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什么是化学键?有哪些类型?


实验室k / 2019-04-30

       物质是由原子、分子或离子组成的,这些结构微粒靠着化学键、分子间力或氢键而结合在一起。由于结合力的性质不同,致使物质的种类繁多,性质也各异。

       物质分子或晶体里,直接相邻原子或离子之间存在的主要和强烈的相互作用叫做化学键。由于各元素原子的电子层结构不同,在形成分子或晶体时,由于它们之间的相互作用也不一样。因此化学键的类型也不同。主要有:
       (1)离子键
       离子键的静电吸引理论认为:相互化合的原子,有通过电子得失而达到稳定电子排布的倾向,得到的阴、阳离子间保持吸引和排斥间的平衡,构成离子键。离子键的特点是无方向性和饱和性。应当提醒的是,百分之百的离子键是没有的。单键的离子性百分数可由电负性差△X来估算,一般△X>1.7时就可认为形成了离子键(这时单键的离子性百分数超过50%)。由离子键可形成离子型化合物。从能量来看,离子化合物的形成使整个体系能量降低,因而离子化合物是稳定的。离子的电子层构型、离子半径以及离子电荷这三个特征,是影响离子型化合物各种性质的重要因素。
       (2)共价键
       对共价键的本质真正深入认识是从本世纪三十年代开始的。这是由于量子力学的理论应用到分子结构中才逐步形成现代共价键理论。现代共价键理论主要有两种:现代价键理论和分子轨道理论。
       现代价键理论(VB法)认为:当成键原子相互接近时,其自旋相反的成单电子相互配对,原子轨道发生重送,核间电子云密度加大,核间距减小,体系总能量降低,形成了稳定的共价键。共价键有饱和性和方向性,这是由成键原子所具有的成单电子数目和成键时要使轨道发生最大重迭所决定的。根据轨道重迭部分对键轴分布的对称性不同,可将共价键分为σ键和π键等。
       分子轨道理论(MO法)是从分子整体出发,把分子看成是一个多核的统一体。分子中每个电子都田绕着整个分子运动,分子中的电子也有不同的空间运动状态称分子轨道。有效分子轨道是由符合三条原则——最大重选、对称性匹配和能量相近的原子轨道组合而成的。一般说来有几条原子轨道就组成几条有效分子轨道,其中一半比原来的原子轨道能量低称为成键轨道,另一半比原来的原子轨道能量高称为反键轨道。成键和反键分子轨道按能量由低到高的顺序可以组成分子轨道能级图。对第一、二周期各元素,由于原子轨道能量不同,组成两种分子轨道能级图,一种是:
σ1s<σ1s*<σ2s<σ2s*<π2py~π2pz<σ2px<π2py*~π2pz*<σ2px*
适用于氮及氮以前元素组成的同核双原子分子。另一种是:
σ1s<σ1s*<σ2s<σ2s*<σ2px<π2py~π2pz<π2py*~π2pz*<σ2px*
适用于氧及氧以后元素组成的同核双原子分子。
       分子中的电子填入分子轨道仍然遵循能量最低原理、保里不相容原理和洪特规则。
       成键轨道电子总数减去反键轨道电子总数其值的一半叫做键级。键级越大、键能也越大、键长就短、键就越强,所组成的分子就越稳定。
       (3)金属键
       金属原子价电子较少(一般是一两个),易脱落电子成阳离子,在金属中脱落下的电子可以流动,阳离子又可以捕获电子变成原子。因此,金属中有自由电子,它们不停地在金属原子和离子间进行交换,产生静电作用,从而把金属原子(或离子)牢固地“胶合”在一起,构成金属键。这就是金属键的自由电子(或电子气)理论。因此,也可把金属键看作是一种共有化程度很高的、具有离域特征的共价键。但它没有饱和性和方向性。
       (4)配位键
       共价键的共用电子对是由两个成键原子的某一方提供而成的,叫配位键。
       配位键形成的条件:凡电子接受体有价层空轨道,电子给予体有孤电子对时,二者就可能形成配位键。它通常存在于一些简单分子或配合物中。

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