复习笔记：化学键

这份笔记一次处理化学键一章的一条内容标准，让你能逐个概念复习、并核对你是否掌握了评分方案所期望的定义。成键这一章是靠画图学会的：手边备一支铅笔，边读边把每一个点叉图画出来。

5.1 原子为何成键，稳定性

原子成键，是因为填满的最外层是一种稳定、低能量的排布。第18族的稀有气体本来就已有填满的最外层，氦是双电子稳定（2个电子），其余是八隅体（8个电子），所以它们不活泼、以单原子形式存在。

其余每一种原子都通过成键，去达到与最邻近的稀有气体相同的稳定电子排布。

核心观念。 原子失去、获得或共用电子，使每个原子最终都拥有填满的最外层。这就是八隅体规则（最小的原子如氢是双电子稳定）。它是本章每一个键背后的原因。

金属原子最外层电子少，最容易靠失去电子达到稳定；非金属原子最外层几乎填满，靠获得或共用电子达到稳定。就这一点差别，决定了会形成哪一种键。

5.2 离子键，电子转移

离子键在金属与非金属之间通过电子的转移而形成。金属原子失去最外层电子，成为带正电的阳离子；非金属原子获得这些电子，成为带负电的阴离子。

带相反电荷的离子随后以强静电力相互吸引，这个吸引就是离子键。

以氯化钠为例。钠（电子排布 2.8.1）把一个电子转移给氯（2.8.7）。

钠变成 Na⁺（2.8），氯变成 Cl⁻（2.8.8）；两者现在都有稀有气体排布，Na⁺ 与 Cl⁻ 相互吸引形成 NaCl。

点叉规则。 一个原子的电子用点、另一个原子的电子用叉，好让评卷员看出每个电子的来源。在每个离子外画方括号，并把电荷写在右上角外侧：[Na]⁺ 与 [ :Cl: ]⁻。

留意比例。镁（2.8.2）失去两个电子；氯每个获得一个，所以一个 Mg²⁺ 需要两个 Cl⁻，化学式是 MgCl₂。

在氧化镁中，Mg²⁺ 与 O²⁻ 以一比一结合为 MgO。

5.3 共价键，共用电子

共价键在非金属原子之间通过共用电子对而形成。每一对共用电子都同时算进两个原子的八隅体，所以两个原子都不必彻底失去或获得电子。

• 单键是共用一对电子，如 H₂、Cl₂、HCl、H₂O、NH₃ 与 CH₄。
• 双键是共用两对电子，如 O₂ 与 CO₂。
• 三键是共用三对电子，如 N₂。

在水中，氧（2.6）与两个氢原子各共用一个电子，使氧得到八隅体、每个氢得到双电子稳定；氧还保留两对孤对电子（未共用的电子对）。在甲烷中，碳（2.4）与四个氢原子共用，以补满它的八隅体。

点叉规则。 只画最外层电子。把共用的电子对放在两个原子的重叠处，并记得把孤对电子也画出来，漏掉它们是 O₂、N₂、H₂O 与 NH₃ 中的常见错误。

5.4 配位键与氢键

配位键（配价键）是一种共价键，其中共用的两个电子都来自同一个原子。一旦形成，它的表现与普通共价键完全相同。

标准例子是铵根离子 NH₄⁺（NH₃ 中氮上的孤对电子与一个 H⁺ 成键）与水合氢离子 H₃O⁺（H₂O 中氧上的孤对电子与一个 H⁺ 成键）。配位键用一支由给电子原子指向外的箭头表示。

氢键是分子之间的弱吸引，不是分子内部的键。当氢与电负性很强的原子，氟、氧或氮，成键，并被邻近分子中这类原子上的孤对电子所吸引时，就形成氢键。

氢键使水和其他分子的沸点远高于仅凭其大小所能预期的。

别把两者混淆。 配位键是分子内部的强键；氢键是分立分子之间的弱吸引。

5.5 从成键推出性质

本章的核心，就是用结构与成键来解释物理性质。把这三组比较记牢。

• 熔点与沸点。 离子化合物形成巨型离子晶格，整体由强静电力维系，所以需要大量热才能把离子分开，熔点、沸点高。简单共价（分子）化合物在每个分子内部有强键，但分子之间只有弱作用力，所以少量热就能把分子分开，熔点、沸点低。
• 导电性。 离子化合物只在熔融或水溶液中导电，因为此时离子能自由移动；作为固体时离子被锁在原位，不导电。简单共价化合物没有自由移动的离子或电子，所以任何状态下都不导电（石墨是著名的例外）。
• 溶解度。 离子化合物一般溶于水而不溶于有机溶剂；许多简单共价化合物溶于有机溶剂而不溶于水。「相似相溶」是一句好用的提醒。

考试习惯。 解释性质时，务必把结构和作用力都说出来。「熔点高，是因为巨型晶格中带相反电荷离子之间的强静电吸引力需要大量能量才能克服。」分数就在这个理由上。

如何使用这份笔记

一次复习一条标准，并凭记忆重画每一个图。对 5.1，说出八隅体规则以及稀有气体为何不活泼。

对 5.2 与 5.3，反复练习 NaCl、MgO、MgCl₂、H₂O、NH₃、CH₄ 与 CO₂ 的点叉图，直到自动。对 5.4，要能解释配位键中共用电子对的来源。

对 5.5，把三组性质比较连同每次都说出的作用力反复演练。一位一对一老师可以帮你核对图中是否正确画出电荷、括号与孤对电子，这些小细节正是整个 SPM化学 里区分部分分与满分的地方。