化学键：离子键、共价键与金属键详解

化学键是把原子结合在单质和化合物中的吸引力。在离子键中，一个原子把电子转移给另一个原子，带相反电荷的离子相互吸引；在共价键中，原子共用电子对；在金属键中，金属原子共用一片可自由移动的电子“海”。形成哪种类型，主要取决于原子是金属还是非金属。

原子为什么成键

原子成键，是因为这样能使外层电子达到更稳定的排布，通常是像稀有气体那样的充满外层。只有外层电子，即价电子，参与其中，原子可以给出、夺取或共用它们。每种选择会形成不同类型的键。

离子键通常形成于金属和非金属之间。金属原子失去电子变成阳离子，非金属原子得到电子变成阴离子。相反的电荷强烈吸引，这种吸引力就是离子键。

食盐是经典的例子。钠原子把它唯一的外层电子交给氯原子，形成 Na⁺ 和 Cl⁻。盐的晶体中并没有单独的 NaCl 对。相反，每个 Na⁺ 被六个 Cl⁻ 包围，每个 Cl⁻ 被六个 Na⁺ 包围，形成重复的立方体排列，称为晶格。

离子化合物通常是硬而脆、熔点高的固体：盐在801 °C熔化。它们在固态时不导电，但在熔融或溶于水时导电，因为此时离子可以自由移动。

共价键通常形成于两个非金属原子之间。两个原子都没有足够的拉力从对方夺取电子，所以它们改为共用一对电子。这对共用电子被两个原子核同时吸引，从而把原子结合在一起。以这种方式连接的一组原子称为分子。

在水分子 H₂O 中，氧原子与两个氢原子各共用一对电子。氧原来有6个外层电子，现在周围有8个，每个氢现在有2个，充满了第一层。原子也可以共用两对电子，形成双键，如 O₂；或共用三对电子，形成三键，如 N₂。

许多共价物质的熔点和沸点较低，所以在室温下常常是气体或液体；水在100 °C沸腾。少数物质，如金刚石，形成由共价键构成的巨型网络，极其坚硬。

在金属中，原子把它们的外层电子释放到一个共有的电子池中，这些电子在整块金属中自由移动。剩下的是整齐排列的带正电的金属离子，由这片电子“海”把它们结合在一起。离子与流动电子之间的吸引力就是金属键。

自由电子能传导电流，这就是铜被用来做电线的原因；它们也能传导热量，这就是热汤里的金属勺子很快变热的原因。因为键并不固定在特定的原子之间，离子层可以相互滑动，所以金属会弯曲，并且可以被锤成薄片而不会碎裂。

电负性衡量原子对共用电子的拉力强弱。比较两个原子时，用较大的值减去较小的值。作为粗略的参考，差值小于约0.4表示电子几乎被均等共用（非极性共价键），差值在约0.4到1.7之间表示电子被不均等地共用（极性共价键），差值大于约1.7通常表示离子键。

氯化钠：3.16 − 0.93 = 2.23，所以是离子键。水：氧（3.44）和氢（2.20）相差1.24，所以 O–H 键是极性共价键。氧把共用电子拉得更近，带有少量负电荷，而氢原子则略带正电。氯气 Cl₂：3.16 − 3.16 = 0，所以电子被完全均等地共用。

这些界限只是粗略的指导，不同教科书使用的数值略有差别，因为成键实际上是一个渐变的尺度。有一个捷径在大多数情况下适用：金属 + 非金属得到离子键，非金属 + 非金属得到共价键，金属 + 金属得到金属键。

碱金属碱土金属过渡金属后过渡金属类金属活泼非金属卤素稀有气体镧系元素锕系元素性质未知