八隅体规则、化学键

一、八隅体规则(八电子规则):

原子倾向于使其价壳层中具有 8 个电子,以便拥有最接近惰性气体的电子结构,从而达到相对更稳定的状态,这就是所谓的八隅体规则
主族元素,如碳、氮、氧、卤素族、钠、镁都依从这个规则。
简单而言,当组成离子或分子的所有原子中,最外层有八个电子的原子越多,离子或分子的结构趋于更稳定。这也是惰性气体不活跃的原因。
八隅规则是化学中最重要的规则之一,它控制原子如何相互作用以在其价壳层中获得8个电子,形成共价键或离子键是原子满足八隅规则的最方便的方法。毕竟,原子可能厌倦一直处于反应状态,而遵循八隅体规则只是为了获得稳定

稀有气体元素原子结构示意图.jpg

注意:八隅体规则只适用于 s 和 p 亚层(见后面)中存在的电子。

八隅体规则的例外:

  • 总电子数为奇数的分子;
  • 总共只有2个电子的原子;
  • 氢原子(只有1个电子);
  • 过渡金属(十八电子规则取代了八隅体规则);

二、化学键

化尝键(Chemical Bond)是一种粒子间的吸引力,其中粒子可以是原子、离子或分子。
化学键的本质是电磁力
化学键种类繁多,其能量大小、键长亦有所不同。
共价键和离子键属于能量较高的“强化学键”;而分子间力、氢键等属于能量较低的“弱化学键”。
电负性:是原子在化合物中吸引电子能力的标度,电负性越大,吸引电子的能力越强;反之则越小(稀有气体原子除外)。

2.1 共价键:

  • 两个原子通过共享电子的方式来尽量满足八隅体规则,从而形成稳定结构,此时连接两个原子化学键(电磁力)称为共价键,有极性共价键非极性共价键之分。
    极性和非极性共价键.png
  • 共价键的形成往往在两个电负性相近的原子之间,一般非金属元素之间(即两个原子都想通过得到电子的方式达到稳定结构,因为通过他们失去电子而达到稳定状态所需要的能量代价更大)。
  • 共价键有的键角和方向,不能随意延伸,因此是有稳定分子结构的。影响共价键的方向性的本质因素为电子轨道的伸展方向(见:https://www.jianshu.com/writer#/notebooks/53593657/notes/111836027)。
  • 共价键广泛存在于气体之中,例如氢气H2、氯气Cl2、二氧化碳CO2等。有些物质如金刚石,则是由碳原子通过共价键(巨型共价结构)形成的。
  • 共价化合物:只含有共价键的化合物称为共价化合物,如HCl(但在溶液中会变成H+和Cl-)、H2O、CO2、CH4、NH3等。共价化合物中肯定不存在离子键。

2.2 离子键(又叫“盐键”):

  • 当一个原子(或化学基团)得到或失去电子后,就变成了离子(注意:是完全得到或失去电子, 而非与其他粒子共享电子,这是与共价键的本质区别),阴、阳离子之间通过静电作用相互吸引形成离子键

  • 之所以会形成离子,本质上也是为了满足八隅体规则,从而形成稳定结构

  • 阴、阳离子通常在两个电负性相差极大的原子间形成(电负性小的原子失去电子,通常是金属;电负性大的原子得到电子,通常是非金属)。例如:钠Na与氯Cl,电负性大的氯会从电负性小的钠抢走一个电子,以符合八隅体规则。之后氯会以-1价离子的方式存在,而钠则以+1价离子的方式存在,两者再以库仑静电力结合在一起,如下图:

    离子键.png

  • 离子键有强弱之分,其强弱影响该离子化合物的熔点、沸点和溶解性等性质。离子键越强,其熔点越高;离子半径越小或所带电荷越多,阴、阳离子间的作用就越强。例如钠离子Na+的微粒半径比钾离子K+的微粒半径小,则氯化钠NaCl中的离子键比氯化钾KCl中的离子键强,导致氯化钠的熔点比氯化钾的高。

  • 含有离子键的化合物称为离子化合物,碱类(如KOH)、大多数盐类(如MgCl2)、大多数金属氧化物(如CaO)都是离子化合物。离子化合物中可能存在共价键,如NH4Cl、NaOH。

2.3 金属键:

  • 金属键是在化学键的一种,主要在金属中存在,一些原子簇化合物中也存在金属键。
  • 金属键由离域电子(电子自由游走于空价轨域而形成的电子海)排列成晶格状的金属离子之间的静电吸引力组合而成。
  • 由于电子的自由运动,金属键没有固定的长度和夹角,因而是非极性键,也无分子结构
  • 金属键决定了金属的很多物理性质,如强度、可塑性、延展性、传导热量、导电性和光泽。(例如一般金属的熔点、沸点随金属键的强度而升高。离子半径越小,金属键越强。)
    金属键.png

2.4 分子间力:

https://baike.baidu.com/item/%E5%88%86%E5%AD%90%E9%97%B4%E4%BD%9C%E7%94%A8%E5%8A%9B/1852794?fromModule=lemma_inlink&fromtitle=%E8%8C%83%E5%BE%B7%E5%8D%8E%E5%8A%9B&fromid=1134010

2.5 氢键(也属于分子间力):

氢原子H与电负性大的原子X以共价键结合后,然后如果与电负性大、半径小的原子Y(比如O、F、N等)接近,则可能生成X-H…Y形式的特殊分子间或分子内相互作用(电磁引力),称为氢键。X与Y可以是同一种粒子,也可以不是。
(见:https://baike.baidu.com/item/%E6%B0%A2%E9%94%AE/100654?fr=aladdin
下图是水分子间氢键示意图:

氢键.png

参考:

https://wenku.baidu.com/view/711b6539cf7931b765ce0508763231126edb77db.html?wkts=1682653596491&bdQuery=%E5%BC%BA%E5%8C%96%E5%AD%A6%E9%94%AE
http://www.95408.com/baike/39626.html
https://baike.baidu.com/item/%E5%88%86%E5%AD%90%E9%97%B4%E4%BD%9C%E7%94%A8%E5%8A%9B/1852794?fromModule=lemma_inlink&fromtitle=%E8%8C%83%E5%BE%B7%E5%8D%8E%E5%8A%9B&fromid=1134010
http://mp2.allhistory.com/detail/592414b955b54278ac001d46
http://mp2.allhistory.com/detail/59241d1755b54278ac00807e
http://mp2.allhistory.com/detail/5924171355b54278ac003848

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