什么是化学键？

要拉伸固体，就必须供给能量，以克服微粒之间强吸引力而使微粒移动。所提供的能量形式可以是机械能，也可以是热能。

构成分子的原子也是难于彼此分离的，因此，将分子分解成原子也必须施加能量。由此可见，分子中的原子之间肯定有吸引力存在。

将微粒——固体中的离子或原子，分子中的原子——结合在一起的力称为化学键。为了了解化学键存在的原因，我们再看一下原子的结构。

当原子相互接近时，是其最外部分发生相互作用。根据此种发生的相互作用即可说明化学键是怎样形成的。

原子中的电子

假定原子是由一个很小的带正电荷的密实原子核和一个绕核含有带负电荷的电子空间所组成。实验证明，电子是以一定的形式排列的，即排列在距原子核不同距离的称为能级的“电子壳层”上。象氢这样非常简单的原子，只有一个被电子占据的能级；但象钠和氯这样

表  60.1

比较复杂的原子，则有数个能级（见图60.1）。

位于不同能级上的电子，其能量不同，但位于同一能级上的电子，其能量基本相同（虽然并不总是完全相同）。电子和原子核之间有吸引力存在。

对任何一种原子来说，其总电子数以及其最外层能量上的电子数（外层电子）都是已知的。表60.1列出了元素周期表中前二十种元素的有关这方面的数值。

当元素按照其原子序数排列时（见图60.2），其外层电子数有一定的形式。

元素的性质是由其原子中的外层电子数决定的，因为正是这些电子使元素之间产生了化学键（见下面）。所以，锂、钠和钾有着类似的性质，因为它们都只有一个外层电子；氟、氯的性质与碱金属的性质有着很大的差异，因为它们具有不同的外层电子数；但氟、氯的性质非常相似，因为它们具有相同的外层电子数（7）。

因此在周期表中，元素按族排列的方式是其原子中的外层电子数随原子序数而呈规则变化的结果。

对许多元素来说，其原子中的外层电子数和元素在周期表中所处的族数相等。

离子之间的化学键

当钠和氯发生反应生成氯化钠（Na⁺Cl^-）时，每个钠原子必须失去一个电子以形成钠离子，而每个氯离子必须获得一个电子以形成氯离子。在这些原子和离子中的电子数见表60.2。

表60.3列出了惰性气体原子中的总电子数和外层电子数。很明显，钠离子和氖原子、氯离子和氩原子具有相同的电子数。

很难将氯化钠分解成其元素。换句话说，也就是很难将钠离子转变成钠原子，和将氯离子转变为氯原子。氖和氩也一定是非常稳定的，因为它们属于非常不活泼的元素之列，称为惰性气体。因此，钠

表60.2

表60.3

离子和氯离子也是非常稳定的，因为它们分别具有和氖原子和氩原子相同的电子数。

图60.3 所示为钠原子和氯原子如何形成钠离子和氯离子的一种描述方法。每个钠原子失去一个电子，并传给氯原子。

在固体氯化钠中，每个钠离子都被氯离子所包围，每个氯离子也都被钠离子所包围（见图60.4）。所以邻近的离子因带有相反的电荷而相互吸引。这种带相反电荷离子之间的强静电吸引力称为离子键。在氯化钠晶体中，这种吸引力贯穿于整个晶体结构。

原子之间的化学键

在所有分子中，氢分子（H₂）最为简单。一个氢原子有一个质子和一个电子。当氢原子结合成氢分子时，这两个电子将发生变化。图60.5即表明了一种描述该变化的方法。

当两个原子相距很远时，电子仅受到各自原子所含质子的吸引。当原子相距较近时，每一个电子同时受到两个质子的吸引，而两个电子以及两个质子却相互排斥。

当原子相距足够近时，就形成了牢固的化学键。电子出现机率最大的区域就是电子同时受到两个质子的吸引力最强的区域。该区域是图60.5中的影线部分。

还可用另外一种方法来讨论氢原子之间的化学键：这两个原子都力图获得与氦原子相同的电子数。它们可以从对方得到一个额外的电子。但这两个原子都不可能完全控制两个电子。相反只能共同享有位于其间的两个电子（见图60.6）。

此时，尽管这对电子是共有的，但实际上两个原子都有两个外层电子。

由于两个原子核吸引并与之结合的是同一共有电子对，因此原子结合成分子。上述两种方法（图60.5和图60.6）描绘出的氢分子的图形相似。

要把氢分子分解成原子是非常困难的，这不仅因为原子之间的化学键很牢固，而且因为分子中的原子具有和氦原子相同的电子数，而惰性气体原子的电子排列是非常稳定的。

原子之间的这种化学键叫做共价键。共价键和离子键之间的区别，前者是由原子间的共有电子对形成的而不是从一个原子将一个或数个电子转移到另一个原子上。

这种区别类似于两家公司合并（共有）与一家公司接管另一家公司（转移）之间的区别（见图60.7）。在合并中，每家公司都被看作拥有另一家公司，正象共价键中每个原子都被看作拥有原子之间的共有电子对一样。

注：在本图中，由于所有内层电子并不参与形成共价键，故将其省略

化合物分子中的原子也是由共价键结合在一起的。图60.8表明了水、氨和甲烷等分子外层电子的排列情况。在图示各种例子中，因为其它电子（内层电子）并不参与形成共价键，故将其省略。

习题

1.试举两个简单的例子，说明离子键和共价键之间的区别。

2.为什么说氯化钠分子是错误的？应该怎样说？

3.图60.9表明（a）氯化镁，（b）氯分子是怎样形成的。在图示各种例子中，说明物质中存在着何种化学键，并解释其形成过程。