 D。CHCl₃ 中一個 Cl 換成 H，偶極不再抵消：極性，1.04 D。

4. SF₄ 與 XeF₄

SF₄ 為 AX₄E，蹺蹺板形：S–F 偶極無法抵消，所以是極性（0.63 D）。XeF₄ 為 AX₄E₂，平面四方形，兩對孤電子對彼此相對：Xe–F 偶極互相抵消，所以是非極性。

5. 順-與反-1,2-二氯乙烯

兩者都是平面分子。順式異構物中兩個 C–Cl 偶極指向同一側：極性，1.90 D。反式異構物中兩者方向相反而抵消：非極性，0 D。正因為這個差異，順式異構物的沸點（60 °C）比反式異構物（48 °C）高。

整理表

常見錯誤

• 以為極性鍵一定形成極性分子。對稱性可以讓它們互相抵消。
• 從平面圖判斷形狀。畫成平面十字形的 CH₂Cl₂ 看起來對稱，但它其實是四面體，屬於極性分子。
• 忘了中心原子上的孤電子對，而孤電子對會改變形狀。
• 把偶極箭頭指向 δ+ 原子。
• 把 0.4 與 1.7 當成截然的界線。鍵的性質是隨 ΔEN 連續變化的。
• 把 ΔEN 大於 1.7 的化合物一律稱為離子化合物。H–F 是共價分子；兩個非金屬之間的鍵仍是共價鍵。

考試要點（JEE、NEET、AP、A-level）

• 一定要先說明形狀，再說明偶極是否抵消。
• JEE 與 NEET 常考偶極矩大小順序，例如 NH₃（1.47 D）> NF₃（0.24 D）：NH₃ 中孤電子對與鍵偶極方向相同，NF₃ 中則方向相反。
• AP 化學把極性與分子間作用力連結起來：極性分子之間有偶極–偶極力，沸點通常較高。
• A-level 中關於順反異構物的答案應指出：反式異構物為非極性，因為 C–Cl 偶極互相抵消。
• 使用資料手冊中提供的鮑林電負度，ΔEN 取到小數點後兩位。

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