化学键

什么是化学键 | 化学键合

它是一种吸引力，将化合物分子中的离子或原子结合在一起。

化学键的类型

化学键主要有两种类型：离子键和共价键，下面将逐一介绍。

1) 离子键

通过原子之间电子转移形成的化学键称为离子键。它也称为化合价键。当发生电子转移时，离子之间会产生吸引力（原子在失去或获得电子后变成离子）。因此，它是一种保持离子化合物分子中原子结合在一起的吸引力。与所有其他类型的化学键相比，离子键最强。

离子键通常在金属和非金属原子或元素之间形成。这是因为金属倾向于失去电子以完成其八隅体或获得稳定性，而非金属倾向于获得电子以完成其八隅体或变得稳定。金属原子在失去电子后变成带正电的离子或阳离子，而非金属原子在获得电子后变成带负电的离子或阴离子。

我们可以说，形成离子键至少需要一个电子供体和一个电子受体。对电子的吸引力称为电负性。因此，参与离子键形成的原子之间应该存在电负性差异，电负性相同的原子不会形成离子键。

例如：

• 氯化钠 (NaCl) 是一种离子化合物，其中 Na 和 Cl 原子具有不同的电负性。钠的电负性小于氯。因此，在 NaCl 的情况下，钠失去一个电子形成钠离子（Na⁺），氯获得一个电子形成氯离子（Cl⁺）。由于这些离子带有相反的电荷，因此会产生吸引力将它们结合在一起，从而形成巨大的离子晶格。
• 氯化镁也是一种离子化合物，其中镁的电负性较低，因此电子从镁转移到氧，形成镁离子（Mg²⁺）和氧化物离子（O^2-），它们通过静电相互吸引形成离子键，从而形成离子化合物。
• 在离子化合物氯化钙（CaCl₂）中，Ca 失去两个电子形成钙离子（Ca²⁺）。这两个电子被两个氯原子获得，形成两个氯离子（Cl^2-）。这些离子通过静电相互吸引。

此外，离子化合物没有净电荷，离子会相互中和电荷。例如，钠离子的正电荷被氯离子的负电荷中和。

此外，离子键可能不被视为真正的键，因为在离子键中发生了完整的电子转移并形成了离子。它不涉及电子共享，而是离子之间的静电吸引力。

离子键的性质

• 当原子之间发生完整的电子转移时形成。
• 它们是在离子（阳离子和阴离子）之间形成的。
• 它也称为化合价键。
• 它是一种强大的吸引力，将离子牢固地结合在离子化合物中，因此离子化合物通常具有高的沸点和熔点。
• 正是离子键维系着离子化合物巨大的离子晶格结构。
• 它是在电负性不同的原子之间形成的，一个应该具有较高的电负性，另一个应该具有较低的电负性。
• 它们是在金属和非金属之间形成的，因为它们的电负性不同。
• 它们比共价键更强，因为由于其电负性差异很大，离子会强烈地相互吸引。

顾名思义，离子键会形成离子化合物，例如：

• 氯化钠 (NaCl)
• 溴化钾 (KBr)
• 氯化钾 (KCl)
• 氧化镁 (MgO)
• 碘化钾 (KI)

在离子化合物的名称或化学式中，形成阳离子（带正电的离子）的原子首先书写，然后是形成阴离子（带负电的离子）的原子。

2) 共价键

原子或元素之间发生电子共享形成的化学键称为共价键。它不涉及电子从一个原子转移到另一个原子。共价键也称为分子键。共享的电子形成对，如果有两个电子，则有一对电子，当共享四个电子时，将有 2 对电子，依此类推。这些形成共价键的电子对称为共享电子对或成键电子对。

共价键的类型

根据共享电子对的数量，共价键有三种类型。

i) 单共价键:

顾名思义，具有一个共享电子对或总共 2 个电子的共价键称为单共价键。它用一个短横线 (-) 表示。它比双键和三键弱。

单共价键的例子

氯化氢 (HCl)：在一个氯化氢 (HCl) 分子中，氢原子和氯原子之间存在单共价键。让我们看看这些原子如何共享电子。

氢有一个价电子，氯有七个价电子。在这里，两个元素都需要一个电子来完成它们的八隅体或获得稳定性。两者都想要电子，因此它们倾向于相互共享电子，从而形成单共价键或一对共享电子。

ii) 双共价键:

它有两对共享电子（共四电子）。参与成键的原子共享 2 对电子。它用 (=) 表示。它比单共价键强，但它不如单共价键稳定，因为它的反应性比单共价键高。

双共价键的例子

二氧化碳 (CO₂)：二氧化碳分子中的碳和氧之间存在双共价键。碳原子与两个氧分子中的四个电子共享其四个电子，以完成碳和氧的八隅体，因为碳需要四个电子，而一个氧原子需要两个电子来完成它们的八隅体。

碳原子与一侧的氧原子共享其两个电子，与另一侧的另一个氧原子共享其剩余的 2 个电子。因此，碳原子两侧各有一个双键，如下图所示。

氧气：一个氧气分子包含两个氧原子，因为每个氧原子都需要另外两个电子来完成其八隅体。因此，它们共享两对电子，从而形成双共价键。

iii) 三共价键:

在这里，参与成键的原子共享三对电子，因此称为三共价键。它用 (≡) 表示。它比单共价键和双共价键不稳定。

三共价键的例子

氮气：在氮气分子中可以看到三共价键。一个氮原子需要三个电子来完成其八隅体。因此，它与具有类似需求的另一个氮原子共享三对电子，从而形成三共价键。

基于极性的共价键类型

共价键在某些情况下也表现出极性。因此，它可以是极性的或非极性的。

i) 极性共价键:

在其中共享电子对更靠近电负性较高（吸引电子能力更强）的原子，从而导致极性的共价键称为极性共价键。

由于原子电负性的差异，电子在原子之间的共享不均匀。因此，极性共价键在电负性较低的原子一侧具有轻微的正电荷，在电负性较高的原子一侧具有轻微的负电荷。具有极性共价键的化合物会产生静电势。因此，它可能与其他相似的极性分子形成弱键。

极性共价键的例子:

水：在水分子 (H₂O) 中，氢原子和氧原子通过极性共价键结合。氢原子和氧原子之间存在电负性差异。氧原子的电负性比氢原子大。因此，电子对被轻微地拉向氧原子，导致氧原子带轻微负电荷，氢原子带轻微正电荷。

ii) 非极性共价键

电子对在原子之间均匀共享，并且在原子之间不被不均匀拉扯的共价键称为非极性共价键。它在电负性相同或对电子吸引力相同的原子之间形成。它通常在同一分子的原子之间形成，例如双原子分子，如氧气 (O₂)、氮气 (N₂) 等气体分子。此外，由于原子的电负性相同，非极性共价键的分子上没有净电荷。

共价键的性质

• 它们是在原子之间共享电子时形成的。它们的形成不涉及电子转移。
• 共价键中不形成离子，因为电子不发生转移。
• 它们是在电负性相同的原子之间形成的，因此通常在非金属之间形成。
• 虽然电子在原子之间均匀共享，但由于参与成键的原子之间电负性存在微小差异，它们可能具有极性。
• 共价键可以根据共享电子对的数量，是单键、双键还是三键。
• 共价键比离子键弱，因此共价化合物通常具有低的沸点和熔点以及低的汽化和熔化焓。
• 共价键不支持电流流动，因为它们不像离子键那样形成离子。
• 共价键通常形成净电荷为零的中性分子，因为参与共价键的原子之间的电负性差异为零。
• 需要少量能量才能断裂共价键。
• 具有共价键的化合物不溶于水，因为它们是非极性的，而水是极性溶剂。

离子键和共价键之间的区别（表格形式）

尽管离子键和共价键之间存在许多差异，但它们之间也存在一些相似之处。

离子键和共价键之间的相似之处

• 它们是强键。
• 它们是初级键。
• 它们导致形成复杂的结构。
• 它们形成比原始更稳定的化合物。
• 离子键和共价键的形成都是放热的。当它们形成时，参与元素的势能会降低，因为能量以热量的形式释放出来。
• 由这些键形成的化合物没有净电荷。
• 在两种键中，价层电子都参与成键，并且两种键都以 8 个电子完成其最外层。
• 它们具有相同的成键方法。在这两种情况下，参与成键的原子核在原子靠近时相互吸引。如果两个原子的吸引力相同，则键将是共价性质的。当吸引力不同或极化时，键将具有离子特性。
• 离子键和共价键都形成中性分子。在离子键中，相反的电荷中和了离子的电荷，而电子的均匀共享维持了中性电荷。
• 在固体或晶体状态下，两种键都形成具有规则图案和结构的化合物。然而，它们都可能在适当的温度或压力下物理改变形状。
• 由这些化学键形成的化合物不具有延展性。