共价键形成及特点|基础化学

思考与交流　分析H和Cl的原子结构，你认为H2、Cl2、HCl的形成与氯化钠会是一样的吗？

你也许会问：为什么两个氢原子结合成氢分子，两个氯原子结合成氯分子，而不是3个、4个呢？为什么1个氢原子和1个氯原子结合成氯化氢分子，而不是以其他的个数比相结合呢？

我们以氯原子为例来分析一下氯分子的形成。

氯原子的最外层有7个电子，要达到稳定的8电子结构，都需要获得1个电子，所以氯原子间难以发生电子得失；如果两个氯原子各提供1个电子，形成共用电子对，两个氯原子就形成了8电子稳定结构：

在化学上，常用一根短线“-”表示一对共用电子，所以，氯分子也可以表示为：Cl-Cl。

像氯分子这样，原子间通过共用电子对所形成的相互作用，叫做共价键。

不同种非金属元素化合时，它们的原子之间也能形成共价键，如HCl，它的形成过程可用下式表示：

■资料卡片

表1-3 一些以共价键形成的分子

像HCl这样以共用电子对形成分子的化合物叫做共价化合物。例如，H2O、CO2等都是共价化合物。

思考与交流　你能用电子式表示H2O分子的形成过程吗？

在H2、N2、Cl2这样的单质分子中，由同种原子形成共价键，两个原子吸引电子的能力相同，共用电子对不偏向任何一个原子，成键的原子因此而不显电性，这样的共价键叫做非极性共价键，简称非极性键。而在化合物分子中，不同种原子形成共价键时，因为原子吸引电子的能力不同，共用电子对将偏向吸引电子能力强的一方，所以吸引电子能力强的一方显负电性，吸引电子能力弱的一方显正电性。例如，HCl分子中，Cl吸引电子的能力比H强，共用电子对偏向Cl一方，Cl一方相对显负电性，H一方相对显正电性。像这样共用电子对偏移的共价键叫做极性共价键，简称极性键。H2O、CO2中的共价键也是极性键。

思考与交流　离子化合物与共价化合物有什么区别？(www.xing528.com)

通过学习有关离子键和共价键的知识，我们知道，离子键使离子结合形成离子化合物（如NaCl）；共价键使原子结合形成共价化合物（如HCl）。人们把这种使离子相结合或原子相结合的作用力统称化学键。

一般化学物质则主要由离子键或共价键结合而成。化学键的形成与原子结构有关，它主要通过原子的价电子间的转移或共用来实现的。

表面看来，化学反应不过是反应物中的原子重新组合为产物分子的一种过程，就好像玩积木时的搭接和拆卸过程。其实，在这个过程中，包含着反应物分子内化学键的断裂和产物分子中化学键的形成。如果用化学键的观点来解释H2和Cl2反应的过程，可以把它想象为以下两个步骤：H2和Cl2中的化学键断裂（旧化学键），生成H和Cl；H和Cl结合成HCl，形成了H和Cl之间的化学键H—Cl（新化学键）。

■科学视野

分子间作用力和氢键

我们知道在分子内相邻原子之间存在着化学键，实际上分子之间还存在一种把分子聚集在一起的作用力，叫做分子间作用力，又称范德华力。分子间作用力比化学键弱得多，它对物质的熔点、沸点等有影响。NH3、Cl2、CO2等气体在降低温度、增大压强时能够凝结成液态或固态，就是由于存在分子间作用力。

1-3-3一些氢化物的沸点

一般来说，对于组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大，物质的熔点、沸点也越高。例如，卤素单质，随着相对分子质量的增大，它们的熔点、沸点也相应地升高。

但是，有些氢化物的熔点和沸点的递变却与此不完全符合，如NH3、H2O和HF的沸点就反常（如图1-3-3）。之所以出现这种反常现象，是因为它们的分子之间存在着一种比分子间作用力稍强的相互作用，使它们只能在较高的温度下才能汽化，这种相互作用，叫做氢键。氢键比化学键弱，但比分子间作用力强，所以，也可以把氢键看作是一种较强的分子间作用力。分子间形成的氢键会使物质的熔点和沸点升高，这是因为固体熔化或液体汽化时必须破坏分子间的氢键，消耗较多能量。

图1-3-4　水分子中的氢键

水在液态时，除以单个水分子存在，还含有几个水分子通过氢键结合而形成的（H2O）n（如图1-3-4）。在固体水（冰）中水分子间以氢键结合成排列规整的晶体。由于冰的结构中有空隙，造成体积膨胀、密度小于液态水的密度，所以冰会浮在水面上。氢键在生命现象中也起着重要的作用，如DNA的结构和生理活性都与氢键的作用有关等。