产生化学键的原因是什么？
稀有气体在化学上是惰性的，它们的电子排列非常稳定，可以防止最外层的电子参与化学反应。在惰性气体原子的最外层，有八个电子。在一种惰性气体氦的情况下，最外层电子的数量只有两个。因为世界上的一切都在努力变得更加稳定。原子的稳定性需要拥有惰性气体的电子构型。因此，化学键合的最常见原因之一就是这个。正离子和负离子的形成以及化学键合的其他原因将在下面进一步介绍。
化学键合的原因
原子结合形成惰性气体电子构型，使原子更稳定。换句话说，原子通过获得惰性气体电子构型来产生化学键以获得稳定性。结果，当原子结合形成化学键时，每个原子在最外层接收 8 个电子，在 K 层接收 2 个电子。结果，在其最外层的所有原子趋向于实现8电子或2电子的惰性气体电子构型（在K壳中）并且变得更加稳定。原子可以通过以下三种方式之一获得惰性气体电子排列
- 通过失去一个或多个电子给另一个原子。
- 通过从另一个原子获得一个或多个电子。
- 通过与另一个原子共享一个或多个电子。
金属和非金属之间会发生化学反应，其中惰性气体电子排列是通过原子之间电子的损失和获得来实现的。通过在原子之间共享电子来获得惰性气体电子排列的化学过程发生在非金属和非金属之间。为了理解金属和非金属之间的反应，理解“离子”一词的定义以及它们是如何产生的至关重要。
什么是离子？
带电原子或原子集合称为离子。向中性原子或分子添加电子，或从中性原子或分子中去除电子，会产生离子。当原子失去或获得电子时会产生离子，从而导致电子或质子的数量不均匀。阳离子和阴离子是两种不同类型的离子。
- 阳离子-带正电的离子称为阳离子。当一个原子失去一个或多个电子时，它就会形成一个阳离子。由于阳离子是通过从原子中去除电子而产生的，因此阳离子比普通原子或中性原子具有更少的电子。中性原子中的质子数和电子数相等。阳离子是所有金属元素的离子。由非金属产生的唯一阳离子是氢和铵。例如，钠原子失去一个电子以产生钠离子 Na + ，它是一种阳离子。
Na - e - → Na +
(钠原子) (电子) (钠离子)
- 阴离子-阴离子是带负电荷的离子。当原子获得一个或多个电子时，就会产生阴离子。阴离子比典型的原子或中性原子具有更多的电子，因为它是通过向原子添加电子而产生的。中性原子中的质子数和电子数相等。阴离子比质子包含更多的电子，因为它是通过向原子添加一个或多个电子而产生的。除氢离子和铵离子外，所有非金属离子均为阴离子。当氯原子得到一个电子并变成氯离子 Cl -时，就会形成阴离子。
氯 + e - →氯-
(氯原子) (电子) (氯离子)
正离子的形成
如果元素的最外层有 1、2 或 3 个电子，它会失去这些电子，从而获得 8 个最外层（或价）电子的惰性气体电子排列，从而产生带正电的离子，称为阳离子。由于能量限制，不可能向一个原子添加 7、6 或 5 个电子。既然金属原子的最外层有一个、两个或三个电子，它就会失去电子以产生带正电的离子或阳离子。转移其最外层电子以产生正离子的金属包括钠、锂、镁和钾等。
A cation with unit positive charge is formed when an atom with one electron in its outermost shell loses one electron. A cation with two units of positive charge is formed when an atom loses two electrons from its outermost shell. A cation with three units of positive charge is formed when an atom loses three electrons from its outermost shell.
钠和镁离子的形成将在下面进一步详细解释。
- 钠离子的形成：钠的原子序数为 11。因此，钠的电子排布为 2、8、1。钠在其最外层（M 壳）中拥有一个电子这一事实是不言而喻的。这不是一个稳定的电子构型。稳定排列的最外层通常包括 8 个电子。结果，钠既不稳定又具有反应性。钠原子必须将一个最外层的电子提供给另一个原子才能变得稳定。钠原子失去一个电子而获得一个单位的正电荷，产生钠离子Na + 。一个电子有一个单位的负电荷，而一个质子有一个单位的正电荷。由于钠原子具有相同数量的电子和质子，即 11 个电子和 11 个质子，因此它是电中性的，整体上不带电荷。钠离子 Na +中有 11 个质子，但只有 10 个电子。这表明钠离子比电子多一个质子。钠离子具有一个正电荷单位，因为它包含的质子比电子多一个。记为 Na + 。此外，钠离子与最近的惰性气体氖具有相同的电结构。
Na - e - → Na + Sodium atom Na Sodium-ion Na+ Neon Ne K L M 2, 8, 1 K L M 2, 8 K L 2, 8
(钠原子) (电子) (钠离子)Elements Electronic configuration
- 镁离子的形成：镁的原子序数为 12。因此，镁的电构型为 2、8、2。镁的最外层有两个电子，可以看出（M 壳）。这不是一个稳定的电子构型。稳定排列的最外层通常包括 8 个电子。结果，镁不是非常稳定。镁原子必须将其两个最外层电子捐赠给另一个原子才能变得稳定。镁原子通过失去两个电子获得两个正电荷单位，因此成为镁离子。一个电子有一个单位的负电荷，而一个质子有一个单位的正电荷。由于镁原子包含相同数量的电子和质子，即 12 个电子和 12 个质子，因此它是电中性的，整体上不带电荷。镁离子中有 12 个质子，但只有 10 个电子。这表明镁离子比电子多两个质子。镁离子有两个正电荷单位，因为它的质子比电子多两个，记作 Mg 2+ 。镁离子也具有与最近的惰性气体氖相同的电子排列。
Mg – 2e – → Mg 2+ Magnesium atom Mg Magnesium ion Mg2+ Neon Ne Electronic configuration K L M 2, 8, 2 K L M 2, 8 K L 2, 8
(镁原子) (电子) (镁离子)Elements
负离子的形成
如果元素的最外层有 5、6 或 7 个电子，它会获得电子以获得 8 个最外层（或价）电子的惰性气体电子排列，从而产生带负电的离子，称为阴离子。由于需要极高的能量，不可能从一个原子中去除 5、6 或 7 个电子。由于非金属原子的最外层通常具有 5、6 或 7 个电子，因此非金属原子会带走电子以产生带负电的离子或阴离子。接受电子产生负离子的非金属包括氯、溴、碘、氧和氮等。
When an atom accepts one electron into its outermost shell, it becomes a negative-charged atom. An anion with two units of negative charge is formed when an atom takes two electrons into its outermost shell. An anion with three units of negative charge is formed when an atom accepts three electrons into its outermost shell.
下面进一步详细解释氯离子和氧离子的形成。
- 氯离子的形成：氯的原子序数为 17。因此，氯的电子排列为 2、8、7。氯的最外层（M 壳）有 7 个电子。这不是一个稳定的电子构型。稳定排列的最外层通常包括 8 个电子。为了变得稳定，氯原子从另一个原子接受一个电子并获得氩的惰性气体构型，这是最接近的惰性气体构型。氯原子获得一个电子并获得一个负电荷单位，形成氯离子。一个电子有一个单位的负电荷，而一个质子有一个单位的正电荷。由于氯原子与质子具有相同数量的电子（17 个电子和 17 个质子），因此它是电中性的并且总体上不带电荷。氯离子中有 17 个质子，但由于添加了一个额外的电子，所以有 18 个电子。这表明氯离子比质子多一个电子。氯离子具有一个负电荷单位，因为它比质子多一个电子，并表示为 Cl - 。
氯 + e - → 氯- Chlorine atom Cl Chloride ion Cl+ Argon Ar Electronic configuration K L M 2, 8, 7 K L M 2, 8, 8 K L M 2, 8, 8
(氯原子) (电子) (氯离子)Elements
- 氧离子的形成：氧的原子序数为 8。因此，氧的电子构型为 2、6。氧的最外层（L 壳）有 6 个电子。这不是一个稳定的电子构型。稳定排列的最外层通常包括 8 个电子。氧原子从另一个原子接受两个电子以变得稳定，从而产生最接近的惰性气体构型氖。一个电子有一个单位的负电荷，而一个质子有一个单位的正电荷。氧原子通过获得两个电子获得两个负电荷单位，形成氧化物离子。由于氧原子包含相同数量的电子和质子，即 8 个电子和 8 个质子，因此它是电中性的，整体上不带电荷。氧化物离子中有 8 个质子，但由于添加了两个额外的电子，所以有 10 个电子。这表明氧化物离子比质子多两个电子。一个氧化物离子具有两个负电荷单位，因为它比质子多两个电子，并表示为 O 2- 。
O + 2e- → O 2+ Oxygen atom O Oxide ion O2- Neon Ne Electronic configuration K L 2, 6 K L 2, 8 K L 2, 8
(氧原子) (电子) (氧离子)Elements
示例问题
问题一：为什么碳不形成离子？
回答：
Carbon which is a non-metal has four electrons in its outermost shell. It cannot lose or gain four electrons due to energy limitations. As a result, the carbon atom does not form ions.
问题 2：据说稀有气体是不活泼的。解释为什么。
回答：
It has 2 electrons in its outermost shell (only in case of hydrogen) or 8 electrons in its outermost shell which is the capacity of these shells. Since their electron configurations are extremely stable and the outermost electrons do not participate in chemical reactions, hence noble gases are chemically unreactive.
问题3：金属会产生哪种离子？
回答：
Metals have one, two, or three electrons in their outermost shell. Metals transfer their outermost electrons to produce positive ions. So metals form cations.
问题4：铝会产生什么样的离子？
回答：
The atomic number of aluminium is 13. Its electronic configuration is 2, 8, 3. It has 3 electrons in its outermost shell which is not a stable state. So, it loses its outermost 3 electrons to attain the nearest noble gas configuration which is neon. Since it loses electrons, so aluminium produces positive ions or cations.
问题5：据说非金属会产生阴离子。为什么？
回答：
Non-metals have five, six, or seven electrons in their outermost shell. They accept electrons from other atoms in their outermost shell to produce negative ions. So non-metals form anions.