化学键的基本概念

离子键

波恩-哈伯循环

Born-Haber cycle for formation of NaCl

库仑定律

\[ F \propto \frac{Q_1 Q_2}{r^2} \]

晶格能

\[ E \propto \frac{Q_1 Q_2}{r} \]

令 U 表示离子晶体的晶格能。在静电模型下，不妨设 U 主要由离子间的库仑势能决定。则有如下比例关系：

\[ U \propto \frac{\left| Q_+ Q_- \right|}{d} \]

其中，Q₊ 与 Q_- 分别表示阳离子和阴离子的电荷数，d 表示相邻异性离子的中心间距（即 d = r₊ + r_-）。

对于给定的两个离子化合物 A 与 B，其晶格能分别为 U_A 与 U_B，则有：

• 电荷的主导性： 若 \(\left| (Q_+ Q_-)_A \right| > \left| (Q_+ Q_-)_B \right|\)，且 \(d_A, d_B\) 之比在通常的离子半径变化范围内，则必有

  \[ U_A > U_B \]

  即：晶格能随电荷乘积的增加而显著增加。

• 距离的修正性： 若 \(|(Q_+Q_-)_A| = |(Q_+Q_-)_B|\)，且 \(d_A < d_B\)，则有

  \[ U_A > U_B \]

  即：在电荷乘积恒定的条件下，晶格能随离子间距的减小而增加。

注：尽管 U 同时依赖于 Q 和 d，但考虑到 Q 取整数值且变化通常为倍数级（如 1 至 4），而 d 的变化范围相对有限，故在定性分析中，电荷乘积 |Q₊Q_-| 视为 U 的主导变量，距离 d 视为次要变量。

共价键

直觉：键数越多，键长越短。

八隅体规则 (The Octet Rule)

原子通过化学键结合，使得其价电子层电子数量为 8 个。

路易斯点结构

形式电荷 (Formal Charge)

一个假设“电子完全均分”的共价模型修正补丁。

氧化数 (Oxidation Number)

一个假设“电子完全归属电负性强者”的离子模型近似。

共振结构

不是振荡，式波函数的叠加（杂化）。

\(\ce{O=O-O <-> O-O=O}\)

键极性

鲍林电负性

物质	键	ΔEN	离子性百分数 (约)	结论
F₂	F−F	4.0−4.0=0	0%	纯共价
CH₄	C−H	2.5−2.1=0.4	4%	非极性共价
HCl	H−Cl	3.0−2.1=0.9	19%	极性共价
HF	H−F	4.0−2.1=1.9	50%	极性极强 (分界线)
NaCl	Na−Cl	3.0−0.9=2.1	67%	离子键
CsF	Cs−F	4.0−0.7=3.3	92%	极强离子键

偶极矩

\[ \mu = Q \times r \]

其中，Q 表示有效电荷，r 代表键长。