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J. Michael McBride 教授指導之新生有機化學
Freshman Organic Chemistry with Professor J. Michael McBride
講者：J. Michael McBride
翻譯：洪曉慧
編輯：劉契良
簡繁轉換：陳盈
後製：洪曉慧
字幕影片後制：謝旻均
關於這門課程
這是兩學期課程的第一學期，著重於介紹有機化學結構及機制之當前理論，歷史發展及實驗觀察基礎。本課程開放給在化學和物理方面有良好準備之新生，旨在開發科學起源和創造性研究所需知識技能等兩方面之體驗。檢視課程表 >>
課程結構：
這是門每週3堂，每堂50分鐘的耶魯大學校內教學課程，於2008年秋季錄製，做為耶魯大學開放式課程使用。
關於 J. Michael McBride教授
J. Michael McBride是耶魯大學Richard M. Colgate化學教授。在伍斯特學院和哈佛大學完成學士學業後，McBride教授於哈佛大學獲得物理有機化學博士學位。他於1966年起任教於耶魯大學化學系，研究晶體生長和有機固體反應。他獲得的獎項包括普賴洛格獎章、研究生教育之諾貝爾榮譽獎，及美國化工製造商協會之學士生教育促進獎。他的生活，研究及教學詳見《晶體生長與設計》Crystal Growth & Design, 2005, 5 (6), pp 2022–2035。
第一講概述：
McBride教授概述了課程目標和要求，包含必需的實驗課程。對課程的首要問題：「如何瞭解？」他提出了兩個不能令人信服的答案（神權和人權）和兩個可接受的答案（實驗和邏輯）。他說明了17世紀實驗和邏輯造成科學源起的豐碩成果。並舉了倫敦皇家學會及艾薩克‧牛頓的「關鍵」光線實驗等例子。在與牛頓的通信中，身為日記作者和海軍採購專員的塞繆爾‧佩皮斯顯示出對新進科學家來說最重要的態度和習慣，特別是那些想在這門課程中獲得成功者。本講以介紹上半學期應理解的目標做終結：了解描述化學鍵結的作用力定律。
McBride教授概述了課程目標和要求，包含必需的實驗課程。對課程的首要問題：「如何瞭解？」他提出了兩個不能令人信服的答案（神權和人權）和兩個可接受的答案（實驗和邏輯）。他說明了17世紀實驗和邏輯造成科學源起的豐碩成果。並舉了倫敦皇家學會及艾薩克‧牛頓的「關鍵」光線實驗等例子。在與牛頓的通信中，身為日記作者和海軍採購專員的塞繆爾‧佩皮斯顯示出對新進科學家來說最重要的態度和習慣，特別是那些想在這門課程中獲得成功者。本講以介紹上半學期應理解的目標做終結：了解描述化學鍵結的作用力定律。
問題集 ∕ 閱讀作業
閱讀作業，問題集，PowerPoint簡報，及有關這個講座的其他資源，可參照McBride教授為2008年秋季課程學生所製作的校園課程網站。請參閱以下資源的部分。
本網站可能包含第三方為方便使用者所提供之相關課程內容。耶魯大學對非本網站網頁或其它連結之內容無法進行管制或承擔相關責任。
講座1 – 如何瞭解？
2008年9月3日
Michael McBride教授：好的。150年來，有機化學課程似乎令人聞之卻步。因此，你需要幫助。我知道你們能力很好，但請相信我，你們需要幫助。從哪裡可以得到幫助？在網站上可看到PowerPoint幻燈片。有多少人已經看過今天課程的PowerPoint幻燈片？或許只有我看了？也或許你們有四分之一的人看過了。好，無論如何，你們的筆記很重要，但你們不必擔心如何記下所有筆記，因為你們可以從網路下載。我是用Mac電腦製作的，但我盡力使其能兼容於PC及PowerPoint PC瀏覽器，所以你們應該看得到。但我不是用PC看的，所以，如果有無法使用的情況，請讓我知道，我會做調整。還有，課堂討論非常重要。如果你們實在非常害羞，而無法參與課堂討論，就發電子郵件問我問題，好嗎？
我們有個課程網站，用來代替課本，它也包含PowerPoint和相關連結，你們進入網站就可以看到課程進度。目前網站上大多是去年的課程，隨著課程進行，內容會稍作改變，但基本上是相同的。如果你們繼續看，可以看到很多後續課程內容，上面有指定問題，也有考古題和解答，這些都會放在課程網站上，因此你們可以從那裡得到幫助。有一點特別的是維基百科課程。我們這樣進行第三年了，第二年時就已頗具系統。因此，你們的指定作業，就是負責上幾張PowerPoint幻燈片。因此，這些是你必需仔細注意到的事。寫上網站，並幫助其他人，這正是維基百科的本質。你們有多少人參與過維基百科編輯？嗯，下週你們就都會有參與經驗了。但要獲得分數，你們必須做好筆記，在這個講座後的當晚。因此，今天的講課內容，在明天稍晚時就要做好。也就是在這堂課後36小時，這樣其他學生就能使用這些資料。到春季時可能會有一本教科書，我還沒決定。這些教材所費不貲，也許我們可以找一個較舊的版本來用，除了出版商不同外，並沒有什麼差別。
你們還能得到一些個人的幫助，例如像我。你們可以在網站上找到我的電話號碼及電子郵件等資料，這門課還有兩個指定的研究生助教，就是Filip Kolundzic，Filip，就在後面。以及 Nathan Schley，不是Schlay，是Schley。這些是化學所研究生，他們負責討論課。一般會有一堂50分鐘的討論課，但這個課程則是一個星期中，有兩晚一堂兩個小時的課，你們可以選擇想參與的任何一堂，也可以兩堂都參加，每星期來4小時，只要你們想來。你們也可以都不參加，依你們的意願而定。為了系所的資料記錄用途，必需預先登記。登記你們想參與的課堂，以獲得對你們有用的學習。你們花大錢來這裡，不是為了聽我講課，而是為了與其他同學互動學習。這確實會有很大的幫助，以便成立研究小組。而事實上，你們可以得到之前已學習過此課程者的建議，就在網站上。有一份這些人的名單在網站上，他們很樂意聊聊，如果你們有需要的話。
我們很幸運的有三位校友，新生時修過這門課程的學長姐，他們將擔任所謂的同儕導師工作。他們都有舉行討論會，時間是星期日晚上8至10時，這是目前的計劃。我們將在網站上公佈舉行這些討論會的教室，可能會發電子郵件告知你們。我介紹一下Tina Ho，Drew Klein 及Justin Kim，他們也將會給你們很大的幫助。因此，有很多個別幫助管道，善加使用吧！
這些是考試日期。10堂講座後是一次測驗，然後是9堂講座，一次測驗；9堂講座，一次測驗。如果你們去看看，就會找到相關資訊。參與編輯維基百科可以得到50分，總分為650分，這就是你們的測驗給分根據。事實上這並不包括－9個講座內容包含在測驗中，但上星期三的部分，講課是由客座講師進行，他只有那天到這裡上課，因此，我們把考試延期，並且只包含先前的教材內容，這不是什麼大問題。學期成績是有區別的。也就是說，它是以你們這裡的總得分為考量，就是除了650分之外的分數。如果你們成績在邊緣，但非常認真的繳交問題集等，我們會提高你們的分數。我們不對問題集做評分，但那些問題值得去做，因為可能會使你分數有所改觀。
那麼，我們從哪開始呢？新生有機化學的目標為何？事實上，如果你們點擊PowerPoint上顯示的字，就能連到相關頁面，它就在網站上，你們可以看到。首先學習的是關鍵事實和有機化學詞彙，畢竟，這就是我們來這裡的目的，以發展鍵結如何運作的直觀理論，這是主要目標。秋季學期前半段目標是，學習鍵結如何實際運作，以及其與分子結構的相關性，還有鍵結如何變化，再來當然就是反應。在這條線下面的是，很多其他我們在新生有機化學所學的事情，按理說也一樣重要，例如說，使科學從中學過渡到大學階段。中學時，他們試著教導你們人們已知的事物；在大學中，你們要嘗試開發新知識。所以你們必需有不同的思維模式，希望這門課可以幫助你們做到這一點。因此，學習有機化學，我認為這是一個科學示範，就是如何成為一位創造性科學家。
眾所皆知，這是一位創造性科學家Louis Pasteur，1880年代，他以法語說了這段話，用英語來說是這樣的：「對某些事感到驚訝，就是心智邁向開發的第一步。」這個論點可以換一種方式來說，就是，真正的發現不是「Eureka（我找到了）」，而是「哈，真有趣」。這就是你們真正要學習的東西。學習足夠關於化學運作的知識，並描繪在心中，當發生與你所知不一致的情況時，你會感到驚訝，這樣就可以發現某些東西。這正是Pasteur所做的，我們將會在課程中討論。
或許更重要的，是培養良好的辨識力，以區別某些現象是有意義的，或是不具意義。不具意義的現象比有意義的多得多，具有分辨能力很重要。培養良好辨識力的方法就是，多看一些好的範例，然後你們就能夠瞭解壞的範例有多糟。因此，我們會強調好的範例，並從中獲得樂趣，OK。課程進行時，如果你們有問題，請隨時提出。往後你們會經常這樣做，我知道的。
這門課的內容大多是關於理論。雖然我們描述理論基礎，並花很多時間試圖使它成真，但我們還是需要化學126L的實驗課程。這是唯一你們需要與實驗課同時進行的化學課程。我希望你們都報名實驗課程，因為總有一天，你們會希望能夠上到這堂課。一星期只上一個下午，大約3小時的課，但你們會希望那是第一選擇，所以請盡快做安排。你們都可以上這堂課，只是如果早一點做安排，會比較方便。
為什麼呢？因為實驗能解答真正的大問題，這個大問題是我兒子帶回來問我的。這是John McBride，在他三歲時。那是從他三歲開始的，他母親和我不知道會發生什麼情況。在接下來的一年，每天大約有15、20次，他問說，「你怎麼知道的？」這是John去年夏天的照片。他現在38歲，有了自己的3歲孩子來問他這個問題。他現在不再問，「你怎麼知道的？」他現在是這樣問：「你如何理解呢？」OK？但這就是最主要的問題，你們如何理解那些學校教你的事？
關於如何瞭解的討論可以從四方面著手。其中兩個方法顯示在這幅加洛林王朝書中的插畫手稿中。如果放大的畫框頂部，可以看到摩西在西奈山上。因此，瞭解事物的第一條途徑就是神權。他必需是。這是研究生，想要拿到這個字。這是助教，大概在左側這邊，Aaron，對不對？然後，他從西奈山下來，看看班級中的那些以色列孩童。所以這是另一種權威，即人權，可用以解釋這幅插圖手稿。這是班上的學生，他們看起來好像在說：「嗯」，助教仍然站在一旁。但這並不能解釋科學。科學不是以信仰為基礎。或許其他的事情，你們能以這種方式瞭解，但那不是科學。科學不包含神權，也不包含人權。並不是說它們不存在，而是它們與科學無關。
你們今天走進校園時有注意到這個東西嗎？這是化學家的榮譽榜，事實上這學期我們將多方提及，特別是上面的這位麥克．法拉第，他出身貧寒，是一位釘書匠學徒，他裝訂了這本書－不是這裡的這本。這本書名為《談論化學》，他裝訂的是第一版，這是後來的版本。這就是《談論化學》，在書中可以看到一些科學要素，及你所熟悉的，以實驗所做的解釋和說明。作者是誰？J. L. Comstock，事實上他並不是作者，他是偷走這本書的人。他從英國的瑪西夫人那偷走了這本書，是她寫了這本書。這是當時最普及的教科書，這原本是為女性讀者所寫的，但它成為最普及的化學教科書，在19世紀前半時期。它印了20多版。書的開頭是一段對話，一段B夫人、Caroline 及 Emily的對話。這很有趣，就是Emily在開頭部份所說的：「坦白說，B夫人，我沒想過會喜愛化學，我也不曾期望從中能得到許多樂趣。但終究，如你想像到的，化學確實帶給我很多樂趣。」這是一本很棒的書，至今依舊如此。他裝訂並閱讀這本書。看看對於這些他說了些什麼，他的導言引領了19世紀的實驗科學家：
「不要認為我是個非常深刻的思想家，或將我視為早熟的人。我是一個非常活潑，富有想像力的人。要我相信《天方夜譚》和要我相信百科全書一樣容易，但事實對我很重要，也使我得到救贖。我相信事實，並總是反覆驗證來做確認。因此，當我對瑪西夫人書中的小實驗有所疑問，我就找方法來做做看，當發現它忠於事實時，我就可以理解了。我想我已掌握了化學知識的要義，並且很快就能掌握到。」
因此，這些需要實驗才能做到。所以，瞭解事物的第三條途徑是藉由實驗觀察。這是理查．費曼。有多少人聽說過理查．費曼？他確實是一位偉大的物理學家，寫了一本很棒的教科書，得過各式各樣的獎項。1996年，他在國家科學教師協會的演講中說：
「要從科學中學習，你們就必須懷疑專家。科學是無知專家的信念。當有人說：『科學教我們這樣這樣』，他的用詞並不正確。科學無法教導我們，經驗才能夠教導我們。如果有人對你說：『科學顯示這樣這樣』，你們就要問：『科學如何顯示的呢？科學家是如何發現的？如何發現？發現了什麼？在哪發現的？』那不是科學顯示的，而是該實驗，或其所產生的效應顯示的。」
我們為什麼要引述費曼的話？因為他是一位專家？錯。從字面上看，專家的詞源意思是做過實驗的人。我們引述他的話，是因為他說的有道理。因此，邏輯是瞭解事物的第四條途徑。因此，有兩種方式使我們瞭解化學或科學，就是實驗和邏輯。這門課程較著重邏輯，實驗課則著重於實驗方面，如果你們只上其中一門，就會產生不平衡的看法。
現代科學開展於17世紀，17世紀就是西元1600 到 1700年。1638年新港殖民地成立。1701時，耶魯大學成立。就是在此時一切開始發展起來，學校從這裡開始成型，就是我們現在所在之處。如果回溯100年，你們會與普朗克的量子理論相遇，課程中會做相關討論。如果再回溯100年，你們會與拉瓦錫及氧化理論相遇，這個我們也會討論。再往前回溯100年，你們會與牛頓及萬有引力相遇，我們會稍做討論。如果再回溯多一點，再回溯100年，你們會與哥白尼及天體革命，還有哥倫布及航海學相遇，也會接觸到路德及宗教改革。而這些都有某些共同點。正如羅伯特‧ 虎克所寫到：「十七世紀（他生長的年代）是所有年代中，最具好奇心的年代。」
人們所需做的，就是探索如何瞭解萬物，並發現新事物。特別重要的一位人物就是法蘭西斯‧培根，和他的《復興》。你們可能不是很瞭解《復興》這本書，讓我們來看看。這是培根，這是他生長的年代。他是伊利莎白和和雅各賓時期的人物，他與莎士比亞幾乎是同時代的人，伽利略也是。他就讀的大學是劍橋大學，這是一幅畫他的卡通畫，現代版卡通，描繪他在劍橋課堂的情形，因為他描寫了劍橋的老師：
「他們是銳智的人，關在一些像亞里士多德之類作家的思想小室中，他是他們的支配者。所有的自然哲學(當時的哲學是指科學），所有現今所接受的哲學觀念，要麼是希臘人的，不然就是煉金術士的哲學。他們從一些庸俗的（這是指一般）觀察收集而來，其餘的來自於爐子上的一些實驗。一方總是高談闊論，另一方則追求大量的金子。」
這是他所寫的《復興》這本書，這是它的卷首插圖。這張圖來自Beinecke圖書館，我到那兒取得書的圖片。注意這是1620年出版的。那時發生了什麼事？正是清教徒到來的時期，對不對？因此書名很小，且放在他的名字之下，標題是英格蘭大法官，Instauratio Magna意味著《偉大的復興》。復興些什麼？瞭解事物的方式。它篇幅更大的部分，被稱為《新工具》。它發展了基於實驗的科學歸納法，以取代亞里士多德的演繹法。就是說，有時你們做一次實驗，然後由其結果來解釋所有的現象。但他說這是不正確的，你們必須做更多的實驗。這裡有件很有趣的事。在卷首插畫上有個東西，是兩根支柱。它們畫在那兒做什麼？你們可以看到有兩根相同的支柱。這是八里亞爾幣（西班牙古銀幣），《金銀島》故事中有提過的，八里亞爾幣。八里亞爾幣的鑄銀來自於墨西哥，是在墨西哥城鑄造的。銀幣上有同樣的支柱，上面寫著plus ultra，意指超越更多。超越什麼？這些支柱代表什麼？請再說一次？
學生：西班牙和非洲。
Michael McBride教授：沒錯，是非洲和西班牙。這是赫丘力士之柱，也是地中海出口，在舊時的古典世界中。這是摩洛哥的摩西之山及塔里克之山，這是直布羅陀的名稱。這是地中海，亞里士多德的古典世界，你們可由此航向新世界，帶回銀之類的物品，當然是很危險的。看看底下這行寫些什麼。什麼會被帶回來？不只是銀。Multi pertransibunt & augebitur scientia，意指「經歷將增廣，而知識將增長」。因此，我們超越亞里士多德，進展到以實驗為基礎的科學，知識將因此增長。
這裡有一些引述自《偉大的復興》一書中的句子：「那些主要源於希臘人的智慧（沒有冒犯之意），只不過是幼稚的知識，有著孩童的特質。只能傳述，卻無法產生。它只是一個將無知免除於恥辱的工具。」這意味著它是一個隱藏你們無知的方式。我們將會看到一些範例，在第11堂講座課時會討論到相關能量，在第32堂講座課時會討論到應變能，你們會看到這兩者都只是用於隱藏我們無知的詞彙。「最後，關於科學，我的建議是，發明不是一種爭論，而是一種藝術（意指行事的方式）。不是依靠儀器（雖然新式儀器確實很重要，像是顯微鏡之類的），而是依靠實驗。巧妙且人為的為特定目的而設計，以確認問題點在哪。（因此，設計人為實驗用以確認問題；實驗）。這將引領學習及知識的復興。」
因此，培根的追隨者成立英國皇家學會，於1662年，就在查爾斯復辟英格蘭後，也就是在克倫威爾執政時期之後。這是關於英國皇家學會的歷史著作。這本書有這麼厚，出版於1667年，就在學會成立後僅僅5年的時間。為什麼他們要這麼快就出版這本歷史著作？我們來看看這本書的封面。這是已故的法蘭西斯‧培根，他被稱為Artium Instaurator，即藝術復興者。這是英國皇家學會主席，數學家Brouncker子爵。這位在中間，正被戴上桂冠的，是查理二世。為什麼要為他立個座像？因為他們希望，科學家們能如同以往一樣，從那時起，從政府得到一些資金來做研究。事實上，他們未曾從查爾斯那兒得到資助，但並不是沒有做過嘗試。這就是為什麼他們寫了這本歷史著作，試圖使這個提案獲得支持。
現在我們來看看那些很棒的好知識，來自於科學及英國皇家學會。你看的出背景上的這個是什麼嗎？我們把它放大。你們可以從書架上找到暗示。如果你們仔細看書架，可以看到寫在書脊上的字。你們看的出那是本什麼書嗎？有人看的出來嗎？是什麼？你們認為他們擁有的是哪本科學書籍？
學生：哥白尼。
Michael McBride教授：哥白尼，對不對？所以是天文學，背景上是一部望遠鏡。OK，那邊牆上的是什麼東西？是一個時鐘。為什麼形狀像一塊餡餅？
學生：因為裡面有鐘擺。
Michael McBride教授：啊，因為它裡面有一個鐘擺。因此，這是鐘錶學，用以製作好的時鐘。OK，這裡這個是什麼東西？你們很難看的出來。
學生：太陽能。
Michael McBride教授：這是一個風速儀。裡面有一個風標，它會被風吹動，你們可以由它移動的刻度，來看出風有多強。因此，這是氣象學。再回到這個支柱上，這是什麼呢？
學生：羅盤。
Michael McBride教授：這是製圖學。這些東西的共同點對查理二世有什麼貢獻？天文學－
學生：用來做記錄
Michael McBride教授：好的時鐘，氣象學，製圖學，做什麼？
（學生此起彼落發言）
Michael McBride教授：他們都與航海有關，以使英國擁有海上強權。現在回到另一種科學，即化學。它似乎與航海沒有任何關連。為什麼化學對查爾斯是重要的？
學生：戰爭。
Michael McBride教授：看這個。
學生：戰爭。
Michael McBride教授：為了製作火藥。英國皇家學會歷史著作中，有一章關於火藥的論述。OK，頂端這是一句座右銘「Nullius in Verba」（意指：「勿信傳言」），這是引述自Horace的話：「請問我，是誰引領了我。我身處何等境地（即我主張的哲學是什麼）。沒有任何人的話能使我立下誓言，無論風暴迫使我身處何處，我都只是過客。」所以是實驗，而不是哲學導致了你的結論。因此，Nullius in Verba意指「勿信傳言」。事實上，英國皇家學會原名是「以實驗促進自然知識之英國皇家學會」。
OK，接下來的課程中我們將看到能真正確認問題的重要實驗。事實上培根最重要的實驗是，「兩個對立假說間的最終定論」；證明其一，而否決另一個。你可以做各式各樣的實驗，或只是採集蝴蝶 －不，我並非要侮辱採集蝴蝶的人，這是一件好事。但還有一些關於實驗特別的事，用以設計來回答問題。培根為這樣的實驗定了一個名稱。他們以這個模型為基礎。你在一條岔路上，你必需知道該在兩個假設間做何種選擇。你需要些什麼，以決定該走哪條路呢？你需要一個標誌，或是這個設置在十字路口上的十字記號，因此「cross」（十字）的拉丁名稱為「crux」。你知道他們稱實驗為什麼嗎？即Crucial（關鍵）。這是crucial（關鍵）這個詞的起源，對不對？就是這告訴你該走哪條路。OK，這是艾薩克‧牛頓，他拿著某樣東西。你看到他手中拿著什麼嗎？
學生：蠟燭。
Michael McBride教授：我給你一個提示。這是一個棱鏡。為什麼他拿著棱鏡？因為這是他的「關鍵」實驗。這是他在實驗中使用棱鏡的圖，他稱之為「決斷實驗」，引用了培根的詞彙。OK，光線從窗口的洞射入，穿透鏡片，然後被彎曲及分散成不同的顏色。所以由這實驗中得到了光譜，就是這些不同的顏色。現在問題來了，棱鏡如何造成這些顏色？虎克和笛卡爾認為，光是一連串的脈衝，它會穿過像棱鏡之類的物體，或當它被物體反射時，如薄薄的水或油層之類的，它改變了脈衝的時間，因此改變了顏色。但牛頓認為，顏色是原本就存在的，棱鏡只是分離了它們。這是他的關鍵實驗，以在這兩個理論之間做出定論。你看到他做了什麼嗎？他在板上鑽了一個洞，僅讓紅光通過，並把第二個棱鏡放在那裡。他在這裡寫了三次－寫在這裡，這裡也有，還有這裡－「nec variat lux fracta colorem」。這意味著「分散光線不會改變其顏色」。因此，至少在當時，這給了牛頓一個證明，光是一種物質，而不是一連串的脈衝。現在你對這個證明有什麼看法？你覺得光是一種物質，還是一連串的脈衝？
學生：兩者都是。
學生：都不是。
Michael McBride教授：但你至少可以看到，在當時這是一個關鍵的實驗，真正重要的實驗。這就是我們在這門課程中會講述的那種實驗。在有機化學中，實驗是不可或缺的。這是一個以觀察為基礎的實證科學，這就是為什麼你必須要修實驗課程。所以邏輯－這是第三及第四條瞭解知識的途徑，－邏輯也同樣重要。所以，只有這些內容對你有意義時，才相信我在這裡所講述的一切，不要只是填鴨式的吸收，要確保這些知識是合理的。但如果不是呢？這是成功學習化學125這門課的方法，我們將以模範科學生塞繆爾‧佩皮斯為例。有多少人聽過塞繆爾‧佩皮斯？你們聽過這位科學家嗎？
學生：我不記得了。
Michael McBride教授：你聽說過什麼關於他的事蹟？塞繆爾‧佩皮斯使你聯想到什麼？
學生：牛頓－佩皮斯問題。
Michael McBride教授：在這時期，就是科學發展的核心時期。但你所知道關於他的一切是據他日記中所述，它記錄了所有生活情形，就是倫敦復辟後的日常生活瑣事。事實上，他在16歲時目睹查爾斯一世被斬首，即1649年。兩者有何關聯？你們知道這是什麼地方嗎？有人去過嗎？這是Dixwell、Goffe 及 Whalley街。這是以五十位判定查爾斯一世斬首法官中的三位命名。他們是唯一在復辟後還存活很長時間的法官，因為他們逃到新英格蘭，並躲藏在西岩地區，這些都是向西通往西岩地區的道路。OK，這是同時期事件的關連性。總之，他在劍橋拿到學士學位，於1654年。並於1656年拿到碩士學位。他得到一份很好的工作，成為海軍的文書專員，這意味著他是為皇家海軍從事所有採購的人。所有如繩索、焦油、木材等物品。1662年7月4日－這是7月4日，但是在超過100年之前。他在日記中寫道，「不久後查爾斯皇家海軍的夥伴Cooper先生來了。我打算向他學習數學，就從今天開始。他是一位非常能幹的人，向他學習一小時的乘法後（我第一次嘗試學習乘法表），我們道別，明天再繼續。」
因此，這個為英國皇家海軍做所有採購的傢伙並不懂乘法，更不用說除法了。但他很努力學習。7月9日，即五天後，他在「4點時醒來，努力學習乘法表。這是所有我在乘法上遇到的困難。」其他事情他都做得相當不錯。7月11日，「4點時醒來，努力學習乘法表，我現在幾乎很擅長了。」聖誕節－即六個月後，「在辦公室獨自練習乘法，並把昨晚所看內容很棒的書讀完，直到晚上11點，然後回家吃晚飯睡覺。」一年後－他積極又勤奮，這是很好的。一年後，星期日，
「我低下頭看乘法書籍和木料規則，我妻子不久後起床，整個下午我們一起做乘法。她已經能做很棒的加法，減法和乘法，所以我決定還是先不要用除法來使她傷腦筋。」對嗎？因此，他與夥伴一起研究，這很「關鍵」。艾薩克‧牛頓－有人知道這本書嗎？
學生：知道，當然。
Michael McBride教授：是吧？《自然哲學的數學原理》。書的題名頁上有個有趣的東西。塞繆爾‧佩皮斯給了這本書的出版許可，因為他是英國皇家學會主席。六年後，佩皮斯遇到了骰子問題。原因是他每天晚上到咖啡館吃晚餐，他們會賭博，人們提出各種賭注，他無法計算出這一種，所以他寫信向牛頓求助。這是他信上寫給牛頓的問題，在11月22日－A組是盒子中有6個骰子，他必須先擲出一個6；B組有12個骰子，他必須擲出兩個6；C組有18個骰子，但他必須擲出3個6才會贏。問題是：「任務B或C不像A那樣簡單嗎？或機率是相同的？」也就是說，如果骰子沒有灌什麼或作弊之類的，賭那個比較容易贏？
有多少人認為機率是相同的？別害羞。多少人認為是A？多少人認為是B？多少人認為是C？多少人一點想法也沒有呢？很好，那就贏了。OK，他寫這封信，試圖使他的賭注能得到牛頓的幫助。牛頓回信了，在四天後，寫道：「你希望在A組6個骰子中每次拋出至少有一個是6？所以，你擲出兩個6也算贏，原來的敘述並不是很清楚。」於是他說，「如果我們將問題設定成這樣，由一個簡單的計算就能得出，A的期望值大於B或C。就是說任務A是最簡單的，這就是答案。」因此，佩皮斯在12月6日回信說：「你給了A較佳的期望值。這是（如你所說）由簡單計算得知，不過，我不能假裝我很熟悉數字運算，目前我該做的是努力去理解。衷心希望你樂於將原因寫給我，關於其在所有機會中是否有利。」因此，他不羞於承認，他並不真的瞭解。這很「關鍵」。「所以，如果不是會造成你很多麻煩，我希望可以看到最詳盡的計算過程。」
你能告訴我如何計算出來的嗎？他會如此希望，是因為有人可能會改變賭注規則，這樣他又不懂了。他想真正瞭解，他堅持看到證明。因此，從這兩頁來自牛頓的回信中所寫，你可以看到佩皮斯得到的比他要求的還多。「因此，為了計算這個，我寫下以下數字序列。當你算完這些，會得到複雜的……商在這裡，其結果為A在46656個機會中，有31031次可以勝出，即0.6651的獲勝機率。B的機率則是0.6187。A會贏。」佩皮斯對此答覆滿意嗎？佩皮斯回信說，「為什麼？」對嗎？「我不能忍受虛有其名的碩士頭銜，我不知道怎能戴著它。」因此，他願意吞下他的驕傲，以尋找真正確實的理解。現在，比較一下這個評論，那是我們在學期末，就是一年前1月獲得的評估資料：「我從來沒有在他辦公時間尋求幫助，因為我認為他會讓我感到自己很愚蠢。因為他的化學比我好。」我希望我的化學比你們好。我不是個很優秀的人，但我希望我在化學方面優於他人。你們付我一大筆錢，就是因為這一點。所以，吞下你的驕傲，並尋求某人的幫助，學習佩皮斯。
因此，閱讀《佩皮斯和牛頓》，一起做週一的問題，並協助編輯維基百科，當你們被要求這樣做的時候。因此，這裡有些問題。週五的問題可自由選擇，但非常有幫助。其一是，找出有班上有哪兩位同學房間離你最近，你也許可以視其為學習夥伴。你不一定得用上他們，或其他人的幫助，但讓某些人幫助你，不要嘗試自己單幹。其二，根據本課程前輩所說的，三項最常見的建議項目是什麼？如果你點擊那裡，或到網頁上，就可以得到匿名者的忠告。我非常小心，以確保它是匿名的。因此，你可以得到所有－大部分是矛盾的，所以你的工作就是查看它，並試圖得到一些想法。他們所告訴你的，有哪些是值得瞭解的。週一時會有一些問題，來自網頁「佩皮斯及牛頓」。我告訴你，最好還是與其他人合作，因為那兒有很多內容。因此，成立一個小組，分配一下誰該做什麼，討論接下來要做些什麼等等。從星期五起的一個星期，有件工作就是要畫出路以士結構，來自另一個關於官能基的網頁。因此，我們之後會進行這些內容，我只是希望你們了解接下來要做些什麼。順帶一提，關於問題集必須使用到數學，就是牛頓和佩皮斯做的那些，計算同位素比例。你知道，氯的原子量很有趣。為什麼？原子量是多少，有人知道嗎？
學生：35.5
Michael McBride教授：35.5。為什麼有個0.5？大多數元素相當接近整數。這是因為它是一個含同位素的混合物，含有四分之一同位素，和四分之三其他部份，平均為 35.5。35和37按比例平均。事實上，取決於你從何處取得氯，其比例為何。35.5是標準原子量。但它的範圍相當大，取決於你從何處取得。因此，測量這些比例，很像是賭博中的賠率，你可以藉此得知這東西來自何處。有時也可以這種方式得知碳氫化合物來源。這些都是你必須解決的問題。整體上來說，它不是真的與課程非常相關，但它與佩皮斯和牛頓從事的工作相關。這是一個有趣的問題。所以，這就是你週一該做的事。
OK，這是作業。我會發電子郵件給所有人，我希望你在場，而且你可將所獲得的來自於今天所講的內容，用以改善去年的維基百科。去年的學生從零開始，進行他們的維基百科。這一次－這是一件非常值得去做的事。今年我左右兩難，不知該讓你們重新開始，還是修改去年的內容。我想修改去年的內容比較好，因為這樣你們就有之前的東西可以閱讀，對那些沒有參與編輯的人而言。無論如何，我希望－如果你修改它，必須是某些顯著的修改，不是加一個逗號之類的。添加一些有助於理解的東西。如果你於36小時內修改它，可以得到兩分；如果你做的很棒，就會得到三分。所以，你到網頁上，點擊這些東西就可以閱讀，或是你可以修改或閱讀它們，這就是維基百科。
關於問題部份，我們會做更多講述。還有五分鐘時間。我們現在真正面對的問題是，看看如何進行化學125課程。原子和分子存在嗎？你如何得知？什麼力量使它們結合在一起？因為如果我們知道他們是真實存在的，知道是什麼力量使它們結合在一起，原則上我們就可以計算一切。因此，這將全都是理論。那麼，是彈力使原子結合在一起嗎？因此，羅伯特‧波以耳，注意他正是這時期的人。1627年至1691年，他是最年長的人，在這建築外的榮譽榜上。就在那兒。羅伯特‧波以耳寫了這第一本重要的化學著作，《關於空氣彈力及其物理力學的新實驗》。你們知道波以耳定律，壓力和體積如何變化，空氣的活塞運動就像是彈簧，PV（壓力與體積乘積）為常數，這就是波以耳定律。他使用新儀器發展這門科學，即氣動引擎，由羅伯特‧虎克建造，我們引用過這傢伙的話。圖中是帶有曲柄的氣泵，可以將物質抽出或吸入那個球型物。數年後，虎克寫了這本書，《論彈簧位能的恢復》，解釋了彈性物體的力。這是那本書的開頭：「彈簧理論雖經這時代許多不同著名數學家嘗試解決，迄今卻尚未有任何人出版相關著作。從我第一次找出答案，至今已經十八年了。為了設計將它應用於一些特殊用途，因此我沒有將這個理論出版。」他一直保密，所以沒人能竊取他的想法。他希望能用彈簧做什麼？一個非常重要的技術，他可以用彈簧來做的？他使用的彈簧上有個線圈。
學生：飛行。
學生：擺鐘。
Michael McBride教授：一個新型時鐘，能做得比航海鐘更棒。這是他的彈簧，它使得Harrison於100年後，贏得一場比賽，關於製作一個精確的時鐘，你們之中一定有些人聽過這個故事。總之，他隱藏了這個理論，所以沒有被竊取。事實上，它被惠更斯竊取了。因此，「大約3年前，陛下很高興看到由理論發展出的這個實驗。我在白廳，也在我的彈簧錶上試驗。大約兩年前，我將這個理論寫成字謎，放在我描述太陽儀的著作末頁，就是這個。」這就是他發表於一本關於太陽儀的書中頁末內容。這個字謎表示出彈簧運作原理，所以之後他可以證明他知道這個理論，如果有必要的話。但在那時，沒有人可以竊取這個想法。如果你解這個字謎，「Ut tensio sic vis」，它的意思是伸展量和力成正比。也就是說，如果一個力能將彈簧拉伸或彎曲一個間隔；兩個力將彎曲兩個間隔；三個力將彎曲三個間隔；以此類推。這是他以圖示顯示，這就是虎克定律，亦即作用力定律，力與扭力成正比關係。他以圖示表示，並在這裡做了一張圖。Ut tensio（即伸展量），sic vis（表示力）。因此，它是線性的，「力」表示你用多大力量拉伸它。他用許多不同種類的彈簧做實驗。這是時鐘用彈簧，一種圈狀彈簧，正被拉伸成線圈狀。因此，力與伸展量成正比。以另一種方式來描述就是，「位能與伸展量平方成正比」。因此，它是一個拋物線。這就是虎克定律，下堂課從這裡繼續。
第二講概述：
McBride教授遵循牛頓的想法，以尋找描述化學鍵結的作用力定律為開場。不論是正比（虎克定律），或反比（庫侖力，引力）於距離，都需以莫斯位能理論將其整合在一起。G. N. 路以士根據電子的新發現，制定了「立方體－八隅體」理論，並將其發展為共享電子對模型，用以解釋鍵結。討論過路以士點符號和形式電荷後，McBride教授解說了在某些「單一最小值」例子中，路以士結構理論有所不足，補救之道必須透過令人困惑的「共振」概念。
問題集∕閱讀作業
閱讀作業、問題集、PowerPoint簡報，及有關這個講座的其他資源，可參照McBride教授為2008年秋季課程學生所製作的校園課程網站。請參閱以下資源的部分。
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講座2 － 作用力定律、路以士結構及共振
2008年9月5日
Michael McBride教授：好，現在開始上課。上堂課我們提到了一個重點問題，就是原子和分子存在嗎？我想答案是，沒錯。什麼力量使原子結合在一起？因為如果我們真正理解了結合它們的力量，我們就解決了所有的化學問題。所以，當談論到關於力的問題，首先可以追溯到牛頓和《數學原理》。他擁有，或說是他發展了這個想法，在引力的數學問題上。有意思的地方在於，它沒有任何機械裝置，之間沒有彈簧或線連接，這是有一段距離的作用。
所以還有一些其他觀點。例如說，笛卡爾認為引力來自於斥力的阻斷。宇宙充滿環繞粒子和爆炸現象，就像月亮會被來自四方的粒子轟擊，但其上沒有淨作用力存在，因為都被相互平衡抵銷了。不過，如果你把地球置於其間，那兒就會被阻擋，則從右側撞擊月球的粒子會比從左側而來的多，因此，看起來粒子就像是被地球所吸引。所以這是一個偉大的機制。對牛頓而言，重要的是該作用力與r^2（距離平方）成正比，嗯，是與r^2（距離平方）的倒數，1/r^2成正比。在這個例子中成立嗎？如果你將地球向後拉，情況會如何改變？你說什麼？
學生：我不知道。它不成立。
Michael McBride教授：它不成立？如果你將它向後拉，它會阻擋更多還是更少粒子？
學生：更少。
Michael McBride教授：少了多少？假設你將它向後拉兩倍距離，對撞擊月亮粒子的阻擋會少多少？
學生：不是r^2（距離平方）嗎？
Michael McBride教授：是1/r^2（距離平方的倒數）。你可以思考一下。因此，在這方面是成立的。那麼－你知道引力正比於物體的質量，這如何計算出來？你們可以自己思考一下，好嗎？但無論如何，還有其他的看法。但牛頓所思考的不是關於它的機制，他思考的是定律。就是它與 1/r^2（距離平方的倒數）及質量成正比。
在 1717年， 他出版了第二版的《光學》。他在1704年出版了第1版。他在1704年出版這本書的理由是，虎克於1703年去世。他事實上－牛頓在1660至70年代就已完成這項工作，但他沒有出版這本書，直到虎克死後。因為他不願虎克插手他的研究，並且批評它。但在1717年的第二版中，他附加了一些內容。你們看，「附加內容」。而所附加的內容，即使這本書是關於光學，但其所附加的內容卻是關於化學的。而在書的最後，提出的不是假設，而是問題。因為信仰培根哲學的人，追隨法蘭西斯‧培根，不做假設，但他們可以提問。因此，這裡列了一些問題。問題 31，大部分與化學有關：
「物體的微粒是否確實具有影響力、效力或作用力，可作用於一段距離，其不僅能使光線反射、折射和彎曲，也能藉其交互作用，產生大部份的自然現象？」（這是指粒子間的引力或斥力）「眾所周知，物體間的交互作用，是藉由重力、磁力、和電力的吸引力，這些例子顯示了自然的要義和規律。它並非不可能發生，但可能存在著比這些更強大的引力。大自然本身是非常和諧一致的。這些引力可能如何產生，在此我不做考慮。我所謂的引力可能產生於脈衝…」
他從哪裡得到這個想法？他從哪裡得到脈衝造成引力這個想法？
學生：（無聲）。
Michael McBride教授：那是笛卡爾的想法，就是我們剛剛所解釋的那些。「…或來自於其他一些我不知道的方式。我在此使用了這個字彙，代表任何一種使物體趨向彼此的力，無論它是如何產生的。我們必須向自然現象學習，物體如何相互吸引，引力的定律和特性是什麼，在我們的探索引力產生的原因之前」（所以你先得到一個定律，然後可以用數學做運算，然後再擔心它如何運作。）
「重力、磁力和電力的引力，可在一段相當距離發生作用…」（他不是指理論上來說，而是指你可以感受到）「…也已被我們平凡的雙眼觀察到」（你可以看到隔著一段距離，靜電引力發生作用，還有明顯的重力及磁力。）「可能還有其他力能在這麼短的距離產生，以致至今尚無法觀察到。也許電可以在如此短的距離產生引力，即使不需由摩擦所引發。」（所以你知道，摩擦能產生靜電，那會促使物體產生引力。但即使沒有摩擦，你可以藉由電使物體在很短的距離產生引力。）「同質性硬物彼此完全接觸，緊貼在一起」你曾有過把兩個非常扁平的東西放在一起，卻很難將它們分開的經驗嗎？什麼？
學生：玻片。
學生：小物體。
Michael McBride教授：顯微鏡的載玻片。曾經將新的顯微鏡載玻片分開過嗎？很難將它們分開「為了解釋可能原因，有些人發明帶鉤原子理論，這是在前提裡預藏結論。有人說，物體因靜止而相黏著，藉由超自然的性質，或不依靠任何力量。也有人說，它們藉由共同運動緊貼在一起，這是物質間的相對靜止狀態。」（這是其他一些有點複雜的理論，我們不需深入探討。）「我傾向於由它們的內聚力來推斷。這些粒子藉由某種力相互吸引，這種力在直接接觸中是特別強的。在小距離中表現出前述的化學現象，並在離粒子不遠處產生相當的效應」（所以，非常短的距離，非常強的吸引力）「…離粒子不遠處產生相當的效應」。
因此，也許比1/r^2更大。1/r^2，當 r 非常小時，改變的非常快。但也許這個定律與距離的關聯性更大。若是如此，則只有在真正非常小的距離成立。「引力」（他是指以一層柑橘油將玻璃板隔開。所以你知道，在顯微鏡載玻片上，他們滴一小滴某種物質，將它們粘在一起，它們就很難分開。）「也許依比例變大」（指引力）「並繼續增加其厚度，但不超過單一油粒子」（想像一下牛頓，350年前或300年前，想想單一油粒子，他怎麼有辦法測量？我們稍後會考慮這一點。Okay。）「因此，大自然原動力能使物體的粒子，藉由非常強的引力結合在一起。實驗哲學的工作就是找出它們」這就是我們需要找出的，是什麼將這些粒子結合在一起呢？「實驗哲學」就是科學。而我們將致力於這項工作，我們將需要約 5 周的時間，以瞭解是什麼使這些物質結合在一起。
現在，讓我們從物理學的觀點來看。你從各種不同定律得到的結合能中，首先是庫侖定律，即電荷可於一段距離產生作用力，我想你們都知道這個。還有磁交互作用，兩個磁偶極間能量正比於1/r^3，下降的非常迅速。還有「強」的鍵結，使原子核中粒子結合在一起。當然還有引力及化學鍵。我們在此課程中，所使用的能量標度是舊制的千卡/莫耳，這是在美國有機化學中習慣使用的單位，將來它會改為千焦/莫耳，但我仍習慣使用千卡/莫耳。Okay，這是一個對數標度，因此它涵蓋的範圍非常廣。
先談庫侖力，如果有一個質子和一個電子，其相距大約是碳－碳原子間的鍵距，其能量為216千卡/莫耳，位在標度正中間，或中點附近。磁交互作用力就微弱很多。如果有兩個自旋電子，相距同樣的距離，其能量是多少？能量小了一，二，三，四，五個數量級，小了10^5倍。使質子和中子結合在一起的「強」鍵結，可見於氘原子核中，這是在原子核內，而不是相距1.54埃，比庫侖力強 10 ^ 5倍。而引力就微弱得多。如果有兩個碳原子，相距這麼遠，能量將是10 ^ -32千卡/莫耳。所以談到使物質結合在一起的力時，我們排除引力作用。這樣的話，庫侖力範圍就上下延伸了5個數量級。
再來，化學鍵是什麼？其鍵能有多強？化學鍵約－ 碳－碳原子間的鍵能約為90千卡/莫耳。因此，與庫侖力及靜電引力差不多。因此，也許這暗示靜電引力與其相關。但也許不是，也許是某種全新的力。此外，我們還沒有談到動能。那是否與鍵能強度有關？稍後我們會回頭來討論這一點。Okay，是否存在著牛頓所尋找的化學作用力定律？這是一個有趣的表達方式。假設有一條原子鏈，原子在一條線上一個個相互銜接，然後開始拉長它。它會伸展，並在某點斷裂。
現在，我們拿三個原子，並將硬桿連在外面的原子上，開始拉長它。因此，它會伸展，伸展，伸展，再伸展，然後斷裂。現在問題是，在它斷裂前可伸展多少距離？什麼因素決定了，在它斷裂前可伸展多少距離？Okay，這必定與原子間的作用力定律相關，也與分子結構相關。因此，它會像彈簧，即虎克定律。Ut tensio sic vis（伸展量和力成正比）。Okay，力正比於位移，而能量是位移的平方，因此能量，即位能，是一個抛物線。在標準長度時，我們定義其為零，或說是未伸展的距離，然後伸展或壓縮它，則能量變大，以抛物線型式。現在，這個抛物線的斜率說明了什麼？
學生：作用力。
Michael McBride教授：作用力。這是線性的。當我們不斷伸展它時，斜率變大，力正比於位移。Okay，可能還有其他作用力定律，如電荷、庫侖力，或引力，所以這是一個不同的作用力定律，平方反比力定律，而能量正比於位移。以這種方式，所以這是相當不同的，請注意這張圖的位能零點，標示在頂端－位能零點定義為，當它們相距很遠時。而這張圖的位能零點為，當其相距為標準距離時。因此，你將帶相反電荷的粒子放在一起，當它們非常靠近時，能量無限下降。Okay，現在看看在這裡的力，當向外延伸時，力變小，斜率也跟著變小。
現在，假設有一個粒子連接在彈簧兩邊，我們將這個彈簧鏈伸展。為了整體性，我用第二條鏈來說明－啊，我這裡說較強，事實上是指較弱的力，它上升得不那麼迅速，我會修改一下。Okay，但在某一點上，紅色和藍色曲線的斜率，在某個距離、某個位置上，將會相等，但方向相反，就是那裡。Okay，在那點上中心粒子的力為何？
學生：零。
Michael McBride教授：零。它們達成平衡。如果我們將這兩個能量相加，會得到在中心粒子上的總和，看起來像這樣。因此有一個平衡的最小值，當粒子在鏈中心某個特定位置時，就固定在那裡，且很難移動，但可以振動。Okay?那麼，在其他情況下會如何？如果是電荷或引力之類，平方反比定律的作用力，將物質結合在一起？第二種情況會像那樣，這一種力確實更強。
物體在兩側，我們感興趣的是兩者間中點的位置。再次的，它們在某一點達成平衡，就在那點上，其斜率是相等且相反的。這與第一種情況有何不同？當我們將這兩條曲線加在一起時，會發生什麼情況？這看起來會比較像，或比較不像左邊這張圖？
學生：（無聲）
Michael McBride教授：看起來會像這樣。中間沒有平衡的最小值，這裡沒有一個粒子僅固定在那裡的位置，因為它會受到更強的影響力及吸引力，來自於離它較近的物體上。也有一些位置作用力為零，但並不是一個穩定的位置，因為它只要稍微移動一點，就會繼續移動。所以，這個是－兩者相較，一個有單一最小值，這個則有雙重最小值。早期的學生曾有個競賽，如果你贏了，就可以在這門課程得到A。競賽是這樣的，有一個磁鐵掛在這裡，我把它停住。Okay，這裡有兩個磁鐵，一側有一個。如果我做對了，它會固定在那裡，兩者間的引力會使它平衡。所以，我把它放在這裡，試圖得到A。我抓住這條繩子使它能在這裡平衡。啊！Okay? 沒有穩定的位置。沒有人以這種方式得到過A。對嗎？因為它遵循反比定律，所以總是受到離它較近物體更強的吸引力，所以你贏不了，因為無法達到平衡位置。現在，我把這些拿開，再回到課程中。
因此，以彈簧模型，你可以由核心原子製造出穩定的多原子分子。我們之前看過彈簧模型－在上次的講座中－但這對離子來說不適用，對磁性物質也不適用。總之，虎克定律不適用於此。－這必定不屬於彈簧模型，因為虎克定律是不會被打破的。因此，我們需要不同的作用力定律。是否有人知道一種作用力定律，它看起來就像是－原子間的作用力形式，或使鍵伸展的能量。你見過這樣的圖形嗎？
學生：（無聲）
Michael McBride教授：這就是所謂的莫斯位能圖，或其中一種形式，稱之為莫斯位能。它並非某種基本圖形，也不是一種自然定律，而是由一位普林斯頓物理學家於1929年想出來的，因為它有數學上使用的方便性，使用莫斯位能可以解決量子力學問題。這個構想是這樣的。有兩個相鄰原子，考慮右邊位置上的那個，它在那個位置時，能量將是最小值；此時距離為鍵距，對吧？如果你將它往右移一點，能量會變大；將其移到左邊，能量也會變大。Okay，那就是莫斯位能，我們將左側原子固定住。現在把另一個相鄰原子放在另一側，產生另一個相同形式的曲線，伸展了第二個鍵。或者我們可以使它成一直鏈，兩側都有相鄰原子，這兩者的能量總和在中央有最小值。
這是一個單一最小值，就像我們由虎克定律得到的一樣。因此，這意味著中心的原子會固定在那裡。現在我們抓住兩側的桿，將相鄰原子拉開。如果將它們拉開，它仍有單一最小值。如果再拉開一點，它仍是一個單一最小值模型，雖然是很平的曲線。如果拉開更多一點，它斷裂了，就變成一個雙重最小值。如果繼續下去，雙重最小值會變得更明顯。這裡有個有趣的問題。在哪一點－在它斷裂前你能將它伸展多少距離？這就是我們所問的問題，對不對？你如何解讀這些曲線，以得知能將它伸展多少距離，在鏈斷裂之前？Shai？
學生：當底部變平的時候。因此，當曲線變平的時候，它盡可能的伸展，因為…
Michael McBride教授：你所謂的「平」是指什麼？圖形中的這部份有個名稱。
學生：反曲點。
Michael McBride教授：這是反曲點。當曲率從這樣，變成－就像虎克定律一樣，變成這樣，對不對？因此，當反曲點交會時，鏈就斷裂了。Okay，因此力作用定律會有很多差異，視原子的行為而定。如果真正瞭解力作用定律，我們就有很好的條件來理解化學。它在反曲點斷裂，在那點上，距離與力的關係由直接變成反向相關。
Okay，但，鍵是什麼呢？牛頓說：「我們將尋找定律」。這定律有點類似莫斯位能。但我們不知道它是從何而來，因為我們不知道它如何運作，我們不知道它到底是什麼。我們可以找出它到底是什麼嗎？在19世紀，人們發現了鍵。這是一張來自1861年的圖，我們稍後將作討論。這是第一張今日人們可理解的圖，描繪了原子間的鍵。這裡有不同數目的線，表示不同原子的價數。氫是一價；碳是四價；氧是二價；氮是三價。
為什麼元素的價數不同？為什麼它們不具有相同價數？更複雜的是，氮有時是三價，有時是五價。例如，存在有NH_3，也存在有NH_4Cl。這裡有五個原子與氮相連結。你如何理解價數的定義？這是人們的挑戰。他們瞭解有價數的存在，但為什麼？你如何能預測一個新元素的價數？Gertrude和Robert Robinson在1917年發表了一篇論文，顯示了這張氨的圖示，NH_3。這個環是什麼？請再說一遍？
（學生此起彼落發言）
Michael McBride教授：有人說－ 請舉手，其他人才聽得到你說什麼。Okay，請。
學生：氮上的未成對電子。
Michael McBride教授：氮上的未成對電子－錯。它看起來像氮上的未成對電子，但未成對電子還沒那麼快形成。這個環表示，如果你看背景圖示，是什麼使NH_3起化學反應？關於這個例子，他們是這樣說的，「我們可以合理假定，部分解離是整個過程中的一個階段」因此，鍵開始斷裂。這個環開始斷裂成一個較弱的環，和兩個其他的部分價鍵，在這個理論中。而這些價鍵開始結合來自鹽酸的部份價鍵。對嗎？這個環是一個「潛（latent）」價鍵。你知道「潛（latent）」是什麼意思嗎？「潛（latent）」是「顯（patent）」的反義詞，latent是指隱藏；patent是指顯示。當你得到一個專利，這意味著你告訴大家怎麼做，而政府保護你的權利一段時間，來做這件事。潛（latent）意味著它是隱藏的。
因此，在這些環中有一個隱藏的價鍵，但它們能夠變得可用，對不對？它在某些例子中可作為假設，例如氨與鹽酸的結合，這樣你就得到了一個反應及產物，這個產物中的氮有五個價鍵。但你怎麼知道氮上沒有另一個環存在？你可以打斷並使它開啟，使其產生七個價鍵，或九個，十一個？或者你可以將環打斷，使它變成三個。因此，或許潛價鍵環可以解釋氮的三價和五價性質，或是胺與鹽酸的反應？問題是，這是一個太模棱兩可的概念，它可以解釋任何情況。你可以解釋任何你想要解釋的東西，你甚至可以解釋氮有84價之類的。發生任何現象時，你都會說：「啊哈！有很多潛價鍵。」。但你怎麼知道不會有更多？為什麼會有潛價鍵？它什麼時候會產生？部分解離何時會發生，又為何會發生？這理論無法解釋任何事，或說是解釋了每件事。現在，我要你微笑，這樣我就可以知道你是哪位同學。
（McBrideMichael McBride教授替班上成員拍照）
Michael McBride教授：電子在1897年被發現。因此，也許一些現象與它有關。將電子與價數關聯在一起的人是G..N.路以士。這是1894年，他還是個哈佛大學生時的照片。這是8年後，當時他已在哈佛任教。他接著建立了加州大學柏克萊分校的化學系。
學生：Yay！
Michael McBride教授：他1902年在哈佛時，使用這些講義，他試圖解釋元素週期表，為什麼是每八個一組，然後是另外八個又另外八個等等。為什麼會有一些電子從某些原子轉移到其他原子。他說，如果原子中的電子排列在一個立方體的各角落上，那麼你－八是個非常特別的數字，因為這樣就佔據了立方體的所有角落。這裡有個想法，若有某種原因，傾向於使八隅體完整，你就可以解釋它的週期性，以瞭解為什麼一些原子會捨棄一個電子，以失去外殼層，而其他原子獲得一個電子來使外殼層組態完整。
Okay，它也可以解釋如何形成鍵結。如果要形成八隅體；不僅需電子轉移，也需共價鍵的形成。例如，這裡有兩個氯原子，每個只有7個價電子，這個八隅體是不完整的。但如果你將它們放在一起，它們共用一個邊，然後兩個八隅體都會是完整的。並不是說八隅體有多了不起，但如果用八隅體概念，就可以解釋鍵結。那雙鍵的情形又如何呢？假設有兩個氧原子你會怎麼做呢？有人知道嗎？什麼？
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