2018-01-30 00:23:55

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化学键(chemical bond)是纯净物分子内或晶体内相邻两个或多个原子(或离子)间强烈的相互作用力的统称。使离子相结合或原子相结合的作用力通称为化学键。

离子键共价键金属键各自有不同的成因,离子键是通过原子间电子转移,形成正负离子,由静电作用形成的。共价键的成因较为复杂,路易斯理论认为,共价键是通过原子间共用一对或多对电子形成的,其他的解释还有价键理论,价层电子互斥理论,分子轨道理论和杂化轨道理论等。金属键是一种改性的共价键,它是由多个原子共用一些自由流动的电子形成的。

基本信息

  • 中文名

    化学键

  • 外文名

    chemical bond

折叠 编辑本段 分类

在一个水分子中2个氢原子和1个氧原子就是通过化学键结合成水分子。由于原子核带正电,电子带负电,所以我们可以说,所有的化学键都是由两个或多个原子核对电子同时吸引的结果所形成。化学键有3种类型 ,即离子键、共价键金属键(氢键不是化学键,它是分子间力的一种)。

折叠 编辑本段 内容

折叠 离子键(ionicbond)

带相反电荷离子之间的互相作用叫做离子键,成键的本质是阴阳离子间的静电作用。两个原子间的电负性相差极大时,一般是金属与非金属。例如氯和钠以离子键结合成氯化钠。电负性大的氯会从电负性小的钠抢走一个电子,以符合八隅体。之后氯会以-1价的方式存在,而钠则以+1价的方式存在,两者再以库仑静电力因正负相吸而结合在一起,因此也有人说离子键是金属与非金属结合用的键结方式。而离子键可以延伸,所以并无分子结构。[1]

离子键亦有强弱之分。其强弱影响该离子化合物的熔点、沸点和溶解性等性质。离子键越强,其熔点越高。离子半径越小或所带电荷越多,阴、阳离子间的作用就越强。例如钠离子的微粒半径比钾离子的微粒半径小,则氯化钠NaCl中的离子键较氯化钾KCl中的离子键强,所以氯化钠的熔点比氯化钾的高。

定义:离子键是由正负离子之间通过静电作用而形成的,正负离子为球形或者近似球形,电荷球形对称分布,那么离子键就可以在各个方向上发生静电作用,因此是没有方向性的。

离子键概念:带相反电荷离子之间的相互作用称为离子键。

成键微粒:阴离子阳离子

成键本质:静电作用。静电作用包括阴、阳离子间的静电吸引作用和电子与电子之间、原子核与原子核之间的静电排斥作用。(一吸,两斥)

成键原因:①原子相互得失电子形成稳定的阴、阳离子。②离子间吸引与排斥处于平衡状态。③体系的总能量降低。

存在范围:离子键存在于大多数强碱、盐及金属氧化物中。

一个离子可以同时与多个带相反电荷的离子互相吸引成键,虽然在离子晶体中,一个离子只能与几个带相反电荷的离子直接作用(如NaCl中Na+可以与6个Cl-直接作用),但是这是由于空间因素造成的。在距离较远的地方,同样有比较弱的作用存在,因此是没有饱和性的。化学键的概念是在总结长期实践经验的基础上建立和发展起来的,用来概括观察到的大量化学事实,特别是用来说明原子为何以一定的比例结合成具有确定几何形状的、相对稳定和相对独立的、性质与其组成原子完全不同的分子。开始时,人们在相互结合的两个原子之间画一根短线作为化学键的符号 ;电子发现以后 ,1916年G.N.路易斯提出通过填满电子稳定壳层形成离子和离子键或者通过两个原子共有一对电子形成共价键的概念,建立化学键的电子理论。

量子理论建立以后,1927年 W.H.海特勒和F.W.伦敦通过氢分子的量子力学处理,说明了氢分子稳定存在的原因 ,原则上阐明了化学键的本质。通过以后许多人 ,特别是L.C.鲍林和R.S.马利肯的工作,化学键的理论解释已日趋完善。

化学键在本质上是电性的,原子在形成分子时,外层电子发生了重新分布(转移共用偏移等),从而产生了正、负电性间的强烈作用力。但这种电性作用的方式和程度有所不同,所以又可将化学键分为离子键、共价键和金属键等。离子键是原子得失电子后生成的阴阳离子之间靠静电作用而形成的化学键。离子键的本质是静电作用。由于静电引力没有方向性,阴阳离子之间的作用可在任何方向上,离子键没有方向性。只要条件允许,阳离子周围可以尽可能多的吸引阴离子,反之亦然,离子键没有饱和性。不同的阴离子和阳离子的半径、电性不同,所形成的晶体空间点阵并不相同。

折叠 共价键(covalentbond)

1.共价键是原子间通过共用电子对(电子云重叠)而形成的相互作用。形成重叠电子云的电子在所有成键的原子周围运动。一个原子有几个未成对电子,便可以和几个自旋方向相反的电子配对成键,共价键饱和性的产生是由于电子云重叠(电子配对)时仍然遵循泡利不相容原理。电子云重叠只能在一定的方向上发生重叠,而不能随意发生重叠。共价键方向性的产生是由于形成共价键时,电子云重叠的区域越大,形成的共价键越稳定,所以,形成共价键时总是沿着电子云重叠程度最大的方向形成(这就是最大重叠原理)。共价键有饱和性和方向性。

2.原子通过共用电子对形成共价键后,体系总能量降低。

共价键的形成是成键电子的原子轨道发生重叠,并且要使共价键稳定,必须重叠部分最大。由于除了s轨道之外,其他轨道都有一定伸展方向,因此成键时除了s-s的σ键(如H2)在任何方向都能最大重叠外,其他轨道所成的键都只有沿着一定方向才能达到最大重叠。 共价键的分类

共价键有不同的分类方法。

(1) 按共用电子对的数目分,有单键(Cl-Cl)、双键(C=C)、三键(N≡N,C≡C)等。

(2) 按共用电子对是否偏移分类,有极性键(H-Cl)和非极性键(Cl-Cl)。

(3) 按提供电子对的方式分类,有正常的共价键和配位键(共用电子对由一方提供,另一方提供空轨道。

如铵根离子中的N-H键中有一个属于配位键)。

(4) 按电子云重叠方式分,有σ键(电子云沿键轴方向,以"头碰头"方式成键。如C-C。)和π键(电子云沿键轴两侧方向,以"肩并肩"方向成键。如C=C中键能较小的键.C=C中有一个σ键与一个π键。)等

3.旧理论:共价键形成的条件是原子中必须有成单电子,自旋方向必须相反,由于一个原子的一个成单电子只能与另一个成单电子配对,因此共价键有饱和性。如H原子与Cl原子形成HCl分子后,不能再与另外一个Cl形成HCl2了。

4.新理论:共价键形成时,成键电子所在的原子轨道发生重叠并分裂,成键电子填入能量较低的轨道即成键轨道。如果还有其他的原子参与成键的话,其所提供的电子将会填入能量较高的反键轨道,形成的分子也将不稳定。 像HCl这样的共用电子对形成分子的化合物叫做共价化合物

折叠 化合物分类

1.离子化合物:由阳离子和阴离子构成的化合物原子之间依靠化学键组成有机小分子原子之间依靠化学键组成有机小分子

大部分盐(包括所有铵盐),强碱,大部分金属氧化物,金属氢化物。 活泼的金属元素与活泼非金属元素形成的化合物中不一定都是以离子键结合的,如AICI3、FeCl3、BeCl2等不是通过离子键结合的。非金属元素之间也可形成离子化合物,如铵盐都是离子化合物。

2.共价化合物:主要以共价键结合形成的化合物,叫做共价化合物。

非金属氧化物,酸,弱碱,少部分盐,非金属氢化物。

3.在离子化合物中一定含有离子键,可能含有共价键。在共价化合物中一定不存在离子键。

折叠 金属键

1.概述:化学键的一种,主要在金属中存在。由自由电子及排列成晶格状的金属离子之间的静电吸引力组合而成。由于电子的自由运动,金属键没有固定的方向,因而是非极性键。金属键有金属的很多特性。例如一般金属的熔点、沸点随金属键的强度而升高。其强弱通常与金属离子半径逆相关,与金属内部自由电子密度成正相关(便可粗略看成与原子外围电子数成正相关)。

2.改性共价键理论:在金属晶体中,自由电子作穿梭运动,它不专属于某个金属离子而为整个金属晶体所共有。这些自由电子与全部金属离子相互作用,从而形成某种结合,这种作用称为金属键。由于金属只有少数价电子能用于成键,金属在形成晶体时,倾向于构成极为紧密的结构,使每个原子都有尽可能多的相邻原子(金属晶体一般都具有高配位数和紧密堆积结构),这样,电子能级可以得到尽可能多的重叠,从而形成金属键。上述假设模型叫做金属的自由电子模型,称为改性共价键理论。这一理论是1900年德鲁德(drude)等人为解释金属的导电、导热性能所提出的一种假设。这种理论先后经过洛伦茨(Lorentz,1904)和佐默费尔德(Sommerfeld,1928)等人的改进和发展,对金属的许多重要性质都给予了一定的解释。但是,由于金属的自由电子模型过于简单化,不能解释金属晶体为什么有结合力,也不能解释金属晶体为什么有导体绝缘体和半导体之分。随着科学和生产的发展,主要是量子理论的发展,建立了能带理论

折叠 定域键

只存在于两个原子之间的共价键。只包含定域键的多原子分子可以看成是由相对独立的两个原子之间的化学键把原子连接起来形成的,这是忽略了相邻化学键的影响,而把描述双原子分子中化学键的方法用到多原子分子的定域键上。如乙烯中有一个C-C和四个C-H σ键、一个C-C π键。定域键具有比较恒定的键性质。例如一定类型定域键的键长、键偶极矩、键极化度、键力常数、键能等在不同分子中近似保持不变。因此,分子的有关广延性质可近似表示为相应的键性质之和。定域键的这种特点在化学中得到广泛的应用,例如从键能计算分子的原子化能近似值。这种模型较好地反映了由键上电子云所确定的分子性质如键能键长键角、键偶极、键极化度等。 这种围绕两个原子的分子轨道成为定域轨道

折叠 极性键

在化合物分子中,不同种原子形成的共价键,由于两个原子吸引电子的能力不同,共用电子对必然偏向吸引电子能力较强的原子一方,因而吸引电子能力较弱的原子一方相对的显正电性。这样的共价键叫做极性共价键,简称极性键。

举例:HCl分子中的H-Cl键属于极性键

有一个简单的判断极性键与非极性键的方法,比较形成该化合物中各原子的原子量,一般来说,相对原子质量越大的原子吸引电子能力更强。但是要注意,有极性键构成的化合物,不一定是极性化合物,例如甲烷,它就是有极性键的非极性分子(原因是正负电荷中心重合)。

折叠 非极性键

由同种元素的原子间形成的共价键,叫做非极性共价键。同种原子吸引共用电子对的能力相等,成键电子对匀称地分布在两核之间,不偏向任何一个原子,成键的原子都不显电性。非极性键可存在于单质分子中(如H2中H-H键、O2中O=O键、N2中N≡N键),也可以存在于化合物分子中(如C2H2中的C-C键)。非极性键的键偶极矩为0。以非极性键结合形成的分子都是非极性分子。存在于非极性分子中的键并非都是非极性键,如果一个多原子分子在空间结构上的正电荷几何中心和负电荷几何中心重合,那么即使它由极性键组成,那么它也是非极性分子。由非极性键结合形成的晶体可以是原子晶体,也可以是混合型晶体分子晶体。例如,碳单质有三类同素异形体:依靠C-C非极性键可以形成正四面体骨架型金刚石(原子晶体)、层型石墨(混合型晶体),也可以形成球型碳分子富勒烯C60(分子晶体)。

举例:Cl2分子中的Cl-Cl键属于非极性键

折叠 配位键

又称配位共价键,是一种特殊的共价键。当共价键中共用的电子对是由其中一原子独自供应时,就称配位键。配位键形成后,就与一般共价键无异。成键的两原子间共享的两个电子不是由两原子各提供一个,而是来自一个原子。例如氨和三氟化硼可以形成配位化合物:图片式中→表示配位键。在F和B之间的一对电子来自N原子上的孤对电子

折叠 编辑本段 泡利原理

泡利原理发现:高分辨光谱事实揭示核外电子除空间运动外,还存在着一种奇特的量子化运动,人们称其为自旋运动,用自旋磁量子数(spin m.q.n)表示。这个原理由泡利首先提出。

泡利不相容原理内容:每个轨道最多可以容纳两个自旋相反的电子,常用"↑↓"来表示。

原子核也可以存在净自旋。由于热平衡,通常这些原子核都是随机朝向的。但对于一些特定元素,例如氙-129,一部分核自旋也是可能被极化的,这个状态被叫做超极化,在核磁共振成像中有很重要的应用。

折叠 编辑本段 洪特规则

洪特规则内容:当电子排布在同一能级的不同轨道时,基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道,且自旋状态相同。这个规则由洪特首先提出,称为洪特规则。

基态原子的电子排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则。用构造原理得到的电子排布式给出了基态原子核外电子在能层和能级中的排布,而电子排布图还给出了电子在原子轨道中的排布。另外,我们通常所说的电子排布指的是基态原子的电子排布。

对于同一个电子亚层,当电子排布处于

全满(s^2.p^6.d^10.f^14)

半满(s^1.p^3.d^5.f^7)

全空(s^0、p^0、d^0、f^0)

时比较稳定。

第二,第五主族的第一电离能大于于之相邻的主族

折叠 编辑本段 键合距离

键合距离是指两个或以上的原子核之间形成化学键所必需的最短距离。

参考资料

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