化学键的类型Types of Chemical Bonds

同样是“两个原子连在一起”

$\ce{H2}$、HCl、NaCl 和一块铜，里面都有原子和原子连在一起，性质却天差地别：$\ce{H2}$ 是气体，NaCl 是硬而脆的晶体，铜能导电、能拉成丝。2.4 章分别学过共价键、离子键和金属键。AP U2.1 要求更进一步：由参与成键的元素本身的性质，预测会形成哪种键，并说出理由。

键型取决于电子怎样被“分”

成键的关键是价电子。两个原子吸引电子的能力（电负性）谁大谁小，决定了电子怎样分配：

• 平均共用： 两个原子的电负性相同（如 H–H、Cl–Cl），共用电子对不偏不倚，是非极性共价键nonpolar covalent bond。
• 偏向一方： 电负性不同，共用电子对偏向电负性大的原子，是极性共价键polar covalent bond。电负性大的一端带部分负电荷partial negative charge δ−，另一端带部分正电荷 δ+。电负性差越大，部分电荷越大，键的极性越强。
• 几乎完全转移： 金属的电负性和电离能都低，非金属的电负性高，电子几乎完全从金属转到非金属，形成带整数电荷的阴、阳离子，靠库仑吸引结合，是离子键。
• 大家一起共用： 金属原子都容易失去价电子，这些电子不属于某一对原子，而是在整块金属里自由移动，是金属键。

两条经验规则

规则一：看元素的类别。 金属和非金属之间一般是离子键；非金属和非金属之间是共价键；金属和金属之间是金属键。

规则二：看电负性差 ΔEN。 下面的界线只是经验，不同教材略有不同：

（电负性用鲍林标度的修订值，如 H 2.20、C 2.55、O 3.44、F 3.98、Na 0.93、Cl 3.16。）

极性看的是电负性差，不是看两个原子是不是同一种元素。C（2.55）和 S（2.58）、P（2.19）和 H（2.20）是不同的元素，电负性却几乎相等，它们之间的键基本没有极性，可以看作非极性共价键。比较一组化合物的离子性，也是比较其中键的 ΔEN：Na–Cl（2.23）的离子性比 Mg–Cl（1.85）强，Mg–Cl 又比 Al–Cl（1.55）强。

键型是连续的

键型不是突然从一类跳到另一类，而是连续变化的。所以两条规则偶尔会“打架”：

• Al 和 Cl： 金属和非金属，按规则一是离子键；可 ΔEN 只有 1.55，共价成分相当明显。事实上 $\ce{AlCl3}$ 在气态时以分子形式存在。
• H 和 F： ΔEN 是 1.78，按规则二像离子键；可两个都是非金属，电子并没有完全转移，HF 是由分子构成的极性很强的共价化合物。

遇到这种情况，AP 期待你同时说出两方面：元素的类别，以及电负性差说明了键的极性（或离子性）有多大。即使是 NaCl，键里也有一点点共价成分；即使是极性很强的共价键，原子上也只是部分电荷，不是离子。

一种物质里可以有两种键

由多原子离子构成的化合物同时含有离子键和共价键。以 $\ce{NH4Cl}$ 为例：$\ce{NH4+}$ 内部，N 和 4 个 H 之间是共价键；$\ce{NH4+}$ 和 $\ce{Cl-}$ 之间是离子键。$\ce{NH4Cl}$ 里根本没有金属元素，却有离子键：遇到多原子离子，要把它当作一个整体的离子来看。NaOH（$\ce{OH-}$ 中的 O–H 键）、$\ce{CaCO3}$（$\ce{CO3^2-}$ 中的 C–O 键）、$\ce{KNO3}$ 也是这样。

选两种元素，看看电负性差把它们放在连续谱的哪里，再展开拓展部分的键型三角形：

例题 1：给键的极性排序

把 C–H、N–H、O–H、F–H 四种键按极性从小到大排列，并指出每个键中带部分负电荷的原子。

例题 2：由元素的性质预测键型

预测下列物质中的化学键类型，并用参与成键的元素的性质说明理由：(1) MgO；(2) $\ce{SiO2}$；(3) 黄铜中铜和锌之间。

常见误区

即时小测

AP 自由作答题

小结

• 键型取决于成键电子怎样分配：平均共用（非极性共价键）、偏向一方（极性共价键，δ+/δ−）、几乎完全转移（离子键）、在许多金属原子之间共享（金属键）。
• 两条经验规则：看元素是金属还是非金属；看电负性差（约 0.4 和约 1.7 两条界线）。
• 键型是连续的：电负性差越大，键的极性（离子性）越强。两条规则不一致时（如 HF、$\ce{AlCl3}$），要同时说明两方面。
• 含多原子离子的化合物（如 $\ce{NH4Cl}$、$\ce{KNO3}$）同时有离子键和共价键。