9.6: 共价键和路易斯结构

与离子键相比，离子键是由金属原子与非金属原子之间的电子转移引起的，而共价键则是由于原子相互吸引而形成“共享”原子。对电子。

当两个原子具有相似的吸引电子的倾向时（即，当两个原子具有相同或相当相似的电离能和电子亲和力时），在两个原子之间形成共价键。

共价化合物的物理性质

含有共价键的化合物表现出与离子化合物不同的物理性质。因为电中性的分子之间的吸引力弱于带电离子之间的吸引力，所以共价化合物的熔点和沸点通常比离子化合物低得多。实际上，许多共价化合物在室温下为液体或气体，在固态下，它们通常比离子型固体软得多。此外，尽管离子化合物溶于水时是良好的电导体，但大多数共价化合物不溶于水；由于它们是电中性的，因此在任何状态下都是不良的导体。

共价键的形成

非金属原子经常与其他非金属原子形成共价键。例如，氢分子H ₂ 在其两个氢原子之间包含一个共价键。两个具有特定势能的氢原子彼此接近，它们的价轨道（1 s ）开始重叠。然后，每个氢原子上的单电子与两个原子核相互作用，占据两个原子周围的空间。每个共享电子对两个原子核的强烈吸引使系统稳定，并且随着键合距离的减小，势能减小。如果原子继续彼此接近，则两个原子核中的正电荷开始相互排斥，势能增加。键的长度取决于获得最低势能的距离。

必须记住，必须添加能量才能破坏化学键（吸热过程），而形成化学键则释放能量（放热过程）。在H ₂ 的情况下，共价键非常牢固；必须添加大量能量，即436 kJ，才能破坏一摩尔氢分子中的键并导致原子分离：

相反，当一摩尔H ₂ 分子由两摩尔H原子形成时，会释放出相同量的能量：

路易斯结构

路易斯符号可用于指示共价键的形成，这些键在路易斯结构中显示，该图描述了分子和多原子离子之间的键合。例如，当两个氯原子形成一个氯分子时，它们共享一对电子：

路易斯结构表明，每个Cl原子都有三对未用于键合的电子（称为孤对）和一个共享的电子对（写在原子之间）。有时会用破折号（或线）表示一对共享的电子：＆nbsp; Cl＆mdash; Cl。

单个共享的电子对称为单键。每个Cl原子与八个价电子相互作用：孤对中的六个电子和单键中的两个电子。 但是，一对原子可能需要共享不止一对电子才能达到必需的八偶体。当一对原子之间共享两个电子对时，例如CH ₂ O（甲醛）中的碳原子和氧原子之间以及C _{2中的两个碳原子之间，会形成双键} H ₄ （乙烯）。

• 当三个电子对被一对原子共享时，形成三键，如一氧化碳（CO）和氰化物离子（CN）。
  

元素周期表可用于预测原子中的价电子数量以及将形成的一个八偶体的键数。 18族元素（如氩气和氦气）具有电子结构，因此很少参与化学键合。但是，来自第17组的原子（例如溴或碘）仅需要一个电子即可到达八偶体。因此，属于第17族的原子可以形成单个共价键。第16组原子需要2个电子才能达到一个八偶体；因此它们可以形成两个共价键。同样，属于第14组的碳还需要4个电子才能到达一个八偶体；因此碳可以形成四个共价键。

本文改编自 Openstax，化学2e，第7.2节：共价键和 Openstax，化学2e，第7.3节：路易斯符号和结构。

共价键是非金属元素之间 通过价电子的共享而形成的。但是为什么非金属元素喜欢共享电子 而不是像离子键那样转移它们呢？因为非金属元素具有很高的电离能 所以很难把价电子从一个原子 转移到另一个原子。以一个氨分子为例。氮原子需要另外三个电子 才能达到八位态，而氢原子需要一个电子 才能达到二位态。因此，一个氮原子 与三个氢原子结合，这样就能使氮和氢 都达到稳定的电子构型。由于每一个键共用一对电子，所以称之为单键。共价键中的共享电子对 被称为键对。不参与成键的价电子 称为孤对或非键电子。氧原子有 6 个价电子，因此还需要两个电子才能达到八位态。因此，两个氧原子共用两个电子对 形成双键。另一方面，氮气以 双原子的形式共享三个未配对的电子，形成了一个三键。单键和多键在键长和 强度方面是不同的。三键比双键短，而双键 又比单键短。键的强度随键的多重性而增加。这就是为什么在氮气中很难打破三键，使它相对不活跃。路易斯模型有助于预测分子的结构 和稳定性。根据路易斯模型，H2O 是一种稳定的分子；因为氧和氢都获得了稳定的电子 构型。如果氧只与一个氢原子共享电子，则生成的 OH 分子是不稳定的，因为氧只有 7 个 价电子，不能达到八位态。然而，如果在氧中加入一个额外的电子 来完成八位态，所产生的氢氧化物离子 会带着一个负电荷变得稳定。共价键是定向的，因为共享电子 连接两个特定的原子对。相反，离子键是无方向性的 并且会在晶格中留住几个离子。因此，在共价化合物中，单个分子 被认为是基本单位。