化学键合——定义、规则、类型

化学键是在两个或多个原子、分子或离子之间形成化学键，从而形成化合物。这些化学键将生成的化合物中的原子结合在一起。

Chemical bonding is the attractive force that holds various constituents (atoms, ions, etc.) together and stabilizes them through the overall loss of energy. As a result, chemical compounds are dependent on the strength of the chemical bonds between their constituents; the stronger the bonding between the constituents, the more stable the resulting compound.

反之亦然：如果成分之间的化学键较弱，则生成的化合物将不稳定，很容易发生另一个反应，产生更稳定的化合物（包含更强的键）。原子试图失去能量以找到稳定性。当一种物质形式与另一种物质相互作用时，会对第一种物质施加力。当自然力具有吸引力时，能量就会减少。当自然力排斥时，能量增加。化学键是将两个原子结合在一起的吸引力。

化学键合理论

化学键的路易斯理论

1. 原子由两部分组成：带正电的内核（原子核加上内部电子）和外壳。
2. 外壳最多只能容纳八个电子。
3. 外壳的八个电子占据围绕“内核”的立方体的四个角。
4. 具有八位组构型的原子，即最外层有 8 个电子，代表一种稳定的构型。
5. 通过与其他原子形成化学键，原子可以实现这种稳定的构型。这种化学键可以通过获得或失去一个电子（NaCl、MgCl ₂ ）或在某些情况下通过共享一个电子（F ₂ ）来形成。
6. 通常，元素的化合价等于相应路易斯符号中的点数或 8 减去点数（或价电子）。

科塞尔的化学键理论

1. 高负电性卤素和高正电性碱金属被稀有气体分离。
2. 通过获得一个电子，卤素可以形成带负电荷的离子。另一方面，碱金属可以通过失去一个电子形成带正电的离子。
3. 这些带负电和带正电的离子在最外壳中具有 8 电子惰性气体构型。 ns2np6 代表惰性气体（氦除外）的一般电子配置。
4. 因为不同的电荷相互吸引，所以这些与带电粒子不同，它们通过强大的静电吸引力结合在一起。例如，MgCl ₂ 、镁离子和氯离子通过静电引力结合在一起。电价键是存在于两个带相反电荷的粒子之间的一种化学键。

法詹法则

Fajans 规则确定化学键是共价键还是离子键。 Kazimierz Fajans 于 1923 年首次讨论了离子键的部分共价特性。他当时能够使用 X 射线晶体学和离子和原子半径等属性来预测离子键或共价键。

化学键的类型

形成的化学键的强度和性质各不相同。原子或分子形成四种主要类型的化学键以形成化合物。这种类型的化学键是-

1. Ionic键
2. 共价键
3. 氢键
4. 极性键

Ionic键合

Ionic键是一种化学键，其中电子从一个原子或分子转移到另一个原子或分子。在这种情况下，一个原子失去了一个电子，然后另一个原子得到了这个电子。当发生这种电子转移时，其中一个原子获得负电荷并被称为阴离子。另一个原子获得正电荷并称为阳离子。离子键的强度由两个原子之间的电荷差异决定，即阳离子和阴离子之间的电荷差异越大，离子键越强。

共价键

共价键表示原子之间的电子交换。这种类型的化学键在碳化合物（也称为有机化合物）中很常见。两个原子共享的电子现在围绕原子核延伸，从而形成一个分子。

Polar Covalent Bonding: In nature, covalent bonds can be either polar or non-polar. Electrons are shared unequally in Polar Covalent chemical bonding because the more electronegative atom pulls the electron pair closer to itself and away from the less electronegative atom. Water is a good example of a polar molecule. Because of the uneven spacing of the electrons between the atoms, there is a difference in charge in different areas of the atom. One end of the molecule is partially positively charged, while the other is partially negatively charged.

氢键

氢键是比离子键和共价键更弱的化学键形式。它是氧和氢之间的一种极性共价键，其中氢获得部分正电荷。这意味着电子被拉近更接近负电性氧原子。这导致氢被任何相邻原子的负电荷吸引。这种类型的化学键被称为氢键，它是水的许多特性的原因。

示例问题

问题1：原子为什么会发生反应？

回答：

Atoms with eight electrons in their final orbit are stable and do not react. Atoms with fewer than eight electrons react with other atoms to gain eight electrons in their outermost orbit and thus become stable.

问题2：原子如何反应？

回答：

Atoms in their final orbit with eight electrons are stable and do not react. Atoms with fewer than eight electrons react with other atoms, gaining eight electrons in their outermost orbit and becoming stable.

问题 3：使原子反应在一起的力是什么？

回答：

Because the outer orbitals of atoms overlap in metals, the electrons present in them do not belong to any specific atom, but rather flow over to all atoms and bind them all together (metallic bonding). Atoms that lose and gain electrons combine to form ions, which are held together by electrostatic forces of attraction (Ionic Bond). When atoms give and share electrons equally, the shared electrons serve as a unifying force between them (covalent bond).

问题4：什么是杂化轨道？

回答：

Relatively similar energy sub-orbitals can combine to generate a new set of the same number of orbitals, with all contributing orbitals having the feature of proportionality. They are called hybridized orbitals.

问题5：为什么氧分子是顺磁性的？

回答：

The oxygen molecule is formed when an oxygen atom shares two electrons with another oxygen atom. The oxygen molecule is paramagnetic, indicating that it contains unpaired electrons. To explain this, a molecular orbital theory has been proposed. According to this theory, atoms lose their orbitals and instead form an equal number of orbitals that cover the entire molecule, giving rise to the term molecular orbital. The filling of these orbitals in increasing energy order results in unpaired electrons, which explains the paramagnetic behaviour of the oxygen molecule.