化學鍵的種類分為三種,ionic bonding(離子鍵),covalent bond(共價鍵),metallic bond(金屬鍵)。
我將分三個專題分別講解,這裡先講ionic bond(離子鍵)。
知識點總結(key points):
1. ionic bonding(離子鍵)的構成:metal+non-metal
形成過程:electron transfer (電子的轉移)
(金屬失去電子,非金屬得到電子)
Na原子核外電子排布2,8,1
Cl原子核外電子排布2,8,7
每個原子都非常希望達到最外層為2電子(第一層為最外層時)或者8電子的穩定結構。
對Na原子而言,失去一個電子更容易達到穩定結構
對Cl原子而言,得到一個電子更容易達到穩定結構
所以:Na原子將最外層的一個電子轉移給了Cl原子。
電子轉移之後,Na原子失去一個電子變成了Na+(sodium cation)
Cl 原子得到一個電子變成了Cl-(chloride anion)
二者之間的electrostatic attraction force(靜電吸引力)就被稱為ionic bond(離子鍵)。
一個cation吸引一個anion,然後正負電荷相抵消,就形成了NaCl這個ionic compound。
再舉一個ionic compound的例子:(請看好步驟哈)
Kpotassium(metal)和sulfur(non-metal)組成的離子化合物會是怎樣的呢?
step 1:畫出K原子和S原子的核外電子排布。
(建議畫核外電子時,按下方視頻中的順序去畫,當電子個數少於4個時,都畫成單個電子;當電子個數超過4個時,再將電子配成一對兒去畫)
當然啦,由於電子轉移只發生在最外層的電子,所以其實只畫最外層就可以啦,如下圖:(請記住畫最外層電子的順序也是參考上方視頻哈!)
step 2:分析:
1個K原子要想達到穩定狀態需要失去1個電子,所以這1個電子從K轉移到S。
一個S原子要想達到穩定狀態需要得到2個電子(因為它最外層只有6個,還要2個才能達到8個)。
但是1個K原子只能給S原子1個電子,怎麼辦呢?再來1個K原子,新來的K原子想要達到穩定狀態也需要失去1個電子,這1個電子也從K轉移到S,這時S就可以得到2個啦。
step 3:畫出最終的ionic bond:
第一個K原子給出1個電子,變成1個potassium cation,第二個K原子也給出1個電子,也變成1個potassium cation,所以這兩個potassium cation都要擁有姓名。
這一個S原子得到2個電子,就變成1個sulfur anion。
最終畫成如下圖所式:
當然了,那兩個potassium cation長得一摸一樣,所以你也可以寫成下面這種形式:
N.B.
(右上角代表得失電子之後該離子所帶電荷(帶幾個正電荷或帶幾個負電荷)。
K原子中有19個質子(帶正電)和19個電子(帶負電),失去1個電子之後,核內質子數依然是19個,但電子數變成了18個,所以K原子就變成了帶1個單位正電荷的離子(cation),所以它的右上角寫的是1+,其中的1可以省略。
S原子有16個質子(帶正電)和16個電子(帶負電),得到2個電子之後,核內質子數依然是16個,但電子數變成了18個,所以S原子就變成了帶2個單位負電荷的離子(anion),所以她的右上角寫的是2-。)
三者之間的electrostatic attraction force(靜電吸引力)也被稱為ionic bond(離子鍵)。
兩個cation吸引一個anion,然後正負電荷相抵消,就形成了K2S這個ionic compound。
所以你知道為什麼sodium chloride的化學式是NaCl,1個Na和1個Cl,而potassium sulfide 的化學式卻是K2S,2個K和1個S了嗎?
這裡如果你能理解,那麼之後的化合價的學習一定沒有問題啦!
2. ionic bonding(離子鍵)對應的化合物ionic compound(離子化合物)的結構:
(這裡借用一張網絡圖片來解釋,因為我實在畫不出這麼複雜的圖了 -_-||。)
這裡面紫色的微粒代表cation,綠色的微粒代表anion,正負電荷相互吸引,而且引力非常強,一般情況下不容易被破壞。這種結構有一個專屬名詞:lattice(晶格)。你會發現這裡面的cation和anion很多,而且排列還挺有規則的,那麼我要告訴你的是,這也只是這個ionic compound的結構的冰山一角,這個ionic compound的結構是按這個結構的排列方法一直往外延伸的,所以這個ionic compound的結構非常大,所以有時我們也說它的結構是giant ionic structure(大離子鍵結構)。
3. ionic compound(離子化合物)的性質:
結構決定性質。就是因為ionic compound具有上述結構,所以才會顯現出以下性質:
property 1:high melting point
原因:strong bonds between cations and anions
(由於正負電荷之間的靜電引力比較強,所以想要破壞就比較難,對應化合物熔沸點一般就比較高)
property 2:do not conduct electricity when solid
原因:have no mobile ions
(由於正負電荷之間的靜電引力將cation和anion緊緊吸引在一起,都不能自由移動,而導電需要有自由移動的電子或離子的存在)
property 3:conduct electricity when molten/aqueous
原因:have mobile ions
(molten就是加高溫去破壞陰陽離子之間的靜電引力,被破壞之後cation和anion就都恢復自由身了,就滿足導電的條件了;而aqueous就是將離子化合物放入水中,形成溶液,水分子作為外來分子,會用自身的力量去把cation和anion拉開,例如下圖,水分子將Na+和 Cl- 分別拉開,然後在每個離子周圍形成一個包圍圈,所以ions就在這樣的包圍中恢復了自由身。)
專業術語(terminology):
參考資料:
[1] Bryan Earl,Doug Wilford. Cambridge IGCSE Chemistry[M]. London: HODDER EDUCATION AN HACHETTE UK COMPANY. 2014: 1-301;
[2] David Besser. Cambridge IGCSE Chemistry Study and Revision Guide[M]. London: HODDER EDUCATION AN HACHETTE UK COMPANY. 2017: 1-122;
[3] 圖片來源:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Rubidium-chloride-CsCl-structure-3D-ionic.png