共价键 共价键的本质和“离子键”的本质相同，也是由电子圈相吸引而成的，也是磁键。两个原子生成分子时，如果两个原子的电子圈的半径相

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原创】 化学键的磁本质(上)(2)

　　F=μ0e2v2/4πs2=10-7(1.6×10-19)2(2.2×106)2/（1.72×10-14）2 =4.19×10-5牛。

　　看起来，两个氢原子之间的磁引力并不大。但这种磁引力对每个氢原子的作用效果（加速度）则是巨大的，大得令人惊讶。这个加速度的数值为

　　a=F/m=μ0e2v2/4πs2m=10-7(1.6×10-19)2(2.2×106)2/（1.72×10-14）21.67×10-27=2.508×1022米/秒2

　　两个氢原子在电子圈的磁力的作用下相互靠近，当靠近到一定距离时，原子之间的电斥力就会急剧增大，就像两个近乎刚性的小球相碰撞时所产生的巨大的碰撞力一样。这个巨大的电斥力使氢原子不能再继续靠近，这时候就生成了一个确定的氢分子。在氢分子中，两个氢原子核之间有一个大致稳定的距离，这个大致稳定的距离就是氢分子的键长。这种情况可用图3的能量曲线表示。 图3中的曲线分为两段，两段的交点为A 。A点左方的曲线，表示两原子之间的总能量为斥力能；A点右方的曲线，表示两原子之间的总能量为引力能；A点是两种能量的分界点。但在实际上，由于原子的振动，A点是一个不确定点；A点周围，是一个极小的不确定小区，原子就在这个小区内振动。A点到坐标纵轴的距离，就是两个氢原子核之间的距离，也就是键长。

　　四、磁键的几种形态

　　在化学发展的历史上，曾经把原子与原子相结合时的化学键分为多种类型，比如离子键、共价键、金属键、σ键、π键、配位键、共振等等。现在看来，这多种类型的键从本质上说都是电子圈之间的磁力吸引，因此应该称之为磁键。下面用磁键的观点，对各种类型的化学键进行本质上的剖析。

　　1、离子键

　　过去关于离子键的说法是：一个中性原子的电子被另一个中性原子吸引，生成了一个正离子和一个负离子，正、负离子在相互之间的静电引力作用下结合成了分子；离子键的本质就是静电力。但这就引出了一个问题：为什么一个电中性的原子，还有能力去吸引另一个电中性原子的电子呢？无可奈何的回答是：原子有失去一个电子或得到一个电子而形成稳定的“八隅体”的趋势。这种回答是令人失望的，因为它回避了化学键的力学本质。况且，“八隅体”本来是能够单独地、稳定地存在的，比如各种稀有气体原子的“八隅体”。而通过失去一个电子或得到一个电子所形成的“八隅体”，不是稳定了，而是更加活跃了，它必需结合成分子才能稳定地存在，它一点也不具有单独八隅体原子的化学稳定性。并且，一个刻意回避的问题又跟着过来了，人们不可能不进一步追问，这种“趋势”的力学本质又是什么呢？这仍然是一个难以回答的问题。 事实上，一个处于电中性的原子，是没有多余的静电力去吸引另一个电中性原子的电子的；中性的原子之间的结合，只能是靠原子的电子圈的磁力吸引来实现的。所谓的“离子化合物”，只不过是形成磁键的两个电子圈严重偏近于某一个原子而已。因为“离子化合物”都是由两个电子圈半径（也是原子的半径）相差悬殊的原子结合而成的，所以它们的电子圈的磁矩大小相差也很大。磁矩小的电子圈会向磁矩大的电子圈靠近，这是电子圈组严重偏近於某一个原子的根本原因。正是这种原因，造成了分子的强极性特点，而且这种分子的键长也很长。

　　在通常情况下，无论是在物体中还是在溶液中，物质都是以分子形式存在的。在“离子化合物”晶体中，由于分子的极性很强，致使分子之间的极性引力很大，从而导致分子之间的距离很短，短得和分子内的键长几乎相等，所以看起来就好像晶体是由离子组成的；但本质上并不是这样，本质上晶体仍然是由分子组成的。通常情况下，在“离子化合物”的水溶液中，原先处于固体中的分子，被水分子冲涮进入水中，但并没有变成离子，而仍是以分子形态存在的。如果对这种溶液加上电压，当电压很小时，并没有电流产生；当电压超过某一数值U0时，溶液中才开始有电流出现。这种现象就说明，当电压小于U0时，溶剂分子还没有被电离，溶液中还没有离子；当电压大于U0时，溶剂分子才被电离，溶液中才出现离子。U0就是电离电压，没有这个电离电压，分子是不会电离成离子的。

　　当然，在特殊的条件下，比如温度很高、电场很强、粒子轰击等条件下，是会有离子存在的。

　　2、共价键 共价键的本质和“离子键”的本质相同，也是由电子圈相吸引而成的，也是磁键。两个原子生成分子时，如果两个原子的电子圈的半径相同，则成键电子圈组就会居於两个原子核连线的正中间，所成的分子就没有极性；如果两个原子的电子圈的半径不同，则成键电子圈组就会偏近於半径小的原子，所成的分子就有极性，极性的大小取决于偏近的程度。

　　一般地说，在元素周期表中，如果是左边的元素和右边的元素化合，则分子中的电子圈组会偏向於右边的元素；如果是上边的元素和下边的元素化合，则分子中的电子圈组会偏向於上边的元素。

　　原子与原子之间可以只有一对电子圈成键，也可以有多对电子圈成键。由一对电子圈所成的键，即为单键，也就是过去所称的“σ键”。由多对电子圈所成的键，即为复键，也就是过去所称的“π键”。

　　π键又有双键和叁键之分。双键是由两对电子圈形成的，每个原子各用两个电子圈成键。在氧气分子O2中，就是这样的双键。叁键是由三对电子圈形成的，每个原子各用三个电子圈成键。在氮气分子N2中，就是这样的叁键。O2分子和N2分子的电子圈结构（磁结构），如图4所示。

　　由于磁能和距离不呈线性关系，所以，单键、双键和叁键的键能，也不是成正比例增加的。目前在技术上还无法测定电子的位置，所以对各种键的键能，目前还无法进行理论计算，只能靠实验测定。

　　在通常情况下，复键最多只能达到叁键，这是由原子最外层的电子圈的结构特征决定的。这种特征就是原子的最外层电子圈的中心按正四面体排布的特征，下面还要细讲。

　　3、共振

　　在过去的化学键理论中还有一种“共振论”， 共振论试图解释电子不能配对时的化学键问题。由于这部分内容涉及到原子的电子圈结构，所以把它放到后面再细讲。

　　4、金属键

　　金属原子的最外层电子很少，一般不超过两个，这些电子离核很远，所受核

　　的引力很小。所以，可以把金属原子的结构看成是由两部分组成，即内部的原子实和原子实外部的一到两个电子组成。对于两个金属原子，如果只考虑静电力的作用，那它们是不会相互吸引的，因为它们都是电中性的。它们之间的吸引力，也是电子圈之间的磁力。两个金属原子靠电子圈的磁力结合在一起，形成一个金属分子。大量金属分子靠分子之间的引力往一起凝聚，当凝聚得非常靠近时，就会出现“电子胶”效应；也就是在原子实和原子实之间，任何瞬时只有一层电子相隔，这层电子的库仑力，像胶粘剂一样把两侧带正电的原子实粘在了一起，形成了金属晶体。电子胶效应只能发生在金属中，这是因为金属原子的最外壳层中，只有一个或两个电子，这就能使得原子实和原子实之间，任何时候都只有一层电子；任何时候都不会发生电子层重叠。如果电子层重叠了，重叠的电子层之间就会产生相斥作用；这种相斥作用不会使原子相互凝聚，而会使原子相互斥离。非金属分子也会靠分子间的力凝聚在一起，但由于它的原子最外层的电子数目多，会使原子实之间相隔两层电子，所以不能出现“电子胶”效应。一般地说，金属中的“电子胶”的粘合力要比磁键的结合力大，因为“电子胶”的本质是库仑力。