化学键是分子内使两个原子相连在一起的吸引力.化学反应是破坏反应物的化学键及形成新的化学键而产生生成物,所以化学键的改变可说是所有化学反应的基础.从能量观点而言,化学键形成时,必须放出能量,也就是说所形成之分子比原先单独两原子之总能量要低.化学键形成时所释出的能量值,称为该化学键之键能.
化学键可分为：共价键、离子键及金属键三大类.共价键为两原子共用电子对之化学键,其结合原子一般为非金属原子.离子键为阳离子与阴离子间之库伦静电力,阳离子由金属失去电子形成,阴离子由非金属得到电子形成.两正负电荷之离子吸引力,称为离子键.金属键为金属原子的价电子可以自由移动在各原子之间所造成的吸引力.共价键与离子键键能约在200~400kJ/mol之间,而金属键的键能约为其三分之一.
除了上述三种化学键外,尚有分子间的吸引力,包括氢键、偶极-偶极引力、仑登力,它们的作用力都比化学键弱,通常不被列入化学键.
由于原子结合时必须用到原子核外的最外层电子,最外层的电子称为价电子.价电子数等于其族数,例如IA族碱金属有一个价电子,而VIIA族卤素具有七个价电子.周期表上同族的元素具有类似的化学性质,即因其拥有相同的价电子.路以士(G.Lewis)认为钝气的化学性质稳定是因最外层电子已经填满,不易得到或失去电子再与其他原子结合.当原子进行化学反应,可利用共用电子或得失电子,倾向于变成钝气的电子组态,即ns2np6,此称为八隅体规则(Octect Rule),用以说明原子反应后价层上有八个电子最安定,氢原子反应形成化学键则变成氦的电子组态(1s2).
离子化合物是由巨大数目之阳离子与阴离子相吸聚集而成.日常生活中的食盐(学名「氯化钠」,NaCl)是由钠离子(Na+)与氯离子(Cl-)组成,离子间利用相异电荷之库伦静电力互相结合,此种正、负离子间吸引力称为离子键.
离子化合物大抵由位于周期表左边的金属原子与位于周期表右边的非金属原子所组成.然而离子化合物中的阴、阳离子亦可分别由多原子的离子所组成.常见的离子化合物如氢氧化钠(NaOH)中的氢氧根离子(OH-)即由两个原子所构成,碳酸钠中的碳酸根离子(CO32-)是由四个原子所构成.常见的多原子阴离子尚有硫酸根离子(SO42-)及硝酸根离子(NO3-).而氯化铵(NH4Cl)中的铵离子(NH4+)是多原子阳离子.
共价键
当两非金属原子相互靠近时,由于非金属具有高游离能,不易失去电子,故欲形成化学键必须原子共用电子对形成化学键,使双方原子价轨域的电子组态符合八隅体规则,此种共用电子对之化学键称为共价键. 共价键的种类：
共价键可依共用电子对数目、极性加以分类.共价键依其共用电子对数目,可分为单键、双键及参键.单键为两原子间共用一对电子,路以士符号以“—”表示,例如H—H、F—F等.双键为两原子间共用两对电子,路以士以“＝”表示,例如O＝O、O＝C＝O、H2C＝CH2等.参键为两原子间共用三对电子,路以士以“≡”表示,例如N≡N、C≡O、HC≡CH等.
共价键依其极性分类,可分为极性共价键和非极性共价键两种.如果共价键两端的原子相同(例如H2、O2、N2分子) ,其共用电子对恰位於二原子中间,此种共价键称为非极性共价键.如果共价键两端的原子不相同(例如HCl、H2O、CO等分子),其共用电子不平均分布于两原子间,则键一端具部份负电性(δ-),另一端具部份正电性(δ+),此种共价键称为极性共价键.
编辑本段金属键
金属具有较低的游离能,其价电子容易游离.其价轨域数目大於价电子数,故具有空价轨域.金属的价电子可在晶体中自由移动,不限定於任一原子.价电子游动於所有原子核之间,形成电子海(electron-sea), 而电子海中的电子与金属原子核间的吸引力即为金属键.由于价电子不会固定在特定的原子核,所以当金属两端外接直流电时,金属内自由电子就会以固定之方向移动而造成导电现象.或是在金属局部受热时,自由电子便可经由碰撞,而将热能传递至金属的每一部位.因此,金属通常是电或热的良导体.
编辑本段碳的键结形态
碳—碳单键
碳(carbon)是周期表中IVA族元素,碳原子的电子组态(1s22s22p2),其四个价电子和其他原子产生共价键而结合.以甲烷(CH4)为例,甲烷中碳原子与氢原子键结时,是将一个s轨域与三个p轨域混成四个能量相等而方向不同的sp3轨域.当四个氢原子分别提供一个电子与碳原子的四个sp3混成轨域中的电子结合,即形成四个相同的碳-氢单键.单键只含有δ键,通常以一画线“—”表示.除了氢原子键结形成碳一氢单键外,碳原子亦可与另一碳原子形成碳—碳单键,如乙烷(C2H6)的键结,乙烷分子中有一个碳—碳单键及六个相同的碳—氢单键.
碳—碳双键
乙烯(C2H4)是具有碳—碳双键的最简单有机分子.乙烯的两个碳原子间共同拥有4个电子,加上两个碳—氢键上的4个电子,使每个碳均满足八隅体规则.
乙烯分子中有四个碳—氢单键及一个碳—碳双键,键结时每个碳原子先形成三个sp2混成轨域及一个未混成的p轨域,其中两个sp2混成轨域分别与氢形成碳—氢单键,另一sp2混成轨域与另一碳的sp2混成轨域形成碳—碳单键,此三个单键皆为δ键,另外碳原子上的2p轨域再与另一碳原子上的2p轨域平行重叠形成π键,这种键结原子各提供两个电子,使碳原子间共用4个电子而形成双键.
因为乙烯分子中,碳和碳间的双键是不能旋转的,所以当连接在两个碳上的两个氢原子被其他的原子取代时,就可能形成原子连接方式相同,但原子空间排列方式不同的几何异构物(geometric isomer),或称为顺反异构物,例如：顺-二氯乙烯和反-二氯乙烯.
碳—碳参键
碳与碳键结时,两个碳原子可以同时拥有三对的键结电子而形成参键.在乙炔(C2H2)分子中,每个碳原子利用两个sp混成轨域,分别和碳原子及氢原子形成2个δ键,另外再以每个碳原子上的两个未混成2p轨域平行重叠得到2个π键.所以碳—碳参键含有l个δ键及2个π键,通常以三画线“≡”表示之.
孤电子对:是不与其他原子结合或共享的成对价电子
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