高中化学 39 共价键

共价键的定义

原子间通过共用电子对所形成的相互作用叫做共价键。共价键一般存在于非金属元素之间，但某些金属元素与非金属元素之间也可能形成共价键，如\(AlCl_{3}\)中的化学键为共价键。

成键原子电负性相近：一般成键原子的电负性差值小于1.7时，易形成共价键。例如，氢原子和氯原子的电负性差值较小，它们通过共用电子对形成共价键，生成氯化氢分子。

成键原子有未成对电子：原子的价电子层中存在未成对电子，这些未成对电子可以通过共用的方式形成共价键。如氢原子的\(1s\)轨道上有\(1\)个未成对电子，氯原子的\(3p\)轨道上有\(1\)个未成对电子，二者可形成共价键。

高概率地出现在两个原子核之间的电子与两个原子核之间的电性作用，是一种电性吸引力。

饱和性：每个原子所能形成的共价键的数目是一定的，这取决于该原子中的未成对电子数。一个原子有几个未成对电子，便可与几个自旋方向相反的电子配对成键。例如，氮原子的价电子构型为\(2s^{2}2p^{3}\)，有\(3\)个未成对电子，因此氮原子最多可形成\(3\)个共价键。

方向性：共价键在形成时，原子轨道重叠得越多，电子在核间出现的概率越大，所形成的共价键就越牢固。因此，共价键将尽可能沿着电子云密度最大的方向形成，这就是共价键的方向性。例如，在形成氯化氢分子时，氢原子的\(1s\)轨道与氯原子的\(3p_{x}\)轨道沿着\(x\)轴方向重叠，形成共价键。

按成键原子轨道的重叠方式分类：

σ键：原子轨道沿键轴方向以“头碰头”方式重叠形成的共价键。如\(H_{2}\)分子中的\(s - s\) σ键，\(HCl\)分子中的\(s - p\) σ键，\(Cl_{2}\)分子中的\(p - p\) σ键等。σ键的特点是电子云对键轴呈圆柱形对称，重叠程度大，键能较大，稳定性高。

π键：原子轨道在键轴两侧以“肩并肩”方式重叠形成的共价键。如\(N_{2}\)分子中，两个氮原子的\(2p_{y}\)轨道和\(2p_{z}\)轨道分别以“肩并肩”方式重叠形成两个π键。π键的电子云分布在键轴的两侧，呈镜面反对称，重叠程度较小，键能较小，不如σ键稳定，较易断裂。

按共用电子对是否偏移分类：

非极性共价键：同种原子形成的共价键，共用电子对不发生偏移，成键原子双方不显电性。如\(H_{2}\)、\(O_{2}\)、\(N_{2}\)等分子中的共价键均为非极性共价键。

极性共价键：不同种原子形成的共价键，共用电子对发生偏移，偏向电负性较大的原子一方，使成键原子一方略显正电性，另一方略显负电性。如\(HCl\)、\(H_{2}O\)、\(CO_{2}\)等分子中的共价键均为极性共价键。

键能：气态基态原子形成\(1mol\)化学键释放的最低能量，或断开\(1mol\)化学键所吸收的最低能量。键能越大，共价键越牢固，含有该键的分子越稳定。例如，\(H - F\)键的键能大于\(H - Cl\)键的键能，所以\(HF\)比\(HCl\)更稳定。

键长：形成共价键的两个原子之间的核间距。键长越短，共价键越牢固，分子越稳定。一般来说，成键原子的半径越小，键长越短。例如，\(C - C\)键的键长大于\(C = C\)键的键长，而\(C = C\)键的键长又大于\(C≡C\)键的键长，所以乙炔比乙烯活泼，乙烯比乙烷活泼。

键角：分子中两个共价键之间的夹角。键角是描述分子空间构型的重要参数，它反映了分子中原子在空间的排列情况。例如，\(CO_{2}\)分子的键角为\(180^{\circ}\)，分子呈直线形；\(H_{2}O\)分子的键角为\(104.5^{\circ}\)，分子呈V形。