在化學(xué)的微觀世界里,原子們并不是孤立存在的,它們通過(guò)一種神奇的力量相互連接,形成了我們周?chē)ё內(nèi)f化的物質(zhì),這種神奇的力量就是化學(xué)鍵?;瘜W(xué)鍵就像是原子間的 “粘合劑”,將原子們緊緊地結(jié)合在一起,構(gòu)成了分子和晶體,從而塑造了我們豐富多彩的物質(zhì)世界。
一,化學(xué)鍵的本質(zhì)
從本質(zhì)上講,化學(xué)鍵是原子核對(duì)電子的爭(zhēng)奪與共享的結(jié)果。我們知道,原子由原子核和核外電子組成,原子核帶正電,電子帶負(fù)電。當(dāng)原子相互靠近時(shí),它們的電子云會(huì)發(fā)生相互作用。所有的化學(xué)鍵都是由于兩個(gè)或多個(gè)原子核對(duì)電子同時(shí)吸引,電子在原子間的重新分布,從而產(chǎn)生了強(qiáng)烈的作用力,將原子維系在一起。
二,化學(xué)鍵的類(lèi)型
1,離子鍵:靜電吸引的杰作
離子鍵是化學(xué)鍵的一種重要類(lèi)型,它的形成通常發(fā)生在金屬原子與非金屬原子之間。當(dāng)金屬原子與非金屬原子相遇時(shí),金屬原子往往會(huì)失去電子,形成帶正電的陽(yáng)離子,而非金屬原子則會(huì)獲得電子,形成帶負(fù)電的陰離子。陰陽(yáng)離子之間由于靜電引力相互吸引,從而形成了離子鍵。
以我們生活中常見(jiàn)的食鹽(氯化鈉,NaCl)為例,鈉原子最外層只有 1 個(gè)電子,它很容易失去這個(gè)電子,形成鈉離子(Na?),此時(shí)鈉離子的電子層結(jié)構(gòu)變得穩(wěn)定。而氯原子最外層有 7 個(gè)電子,它非常渴望得到 1 個(gè)電子,達(dá)到 8 電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu),于是氯原子獲得鈉原子失去的電子,形成氯離子(Cl?)。鈉離子和氯離子之間通過(guò)強(qiáng)大的靜電引力相互吸引,形成了離子鍵,無(wú)數(shù)個(gè)鈉離子和氯離子按照一定的規(guī)律排列,就構(gòu)成了我們看到的食鹽晶體。
離子鍵的特點(diǎn)是沒(méi)有方向性和飽和性。所謂沒(méi)有方向性,是因?yàn)殡x子是球形對(duì)稱(chēng)的,電荷也是球形對(duì)稱(chēng)分布的,所以它在各個(gè)方向上都能與帶相反電荷的離子產(chǎn)生靜電作用。沒(méi)有飽和性則意味著一個(gè)離子可以同時(shí)與多個(gè)帶相反電荷的離子相互吸引成鍵,比如在氯化鈉晶體中,一個(gè)鈉離子周?chē)梢酝瑫r(shí)吸引 6 個(gè)氯離子,一個(gè)氯離子周?chē)部梢酝瑫r(shí)吸引 6 個(gè)鈉離子。離子鍵的強(qiáng)弱會(huì)影響離子化合物的許多性質(zhì),如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)和溶解性等。一般來(lái)說(shuō),離子半徑越小,所帶電荷越多,離子鍵就越強(qiáng),相應(yīng)的離子化合物的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)也就越高。
2,共價(jià)鍵:電子共享的和諧之舞
共價(jià)鍵是原子間通過(guò)共用電子對(duì)而形成的相互作用,這就好像兩個(gè)原子 “手拉手”,共同分享電子,以達(dá)到更穩(wěn)定的狀態(tài)。共價(jià)鍵在非金屬原子之間最為常見(jiàn)。
還是以水分子(H?O)為例,氫原子最外層只有 1 個(gè)電子,它需要再得到 1 個(gè)電子才能達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu),而氧原子最外層有 6 個(gè)電子,需要得到 2 個(gè)電子才能穩(wěn)定。于是,兩個(gè)氫原子分別與一個(gè)氧原子通過(guò)共用電子對(duì)結(jié)合在一起。每個(gè)氫原子提供 1 個(gè)電子,氧原子提供 2 個(gè)電子,這樣就形成了兩對(duì)共用電子對(duì),使得氫原子和氧原子都達(dá)到了相對(duì)穩(wěn)定的電子層結(jié)構(gòu),從而形成了水分子。
共價(jià)鍵具有飽和性和方向性。飽和性是指一個(gè)原子有幾個(gè)未成對(duì)電子,便可以和幾個(gè)自旋方向相反的電子配對(duì)成鍵。例如,氫原子只有 1 個(gè)未成對(duì)電子,所以它只能與 1 個(gè)其他原子形成 1 個(gè)共價(jià)鍵,這就是為什么氫氣分子是 H?,而不是 H?。方向性則是由于形成共價(jià)鍵時(shí),電子云重疊的區(qū)域越大,形成的共價(jià)鍵越穩(wěn)定,所以電子云只能在一定的方向上發(fā)生重疊。比如在水分子中,氧原子的電子云是有特定空間取向的,氫原子與氧原子成鍵時(shí),必須沿著特定的方向與氧原子的電子云重疊,才能形成穩(wěn)定的共價(jià)鍵,這也決定了水分子具有特定的 V 形結(jié)構(gòu)。
共價(jià)鍵根據(jù)共用電子對(duì)的數(shù)目、是否偏移以及電子云重疊方式等又可以進(jìn)一步細(xì)分。按共用電子對(duì)的數(shù)目分,有單鍵(如 Cl—Cl)、雙鍵(如 C=C)、三鍵(如 N≡N、C≡C)等;按共用電子對(duì)是否偏移分類(lèi),有極性鍵(如 H—Cl,由于氫原子和氯原子吸引電子的能力不同,共用電子對(duì)偏向氯原子,使得氫原子一端略顯正電,氯原子一端略顯負(fù)電)和非極性鍵(如 Cl—Cl,兩個(gè)氯原子吸引電子的能力相同,共用電子對(duì)不偏移);按電子云重疊方式分,有 σ 鍵(電子云沿鍵軸方向,以 “頭碰頭” 方式成鍵,如 C—C)和 π 鍵(電子云沿鍵軸兩側(cè)方向,以 “肩并肩” 方式成鍵,如 C=C 中除了有一個(gè) σ 鍵,還有一個(gè) π 鍵,且 π 鍵的鍵能較?。?。
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