在化學(xué)的微觀世界里,原子們并不是孤立存在的,它們通過一種神奇的力量相互連接,形成了我們周圍千變?nèi)f化的物質(zhì),這種神奇的力量就是化學(xué)鍵。化學(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)鍵是原子核對電子的爭奪與共享的結(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,它們的電子云會發(fā)生相互作用。所有的化學(xué)鍵都是由于兩個或多個原子核對電子同時吸引,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,金屬原子往往會失去電子,形成帶正電的陽離子,而非金屬原子則會獲得電子,形成帶負(fù)電的陰離子。陰陽離子之間由于靜電引力相互吸引,從而形成了離子鍵。
以我們生活中常見的食鹽(氯化鈉,NaCl)為例,鈉原子最外層只有 1 個電子,它很容易失去這個電子,形成鈉離子(Na?),此時鈉離子的電子層結(jié)構(gòu)變得穩(wěn)定。而氯原子最外層有 7 個電子,它非常渴望得到 1 個電子,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強(qiáng)大的靜電引力相互吸引,形成了離子鍵,無數(shù)個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。
離子鍵的特點是沒有方向性和飽和性。所謂沒有方向性,是因為離子是球形對稱的,電荷也是球形對稱分布的,所以它在各個方向上都能與帶相反電荷的離子產(chǎn)生靜電作用。沒有飽和性則意味著一個離子可以同時與多個帶相反電荷的離子相互吸引成鍵,比如在氯化鈉晶體中,一個鈉離子周圍可以同時吸引 6 個氯離子,一個氯離子周圍也可以同時吸引 6 個鈉離子。離子鍵的強(qiáng)弱會影響離子化合物的許多性質(zhì),如熔點、沸點和溶解性等。一般來說,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和沸點也就越高。
2,共價鍵:電子共享的和諧之舞
共價鍵是原子間通過共用電子對而形成的相互作用,這就好像兩個原子 “手拉手”,共同分享電子,以達(dá)到更穩(wěn)定的狀態(tài)。共價鍵在非金屬原子之間最為常見。
還是以水分子(H?O)為例,氫原子最外層只有 1 個電子,它需要再得到 1 個電子才能達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu),而氧原子最外層有 6 個電子,需要得到 2 個電子才能穩(wěn)定。于是,兩個氫原子分別與一個氧原子通過共用電子對結(jié)合在一起。每個氫原子提供 1 個電子,氧原子提供 2 個電子,這樣就形成了兩對共用電子對,使得氫原子和氧原子都達(dá)到了相對穩(wěn)定的電子層結(jié)構(gòu),從而形成了水分子。
共價鍵具有飽和性和方向性。飽和性是指一個原子有幾個未成對電子,便可以和幾個自旋方向相反的電子配對成鍵。例如,氫原子只有 1 個未成對電子,所以它只能與 1 個其他原子形成 1 個共價鍵,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鍵時,電子云重疊的區(qū)域越大,形成的共價鍵越穩(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,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)定的共價鍵,這也決定了水分子具有特定的 V 形結(jié)構(gòu)。
共價鍵根據(jù)共用電子對的數(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;按共用電子對是否偏移分類,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,兩個氯原子吸引電子的能力相同,共用電子對不偏移);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 σ 鍵,還有一個 π 鍵,且 π 鍵的鍵能較小)。