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化学键、离子键、共价键

元素周期表中的百余种元素是如何构成数量惊人的物质世界的？为何外观相似的盐和糖的性质会完全不同？我们将在原子结构的基础上，进一步认识原子在构成物质时不同的相互作用，并认识它们与物质性质之间的关联。

## 离子键

通常我们把物质中近邻的原子或离子之间存在的强相互作用称为**化学键**。

我们知道金属钠在氯气中燃烧生成氯化钠，现在可用学过的原子结构和元素性质的相关知识，来分析氯化钠的形成。

钠原子容易失去一个电子，而氯原子容易接受一个电子。当金属钠与氯气反应时，钠原子将电子给了氯原子，形成带一个正电荷的钠离子，最外层达到 8 电子稳定结构；氯原子接受一个电子，形成了带一个负电荷的氯离子，最外层也达到 8 电子稳定结构。于是带相反电荷的钠离子和氯离子通过静电作用结合在一起。这种正、负离子之间由于静电作用所形成的化学键称为**离子键**。

以离子键结合的化合物叫做离子化合物，通常第1、2族的活泼金属和第 16、17 族的活泼非金属间易形成离子化合物。像氯化钠这样的离子化合物在室温下是以晶体形式存在的，晶体中正、负离子按一定的规律在空间排列，并通过离子键结合在一起，其结构如图 4.26 所示。

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离子化合物的形成过程可用电子式来表示，例如，氯化钠的形成过程为：

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在离子化合物中存在离子键，像氯化钠这样的离子化合物有较高的熔点和沸点，硬度也较大。高温下，由于离子键被破坏，离子可以自由运动，故离子化合物受热熔化时可以导电。当离子化合物溶于水后，由于水分子作用，离子键也被破坏而形成自由移动的离子，故离子化合物溶于水也能导电。

离子半径 离子半径是描述离子大小的参数，取决于离子所带电荷、电子分布和晶体结构类型。当原子失去电子并形成正离子时，半径一般会变小；当原子获得电子并形成负离子时，半径一般会增大

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## 共价键
我们知道，两个氢原子可以结合成一个氢分子，两个氯原子可以结合成一个氯分子，一个氯原子和一个氢原子可以结合成一个氯化氢分子。那么，这些非金属元素原子之间又是怎样结合的呢？

氢和氯都属于非金属元素，氢原子最外层有 1 个电子，氯原子的最外层有 7 个电子。氢原子和氯原子分别要达到稳定的 2 电子和 8 电子稳定结构，都需要获得 1 个电子。由于氢原子、氯原子之间难以发生电子得失，唯有各自提供 1个电子形成共用电子对使氢原子和氯原子都达到稳定结构。

像氯化氢分子这样，原子间通过共用电子对所形成的化学键，叫做共价键。仅由共价键构成的化合物叫做共价化合物，例如，水、乙醇 $\left(\mathrm{C}_2 \mathrm{H}_6 \mathrm{O}\right)$ 、蔗糖 $\left(\mathrm{C}_{12} \mathrm{H}_{22} \mathrm{O}_{11}\right)$ 等都是共价化合物。

共价化合物的形成过程也可以用电子式表示，氯化氢的形成过程可表示为：

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 一般来说，一个原子中有几个可以共用的未成对电子，就可以形成几个共价键。例如，一个氧原子、氮原子和碳原子可以分别形成二、三、四个共价键，它们分别和氢原子结合成水分子、氨分子、甲烷分子等共价分子。在化学上常用一条短线来表示一对共用电子，因此，氯化氢分子也可以表示为：H—Cl，这种式子叫做**结构式**。
表4.8给出了几种常见分子的电子式和结构式。

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 #### 离子键和共价键的提出
1916 年，德国物理学家柯塞尔（W. Kossel，1888—1956）根据稀有气体元素原子的电子层结构具有高度稳定性的事实提出了离子键理论。他指出原子失去或获得电子变成正、负离子时，都使得原子结构中的电子处于最稳定状态，与原子序数相近的稀有气体元素原子具有相同的核外电子排布；它们之间靠离子键结合在一起而生成离子化合物。

1916 年，美国物理化学家路易斯（Gilbert Newton Lewis，1875—1946）提出共价键理论，指出原子间的价键可以通过原子间共享一对或多对电子来形成，每个原子外层的电子结构应和相近稀有气体元素原子所具有的最稳定电子层结构相同。

原子在结合形成共价键时，每个原子都有一个最大的成键数，结合原子的数目不是任意的。共价化合物分子中各原子间有一定的连接方式，共价键具有空间指向，所以共价键之间有夹角，因而分子有空间结构，常用球棍模型和空间填充模型来表示。例如，一个碳原子可以和四个氢原子结合形成甲烷分子，该分子具有正四面体结构，其球棍模型和空间填充模型如图4.28所示

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**分子间作用力**许多事实证明分子间存在将分子聚集在一起的作用力，这种作用力叫做分子间作用力。分子间作用力比化学键弱得多，它主要影响由分子所构成的物质的熔点、沸点和溶解性等。水的三态变化中的能量变化，就是因为水分子之间存在着分子间的相互作用力.

`例`在 $\mathrm{NH}_3 、 \mathrm{H}_2 \mathrm{O} 、 \mathrm{NaOH} 、 \mathrm{KCl}$ 中，哪些物质只含有离子键？哪些物质既含有离子键，又含有共价键？

解：非金属元素的原子之间形成的化学键通常是共价键，如 $\mathrm{Cl}_2 、 \mathrm{HF} 、 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}$ 等。活泼的金属元素与活泼的非金属元素的原子之间易形成离子键，如 $\mathrm{NaF} 、 \mathrm{NaCl} 、 \mathrm{CaBr}_2$ 等是典型的离子化合物。 NaOH也是离子化合物，因为它的原子团内部虽是共价键，但 $\mathrm{Na}^{+}$与 $\mathrm{OH}^{-}$之间的相互作用是离子键。
$\mathrm{NH}_3 、 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}$ 中 H 分别与 $\mathrm{N} 、 \mathrm{O}$ 以共价键结合。 NaOH 中 $\mathrm{Na}^{+}$与 $\mathrm{OH}^{-}$以离子键结合， $\mathrm{OH}^{-}$中 H 与 O 以共价键结合。 KCl 中 K 、 Cl 分别是活泼的金属元素和非金属元素， $\mathrm{K}^{+}$与 $\mathrm{Cl}^{-}$之间应以离子键结合。所以， KCl 中只含有离子键，而 NaOH 中既含有离子键，又含有共价键。

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