1.3.4 化学键

化学键（Chemical bond）是原子或离子之间的吸引力[1]。

化学键的键能指破坏掉1mol化学键（即“拉开”成键的原子，使其距离无限远）所需的能量。化学键的健能越高，化学键就越强。键能的单位常用千焦每摩尔（KJ/mol）或千卡路里每摩尔（Kcal/mol）。

由于能量守恒定律，形成化学键时释放的能量等于破坏此化学键时吸收的能量。

• 思考1：在Br₂分子中，两个Br原子中间有一个化学键（Br-Br），其键能为193KJ/mol。[1]请问6mol原子状态下的Br原子形成3mol的Br₂分子会释放多少能量？

• 思考2：请把Br₂的键的键能换算成Kcal/mol。

• 思考3：破坏1个Br₂分子所需的能量为多少？

基于化学键形成的种类分类，可将其分为：

• 共价键（Covalent bond）

• 离子键（Ionic bond）

• 金属键（Metallic bond）

此外，分子之间也存在一些较弱的力

• 氢键（Hydrogen bond）

• 范德华力（Van der Waal force）

• 注：有的教材会把这两种力也归入进化学键中。

这其中，共价键，离子键，金属键的键能比较高（200-500KJ/mol），氢键居中（5-30KJ/mol[2]），范德华力的键能比较低（2-4KJ/mol[3]）。

离子键出现在离子化合物中，由一对阴阳离子通过电磁力吸引形成。离子键没有方向性（即与同一个原子相连的两个离子键的夹角不影响离子键的强弱）

共价键出现在分子（如CO₂）或多原子离子（如CO₃^2-）中，由原子之间共享电子对形成。共享的电子对可能会偏向其中一个原子（即离其中的一个原子更近），这与这两种原子的相对“吸引”电子的能力有关。共享电子对明显偏移的共价键是极性共价键，电子对几乎不偏移的共价键是非极性共价键。共价键有方向性（即共价键的方向影响共价键的强弱）。

如果2个原子之间共享1对电子，则称形成了一个单键（single bond），如果共享2对电子，则称形成了一个双键（double bond），如果共享3对电子，则称形成了一个叁键（triple bond）。叁键比双键的键能高，双键比单键的键能高。

元素的电负性（Electronegativity），是该元素的原子在形成化学键时吸引共享电子（即使得电子对偏向该原子）的趋势。目前最常用的电负性的计算方法为鲍林标度（Pauling scale）。依据此计算方法，Fr（钫）的电负性最小（0.7），最倾向于将电子推离该原子；F（氟）的电负性最大（3.98），最倾向于将电子对拉向该原子。电负性与电离能和电子亲和能的趋势大体相同。

• 注：共价键和离子键没有绝对的界限，如果共价键的共享电子对强烈偏移向一方，相当于一对电离不完全的离子形成的离子键。

当形成一个键的两个元素之间的电负性相差：

• 大于1.7，即认为这个键是离子键
• 在0.5至1.7之间，即认为这个键是极性共价键
• 小于0.5，即认为这个键是非极性共价键

比如，Ca的电负性为1，O的电负性为3.44，Ca和O的电负性相差2.44，Ca和O的键 Ca-O 为离子键。再比如，Al的电负性为1.61，Cl的电负性为3.16，电负性相差1.55，Al和Cl的键是极性共价键。两个电负性不同的原子成键时，电负性小的原子显正电性，电负性大的原子显负电性。

下图为各元素的电负性列表（鲍林标度）。图片来源

• 思考4：请计算以下键属于哪种化学键？

• Na-H
• Br-Br
• C-F

• 思考5：按照以上定义，Pb（铅）能和其他元素形成离子键吗。

金属键出现在金属中，由自由电子与排列整齐的金属离子吸引而成。

后续章节将对氢键和范德华力进行更深入的介绍。

对本节内容有贡献的科学家包括：

路易斯：提出“共价键”

鲍林：研究并给出电负性的计算方法