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化學鍵深度解讀
化學鍵深度解讀
更新时间:2025-04-02 14:25:16

更多消息,請關注公衆号--“康橋電池能源CamCellLab”

C博士專欄 ,專注于電池電化學領域的博士及專家們的專欄。本欄目特邀請公衆号“康橋電池能源CamCellLab”的特約撰稿人查爾斯博士,他多年從事電池電化學方面的研究工作。去年他在本公衆号開專欄,介紹電池知識,獲得很好的反響。今年他開始介紹一些大學化學知識,非常精彩,看内容!

化學鍵深度解讀(C博士專欄三)1

圖1:烏克蘭洞穴深處發現的石膏晶體

圖1是在烏克蘭洞穴深處發現的石膏晶體由 CaSO4·2H2O組成。鈣離子和硫酸根離子在原子尺度上通過離子鍵結合,令人驚奇的是,這種原子尺度的離子鍵結合可以形成特征晶體形狀,而被人類通過肉眼所識别。

化學鍵深度解讀(C博士專欄三)2

圖2:金屬鈉與氯氣反應生成離子化合物氯化鈉。

通過離子鍵結合形成的物質可以叫做離子化合物。通常是由元素周期表左側的金屬與右側的非金屬(不包括稀有氣體有氣體,第 18 族)相互作用産生的。例如,當金屬鈉 Na(s) 與氯氣 Cl2(g) 接觸時,會發生劇烈反應。這種放熱的反應的産物是氯化鈉,NaCl(s):

化學鍵深度解讀(C博士專欄三)3

化學鍵深度解讀(C博士專欄三)4

圖3:氯化鈉的晶體結構。

氯化鈉由以三維陣列排列的 Na 和 Cl-離子組成。

從 Na 生成 Na 和從 Cl2 生成 Cl- 表明:鈉原子失去了一個電子,而這個電子被氯原子得到了。也就是說,電子從Na 原子轉移到 Cl 原子。原子有兩個性質來表明電子轉移的難易程度:電離能,表示電子從原子中移出的難易程度;電子親和力,它衡量一個原子獲得電子時釋放的能量。

當一個原子很容易放棄一個電子(低電離能)而另一個原子很容易獲得一個電子(高電子親和力)時,就會發生電子轉移以形成帶相反電荷的離子。因此,NaCl 是一種典型的離子化合物,因為它由低電離能的金屬和高電子親和力的非金屬組成。使用劉易斯符号,我們可以将此反應表示為

化學鍵深度解讀(C博士專欄三)5

藍色箭頭表示電子從 Na 原子轉移到 Cl 原子。每個離子都有一個八電子穩定結構,Na 的電子排列是2s22p6 ,也就是失去3s價電子後的電子構型。我們在氯離子周圍放置了一個括号,以強調所有八個電子都位于它上面。

離子化合物具有幾個特性。它們通常是具有高熔點的脆性物質。它們通常是結晶的。此外,離子化合物通常可以裂解,也就是說,它們沿着光滑、平坦的表面分開。這些特性是由靜電力産生的,該靜電力将離子保持在剛性、邊界明确的三維排列中,如圖 3 所示。

下期劇透:形成離子鍵的能量

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