9.8: 键极性、偶极矩和离子性百分比

键极性

两个键合原子的电负性差异（ΔEN）的绝对值提供了键合中预期的极性的粗略量度，并因此提供了键合类型的粗略度量。当差异很小或为零时，键为共价键和非极性键。较大时，键为极性共价键或离子键。在键H，H，Cl和NaCl中原子之间的电负性差异的绝对值分别为0（非极性），0.9（极性共价）和2.1（离子性）。

原子之间电子共享的程度从完全相等（纯共价键）到根本不存在（离子键）。

• 例如，HF中的H和F原子的电负性差异为1.9，而NH ₃ 中的N和H原子的差异为0.9，但是这两个化合物形成的键为被认为是极性共价的。
• 同样，NaCl中的Na和Cl原子的电负性差异为2.1，而MnI ₂ 中的Mn和I原子的差异为1.0，但是这两种物质均形成离子化合物。

关于键的共价或离子特性的最佳指南是考虑所涉及原子的类型及其在元素周期表中的相对位置。

• 两种非金属之间的键通常是共价键。
• 金属与非金属之间的键合通常是离子性的。

某些化合物同时包含共价键和离子键。多原子离子中的原子，例如OH ^＆ndash; ，NO ₃ ^＆minus; ，＆nbsp;和NH ₄ ⁺ 通过极性共价键结合在一起。然而，这些多原子离子通过与相反电荷的离子结合而形成离子化合物。例如，硝酸钾KNO ₃ 包含K ⁺ 阳离子和多原子NO ₃ ^＆minus; 阴离子。因此，硝酸钾中的键是离子性的，这是由于离子K ⁺ 与NO ₃ ^＆sups＆s 之间的静电吸引以及共价键引起的。 ₃ ^＆minus; 中的氮和氧原子之间的关系。

分子极性和偶极矩

该键矩可以表示为矢量，该矢量既具有方向又具有大小。偶极子矢量显示为箭头，指向从负电性较弱的原子向负电性更高的原子的键。在负电性较低的一端绘制一个小加号，以表示该键的部分正端。箭头的长度与两个原子之间的电负性差异的大小成正比。

当一个分子包含多个键时，必须考虑其几何形状。如果分子中的键排列成使得它们的键矩抵消（向量和等于零），则该分子是非极性的。这就是CO ₂ 中的情况。每个键都是极性的，但是分子整体上是非极性的。根据路易斯结构，并使用价层电子对互斥理论（VSEPR），确定CO ₂ 分子是线性的，在碳原子的相对侧具有极性C = O键。键矩抵消，因为它们指向相反的方向。在水分子的情况下，路易斯结构再次表明与中心原子存在两个键，电负性差异再次表明这些键中的每个键具有非零键矩。然而，在这种情况下，分子结构由于O上的孤对而弯曲，并且两个键矩不会抵消。因此，水确实具有净偶极矩，并且是极性分子（偶极子）。

本文改编自 Openstax，化学2e，第7.2节：共价键合和Openstax，化学2e，第7.6节：分子结构和极性。

化学键的类型，无论是 非极性共价键、极性共价键还是离子键，很大程度上取决于 键合原子之间的电负性差异 和它们的键长。在溴中，两个溴原子之间的键 是非极性的，因为它们之间的电负性 差别为零。在溴化氢中，这个键是极性共价键 因为电负性更强的溴会吸引电子 密度远离电负性较小的氢原子。在溴化钾中，这个键是一种离子键，因为电负性的差异较大，导致 从钾到溴化物的完全电子转移。当两个同样，但带相反电荷的 粒子相隔一定距离时就会形成偶极子。偶极子的定量测量 称为偶极矩，用字母mu（μ）表示，它是电荷量 Q（以库仑为报告单位）和电荷之间的距离 r（以米为报告单位）的乘积。偶极矩以德拜单位表示，其中，1 德拜等于 3.34 x 10^30 C*m。一种化合物是极性共价还是离子性共价 可以通过计算离子性质百分比来确定，它是一个键的测得偶极矩 与假定完全电子转移的偶极矩 之比。离子性质大于 50%的键被认为是离子键。以氟化氢为例，其中氢原子和氟原子 之间的距离为 92 pm。如果这个键是离子性的，偶极矩的 计算是在假设完全电子转移的情况下。电子的电荷乘以 原子间的距离所得的值 除以 1 德拜，就会得到 偶极矩为 4.41 D。然而，实验测得的 氟化氢偶极矩 为 1.18 D。因此，要测定 氟化氢的离子性质百分比，测量值 1.18 D 除以 4.41 D，得到 41%的离子性质百分比。由于氟化氢的离子性质百分比 小于 50%它是一个极性共价键。