散文網(wǎng) » 科技 »學習 » 【種花家務·化學】2-3-04化學鍵，分子的形成——『數(shù)理化自學叢書6677版』

【種花家務·化學】2-3-04化學鍵，分子的形成——『數(shù)理化自學叢書6677版』

2023-02-02 11:18 作者:山嵓 0人讀過 | 我要投稿

【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學叢書編委會”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎自學教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當于如今的初高中水平，其最大特點就是可用于“自學”。當然由于本書是大半個世紀前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎學生直接拿來自學。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎教育但卻很不扎實的學酥重新自修以查漏補缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的備注。

【山話嵓語】『數(shù)理化自學叢書』其實還有新版，即80年代的改開版，改開版內容較新而且還又增添了25本大學基礎自學內容，直接搞出了一套從初中到大學的一條龍數(shù)理化自學教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因為6677版保留了很多古早知識，讓我終于搞明白了和老工程師交流時遇到的奇特專業(yè)術語和計算模式的來由。另外就是6677版的版權風險極小，即使出版社再版也只會再版80年代改開版。我認為6677版不失為一套不錯的自學教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時間，將『數(shù)理化自學叢書6677版』上傳成文字版。

第三章原子結構和元素周期律

§3-4化學鍵，分子的形成

【01】在第一冊第一章里【山注，1-1-05，傳送門CV20240795】，我們已經(jīng)知道，分子是由原子組成的；同種原子組成單質的分子，不同種原子組成化合物的分子。那么，原子是怎樣結合而形成分子的呢？

【02】上一節(jié)介紹的惰性氣體元素的原子，它們具有飽和的最外電子層，是一種特別穩(wěn)定的結構，所以它們一般都不參加化學反應，它們都是單原子分子。但是，其他元素的原子結構情況并不這樣，它們的最外電子層都是不飽和的，然而它們都有要成為穩(wěn)定結構的傾向。原子相互結合成分子，就是由于這種傾向所引起的。

【03】分子中原子之間存在著各種不同的結合關系，也就是說，它們之間結合的方式各有不同。分子中直接相鄰原子間的結合在化學上叫做化學鍵?；瘜W鍵有各種不同的類型，這里我們介紹離子鍵和共價鍵兩類。

離子鍵

【04】大多數(shù)金屬元素的原子，最外電子層只有1個、2個或3個電子，遠沒有達到飽和狀態(tài)。同時，實驗證明，這些金屬原子最外層的電子和原子核的聯(lián)系比較弱，因此比較容易離開原子。當金屬原子參加化學反應時，最外層上的電子就會完全離開原子，使原來一般含有2個、8個或18個電子的次外層變?yōu)樽钔鈱樱虼顺蔀榉€(wěn)定的結構。但是我們知道，整個原子是不顯電性的，當原子失去電子后，負電荷數(shù)減小，從而使整個原子顯現(xiàn)出正電。例如鈉原子的最外層上有1個電子，失去這個電子后，就顯示出次外層上的8個電子，就象氬原子的結構一樣（參看圖3·8），變成了穩(wěn)定結構，但帶上了1個正電荷。

【05】活動的非金屬元素的原子，它們最外電子層有4個、5個、6個或7個電子，當參加化學反應時，它們的最外電子層，都具有吸引其他原子的電子，使本身達到穩(wěn)定結構的能力。結合電子后，由于負電荷數(shù)增加，非金屬元素的原子就帶上了負電。

【06】這種帶有電荷的原子（或原子團）叫做離子。原子失去或得到多少電子，離子就帶有多少正電荷或負電荷。帶有正電荷的離子，叫做陽離子，在元素符號的右上角用一個或幾個“+”表示所帶的正電荷數(shù)。象失去1個電子后的鈉原子，就變成帶有1個正電荷的鈉離子。鈉離子寫成 $Na%5E%2B$ 。又象失去3個電子后的鋁原子，變成帶有3個正電荷的鋁離子。鋁離子寫成 $Al%5E%7B%2B%2B%2B%7D$ 。帶有負電荷的離子，叫做陰離子，在元素符號的右上角用一個或幾個“-”表示所帶的負電荷數(shù)。象結合1個電子后的氯原子，變成帶有1個負電荷的氯離子。氯離子寫成 $Cl%5E-$ 。結合2個電子后的硫原子，變成帶有2個負電荷的硫離子。硫離子寫成 $S%5E%7B--%7D$ 等等。

【07】由于活動的金屬原子和活動的非金屬原子有放出電子和結合電子的傾向，因此，當它們相遇時，金屬原子就會把最外層上的電子供給非金屬原子，使雙方都成為最穩(wěn)定的結構。在這種情況下，金屬原子變成陽離子，非金屬原子變成陰離子。由于帶有異性電荷的離子的相互吸引（這種吸引力，叫做靜電引力）【在吸引、接近的同時，離子的核與核之間，電子與電子之間尚有相互排斥作用】，它們就緊密地結合在一起而形成了分子。其中的化學鍵叫做離子鍵（或電價鍵），是化學鍵的一個類型。由這種化學鍵結合起來的分子所組成的化合物，叫做離子化合物。例如氯跟鈉化合時，鈉原子和氯氣分子里的氯原子在反應前是不顯電性的。當氯原子從鈉原子那里得到了1個電子后，就變成了氯離子( $Cl%5E-$ )；鈉原子失去了1個電子后，就變成了鈉離子( $Na%5E%2B$ )。結果，鈉離子和氯離子就相互吸引而形成氯化鈉。在形成氯化鈉的時候，發(fā)生了電子從鈉原子轉移到氯原子的過程。圖3·10是氯化鈉形成的示意圖。氯化鈉里的化學鍵就是離子鍵，氯化鈉就是一種離子化合物。

【08】活動的金屬元素跟最活動的非金屬元素生成的化合物，一般都是離子化合物。例如許多金屬氧化物和鹽類都是屬于離子化合物。

【09】離子化合物的形成過程，也可用電子轉移的形式表示。例如上述氯化鈉的形成也可表示如下：

【10】這樣寫法要注意：(1)方程式必須平衡；(2)要寫上電子轉移的總數(shù)；(3)生成物上要寫上離子符號。【方程式中的e表示電子，也有用Θ表示的】

共價鍵

【11】上面介紹的是活動的金屬元素跟活動的非金屬元素以離子健結合的離子化合物，當由二個相同的非金屬原子，或性質相近的非金屬原子結合成分子時，由于它們的原子核對電子的吸引力相等或相似，電子就不可能從一個原子轉移到另一個原子，那么，它們又是怎樣結合的呢？

【12】首先，我們以氯分子的形成為例，來研究二個相同的非金屬原子的結合情況。

【13】氯原子的最外電子層上有7個電子，要使這電子層成為8個電子的穩(wěn)定結構，還需要從其他原子里獲得1個電子。當二個氯原子互相接近的時候，它們都傾向于從對方的最外電子層里取得1個電子。但是由于二個氯原子的電子層數(shù)相同，最外電子層上的電子數(shù)也相同，因此它們吸引電子的能力必然相等。它們就不可能從對方的最外電子層里將電子吸引過來。在這種情況下，只能由二個氯原子的最外層里各供給1個電子作為二個原子的共用電子，從而使二個原子都成為穩(wěn)定結構。也就是說，它們通過共用電子的形式結合而成分子。這種由二個原子共用的一對電子叫做共用電子對。二原子就依靠這種電子對互相結合成為一個整體。

【14】我們把原子和原子通過共用電子對而相互結合的化學鍵，叫做共價鍵（或原子鍵）。氯氣分子里的化學鍵就是共價鍵。其他象氫分子的形成過程也同樣。

【15】以上這些分子的形成過程可采用電子式的形式來表示所謂電子式，就是在某元素符號的周圍，用小黑點或其他記號(如“×”)代表電子，以表示這個原子的最外層里的電子（每二個電子用一個記號）數(shù)。例如：

【16】上面講的氯分子的形成，用電子式的形式可表示如下：

【17】前面介紹的離子化合物，也可以用電子式表示。但和表示共價分子的形成過程有所不同：在反應物的電子式上應該用箭號表示電子的轉移；在生成物的電子式中，由于有離子存在，必須表明離子符號和所帶的電荷數(shù)。例如氯化鈉分子的形成過程，可用電子式形式表示如下：

【18】其次，我們來研究性質比較相近的不同種非金屬原子的結合情況。它們的化合物里的化學鍵也是共價鍵。象氫原子與氯原子形成的氯化氫分子，就屬于這一類型?，F(xiàn)在我們就來研究氯化氫分子的形成過程。

【19】氫原子核外只有1個電子，它與其他非金屬元素一樣，也有取得電子達到穩(wěn)定結構的傾向（成為2個電子的穩(wěn)定結構，象氦一樣）。當一個氯原子和一個氫原子互相接近的時候，它們各吸引對方的1個電子，組成一對共用電子對，使雙方都成為穩(wěn)定結構而形成氯化氫分子。氯化氫分子里的電子對同時環(huán)繞氫原子核和氯原子核運轉。由此可以看出，氯化氫分子里的化學鍵也是共價鍵。具有共價鍵的化合物，叫做共價化合物。

【20】由相同的非金屬原子所結合成的分子里，和由性質相近的非金屬原子所結合成的分子里，都有共用的電子對，那末，這共用的電子對在二原子間所處的位置是否相同呢？顯然，這要看二個原子對這個共用電子對的吸引能力的強弱來決定。

【21】同種原子組成的單質分子里的各原子，對共用電子對的吸引力是相等的，共用電子對就處在二原子的中間。例如，氯氣分子里的電子對就均勻地分布在二個氯原子的中間。寫氯氣的電子式時，我們把共用電子對寫在兩個氯原子的正中，如

【22】化合物分子是由不同的原子所組成的，由于它們的原子結構不同，因此對共用電子對的吸引力就有差別，共用電子對就會或多或少地偏向于吸引力比較大的那個原子的一邊。這種分子用電子式表示的時候，共用電子對應該偏近于對它吸引力比較大的那個元素的符號的一邊。例如，氯化氫分子形成的時候，由于氯原子對共用電子對的吸引力大于氫原子對共用電子對的吸引力，因此，用電子式表示氯化氫的分子時，把共用電子對寫在偏近于氯原子的一邊，如：

【23】在共價化合物里，和共用電子對距離較近的那個原子的一端必然負電荷較強，和共用電子對距離較遠的那個原子的一端必然正電荷較強，好象有了二個電性不同的極。這種共價鍵叫做極性共價鍵或簡稱為極性鍵。在具有極性鍵的各種化合物的分子里，由于共用電子對的偏向程度的不同，極性鍵又有強弱的區(qū)別。偏向程度大的叫做強極性鍵，偏向程度小的叫做弱極性鍵。除氯化氫分子具有極性鍵外，水( $H_2O$ )、硫化氫( $H_2S$ )、氨( $NH_3$ )等許多化合物的分子，也都是由極性鍵形成的。

【24】在氫氣、氧氣、氯氣和氮氣等等的分子里，電子對并不偏向于任何一個原子，分子的二端必然不會出現(xiàn)極性。這種共價鍵叫做非極性共價鍵或簡稱為非極性鍵。

【25】從上面的敘述，可見由原子形成分子的化學鍵主要有下列幾種：

【26】當性質極不相同的元素（最活動的金屬和最活動的非金屬）的原子結合成分子的時候，原子間產(chǎn)生離子鍵：而當同種原子或性質比較相近的元素的原子結合成分子的時候，原子間就產(chǎn)生共價鍵。但是不難想象，當共價鍵的極性很強時，也就是二個原子對共用電子對的吸引能力相差懸殊時，其中一個原子對這個電子對的控制能力將接近失去，這實質上等于它失去1個電子，那末，這個化學鍵也就變成了離子鍵。因此共價鍵與離子鍵之間并沒有嚴格的界限，而極性鍵實際上是介乎典型的非極性鍵和典型的離子鍵之間的過渡狀態(tài)，也就是說，典型的非極性鍵和典型的離子鍵只是極性鍵的二個極端罷了。下表所引的例子，可以說明這個問題。