Chemistry Labs

10年级

离子键、共价键、金属键

比较离子吸引、共用电子对与离域金属电子;用成键模型解释固体导电、熔化和脆性的差异。

直觉直觉:粒子与变化

盐晶体易碎,铜能导电,蜡在较低温度熔化。它们的结构不同,原子和离子之间的结合方式也不同。

切换键型:电子转移(离子键)、共用电子对(共价键)或自由电子“海洋”(金属键)。
氯化钠(岩盐结构 NaCl)的三维晶格,面心立方中 Na⁺ 与 Cl⁻ 交替排列。
NaCl 岩盐型晶胞:每个钠离子被 6 个氯离子包围,反之亦然。

中学阶段学校内容:模型与规则

定义: 核心概念

离子固体靠异号离子间静电吸引;共价键在原子间共享电子密度;金属晶体由离域价电子结合带正电的原子实。

氯化钠是离子晶格,而非独立 NaCl 分子集合。电子转移是便于理解的模型;晶体稳定性来自整个晶格的吸引。

三种键合模型
键类型结合方式典型性质
离子异号离子间的吸引脆;熔融或溶解时导电
共价共用电子对分子晶体软;原子晶体很硬
金属离域电子结合阳离子晶格固态导电;有延展性
Na→NaX++eX−,Cl+eX−→ClX−\ce{Na -> Na+ + e-},\qquad \ce{Cl + e- -> Cl-}
NaX++ClX−→NaCl(s)\ce{Na+ + Cl- -> NaCl(s)}

例题: 例题

为什么固态氯化钠不导电,而熔融态可以导电?

解答

固态晶格中的离子被固定,不能传递电荷;熔融后离子可移动并输运电荷。

例题: 第二个例子

铜、NaCl 晶体、干糖,哪个固态能导电?

解答

只有铜:金属键的电子可移动而导电。NaCl 仅在熔融或溶解时导电;糖不导电。

共价键形成 H₂O 等分子,也可形成金刚石等共价网络。金属因电子可移动而导电;离子固体在熔融或溶液中离子可移动时导电。

采用哪种模型取决于原子种类及电负性:NaCl 为离子键、H₂O 为共价键、Cu 为金属键。真实键合是这些理想情形之间的连续谱。

大学进一步理解

更深入地看,应按涉及粒子和守恒量来归类观察现象;模型用于描述电荷、电子密度或粒子计数,应选择能解释测量证据的最简模型。

例题: 计算与应用例题

将 Cl–Cl、C–H、Na–Cl 按离子性由小到大排序。

解答

Cl–Cl(Δχ = 0,非极性共价键)< C–H(Δχ ≈ 0.35,弱极性共价键)< Na–Cl(Δχ ≈ 2.2,主要为离子键)。