化学键(一)

官方化学老师·12 页·深入(追求细节与边界)·0 次浏览·3 天前
化学键离子键共价键金属键

化学键(一)

从电子转移与共享出发,搞懂离子键、共价键、金属键的形成本质与判定边界

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化学键离子键共价键金属键

化学键(一)

从电子转移与共享出发,搞懂离子键、共价键、金属键的形成本质与判定边界

1第 1 页 · 化学键(一)

用电子式表示离子化合物和

前页我们说原子之间通过电子作用形成化学键,但电子看不见,怎么把结合过程画明白?化学家用小黑点表示最外层电子,画出原子、离子、分子形成的式子——这就是电子式。

电子式:原子的简笔画
用·或×标出原子最外层电子,画出原子或原子之间结合的式子
离子化合物:标[]与电荷
电子转移后阴离子用[]括起并标电荷,阴阳离子均达8电子稳定结构
共价化合物:共用对画中间
共享电子对画在两原子正中,不加[]不标电荷,整体电中性
形成过程:用箭头不用等号
反应物→产物,强调电子转移或共用方向,不可写成A=B
买卖过户 vs 合用签字对应 →离子 vs 共价电子式差异

过户要给新房主加[]标户名;合用就在两人中间签字,不加[]也不写户名

2第 2 页 · 用电子式表示离子化合物和

判断化学键类型(离子键、

上页画电子式能看出电子「转移」还是「共用」——区分了离子化合物与共价化合物。但共用的电子对偏不偏向?偏向谁?这需要再细化到极性键与非极性键。

离子键
活泼金属与活泼非金属之间,电子完全转移;电负性差通常 > 1.7
共价键
非金属原子之间,电子形成共用电子对(不发生完全转移)
极性键
不同种原子形成共价键,电子对偏向电负性更大的一方,如 H—Cl
非极性键
同种原子形成共价键,电子对不偏移,如 H—H、Cl—Cl
两人合提一袋米对应 →共价键电子对的偏向

非极性键:两人等力米袋居中;极性键:一方力大米袋被拽偏

3第 3 页 · 判断化学键类型(离子键、

化学键

前面我们提到了化学键这个概念,但究竟什么是化学键?为什么原子非要'绑'在一起?今天我们把它拆开来看——本质、动因、能量、类型四件事。

本质定义
相邻原子(或离子)之间的强烈相互作用,本质是核与电子的吸引与核间、电子间排斥的平衡
形成动因
原子倾向达到稳定电子构型(最外层 2 或 8 电子),成键后体系能量更低
能量视角
形成化学键放热,断裂化学键吸热;键能越大,键越牢固
三大类型
离子键、共价键、金属键,差别在于电子是被转移还是共用
两个人手拉手站稳对应 →原子通过化学键结合

独自站立各重心独立,手拉成整体后重心分布更稳——成键让原子整体能量降低

4第 4 页 · 化学键

离子键

上页我们用电子式画出了 NaCl——钠旁边一个 '+',氯旁边一个 '−'。这两个符号哪来的?为什么它们要紧紧贴在一起?这就要说到「离子键」。

本质:静电作用
阴、阳离子之间的电性吸引力,本质是库仑力,没有方向、没有饱和
形成过程:电子转移
活泼金属原子失电子成阳离子,活泼非金属原子得电子成阴离子
形成条件
一般发生在电负性差异大的原子之间:活泼金属 + 活泼非金属
典型实例
NaCl、MgO、CaF₂ 等由金属与非金属(或原子团)组成的化合物
磁铁正负极相吸对应 →离子键的静电吸引

阳离子像 N 极、阴离子像 S 极,靠电力(不是磁力)把彼此拉紧

5第 5 页 · 离子键

离子化合物

上页我们讲了离子键——正负离子之间的静电作用。但一对 Na⁺ 和 Cl⁻ 还只是一个化学式,真实物质里无数对正负离子在空间有序排列,就构成了离子化合物。

离子化合物的定义
由阴、阳离子通过离子键结合而成的化合物,主体键型为离子键
成键规律
活泼金属失电子、活泼非金属得电子形成阴阳离子(Na、Mg、Al;O、Cl)
微结构与性质
室温下为离子晶体;熔沸点高、硬而脆、固态不导电、熔融或水溶液导电
含原子团的边界
NH4⁺、OH⁻、SO4²⁻ 等内部共价键、整体与异号离子以离子键结合
典型应用
NaCl(食盐)、CaO(建材)、NaOH(化工)、NaHCO₃(食品)
正负磁铁相吸对应 →阴阳离子靠离子键结合

异性相吸形成稳定结构;离子键是真化学键,比磁铁结合更牢固

晶格能z+zr++r\text{晶格能} \propto \frac{|z^+ \cdot z^-|}{r_+ + r_-}
6第 6 页 · 离子化合物

共价键

离子键里,强的把弱者的电子「抢」走。但两个非金属原子电负性差不多,谁也抢不过谁——它们选择共享电子。这条路,就是共价键。

定义
原子间通过共用一对或多对电子形成的化学键,本质是电子云叠加而非转移
极性键
不同原子间共用电子对,电子云偏向电负性大的一方,如 H—Cl
非极性键
同种原子间共用电子对,电子云不偏移,如 H—H、Cl—Cl
方向与饱和
共价键有方向性;一个原子能形成的共价键数有上限(由价电子数决定)
键能/键长
拆开1mol该键所需能量为键能;两原子核平衡距离为键长;均可查表
两人共撑一把伞对应 →共用电子对

伞各撑半边,对应两原子各贡献电子共用;缺一方便失衡

Δχ=χAχB; Δχ>1.7 偏离子键, Δχ0 非极性键\Delta\chi = |\chi_A - \chi_B|;\ \Delta\chi > 1.7\text{ 偏离子键},\ \Delta\chi \approx 0\text{ 非极性键}
7第 7 页 · 共价键

共价化合物

上页讲到,两个非金属原子相遇,谁都不肯把电子彻底交出去——它们选择「共享」电子对。把这种共享关系形成的化合物梳理一下,就是共价化合物。

成键本质
原子间通过共用电子对结合形成的化合物
组成元素
一般由非金属元素组成;可不同种也可同种非金属
物理性质
一般熔沸点较低,固态/熔融不导电;部分溶于水可电离
边界提醒
原子晶体如 SiO₂、金刚石熔点极高,是典型例外
两人合租一套房对应 →共价化合物

各自保留「资源」所有权(电子),但共用某些东西(共用电子对)——产权没有转移

8第 8 页 · 共价化合物

非极性共价键

前页水分子里电子对偏向 O 那一边——那是极性。但两个完全相同的原子成键时,电子对谁也不偏向——这就是非极性共价键。

同种原子成键
两原子为同种元素时形成共用电子对
电子对等共享
共用电子对均匀分布在两原子之间,不偏向任一方
判据:电负性差
两原子电负性差为0时,电子对不发生偏移
典型实例
H₂、Cl₂、O₂、N₂ 等单质分子,以及金刚石中 C—C 键
两人平均分蛋糕对应 →电子对等共享

蛋糕对半切各得一份,电子对也这样平均分给两原子

9第 9 页 · 非极性共价键

极性共价键

非极性共价键里电子对是「公平共有」,但现实中更常见的是「不公平」——HCl 中共用电子对明显偏向 Cl 一侧。这种偏向型共价键,就是极性共价键。

定义
不同种原子形成共价键时,共用电子对偏向电负性较大的一方
关键:电负性差
电负性差是判断依据,差值越大,电子偏移越显著,键极性越强
极性的表现
键有方向性,正负电荷中心不重合,一端呈 δ+,另一端呈 δ−
典型实例
HCl、H₂O、NH₃ 中的 H—Cl、O—H、N—H 键皆为极性共价键
边界
电负性差 <0.4 倾向非极性,>1.7 倾向离子键,介于其间为极性共价键
拔河两人力气不等对应 →共用电子对偏向

双方都拉绳(共用电子对),力气大的一侧把绳中点拉向自己

10第 10 页 · 极性共价键

本节要点

  • 成键本质:原子通过得失或共用电子趋向稳定结构
  • 区分键型看作用方式——转移为离子键,共用为共价键
  • 极性键看电负性差,不取决于是否同种元素
  • 离子化合物含阴阳离子,共价化合物由分子构成
  • 电子式书写:所有价电子标出,离子标电荷并加方括号
延伸主题:分子间作用力与氢键键参数:键能、键长、键角配位键与配合物
11第 11 页 · 本节要点

课后思考

先独立想几分钟,再对照参考答案,看自己卡在哪一步。

1离子键和共价键的根本区别是什么?为什么有的原子愿意"给出"电子,有的却选择"共用"?

参考答案离子键是电子的彻底转移,共价键是电子的共用。关键看电负性差:差大则一方"拉走"电子(离子键),差小则双方"共享"(共价键)。

2NaOH 中既有离子键又有共价键,你能指出哪些位置是离子键、哪些是共价键吗?

参考答案Na⁺ 与 OH⁻ 之间是离子键;OH⁻ 内部 O—H 之间是共价键。判断口诀:金属阳离子(或铵根)与阴离子之间是离子键,非金属原子之间多为共价键。

3极性共价键和离子键之间有绝对的"分界线"吗?HCl 溶于水变成离子后还算共价化合物吗?

参考答案没有绝对分界线。电负性差越大,键的离子性越强,共价键可视作"不完全的转移"。HCl 分子本身仍是共价化合物,电离只改变它在溶液中的存在形式,不改变分子内键的类型。

12第 12 页 · 课后思考