化學鍵：離子鍵、共價鍵與金屬鍵

化學鍵是把原子結合在元素和化合物中的吸引力。在離子鍵中，一個原子把電子轉移給另一個原子，帶相反電荷的離子互相吸引；在共價鍵中，原子共用電子對；在金屬鍵中，金屬原子共用可自由移動的「電子海」。形成哪一種鍵，主要取決於原子是金屬還是非金屬。

原子為什麼會鍵結

原子鍵結是因為這能讓它們達到更穩定的外層電子排列，通常是像惰性氣體那樣填滿的外層殼層。只有外層電子，也就是價電子，會參與其中，原子可以把它們給出去、拿過來或共用。每一種選擇會形成不同類型的鍵。

離子鍵通常形成於金屬和非金屬之間。金屬原子失去電子變成陽離子，非金屬原子得到電子變成陰離子。相反的電荷強烈互相吸引，這種吸引力就是離子鍵。

食鹽是經典的例子。鈉原子把它唯一的外層電子給了氯原子，形成 Na⁺ 和 Cl⁻。食鹽晶體中並沒有獨立的 NaCl 對。相反地，每個 Na⁺ 被六個 Cl⁻ 包圍，每個 Cl⁻ 也被六個 Na⁺ 包圍，形成重複的立方體圖案，稱為晶格。

離子化合物通常是堅硬、易碎、熔點高的固體：食鹽的熔點是 801 °C。它們在固態時不導電，但熔化或溶於水時就能導電，因為此時離子可以自由移動。

共價鍵通常形成於兩個非金屬原子之間。兩個原子的拉力都不夠大，無法從對方那裡奪走電子，所以改為共用一對電子。共用的電子對同時被兩個原子核吸引，從而把原子結合在一起。以這種方式連接在一起的原子團稱為分子。

在水分子 H₂O 中，氧原子與兩個氫原子各共用一對電子。氧原本有 6 個外層電子，現在周圍有 8 個，而每個氫現在有 2 個，也就是填滿的第一層殼層。原子也可以共用兩對電子，形成像 O₂ 中的雙鍵，或共用三對電子，形成像 N₂ 中的參鍵。

許多共價物質的熔點和沸點很低，所以在室溫下常是氣體或液體；水的沸點是 100 °C。少數物質，如鑽石，則形成巨大的共價鍵網狀結構，而且極為堅硬。

在金屬中，原子把外層電子釋放到共用的電子池中，這些電子可在整塊金屬中自由移動。留下的是規則排列的金屬陽離子，被這片「電子海」結合在一起。離子與移動電子之間的吸引力就是金屬鍵。

自由電子能傳導電流，這就是銅被用來做電線的原因；它們也能傳導熱，這就是熱湯裡的金屬湯匙很快會變熱的原因。因為鍵結並不固定在特定的原子之間，離子層可以彼此滑動，所以金屬可以彎曲，也能被鎚成薄片，而不會碎裂。

電負度衡量原子對共用電子的拉力有多強。要比較兩個原子，用較大的值減去較小的值。粗略的指引是：差值小於約 0.4，表示電子幾乎平均共用（非極性共價鍵）；差值在約 0.4 到 1.7 之間，表示電子不平均共用（極性共價鍵）；差值大於約 1.7，通常表示離子鍵。

氯化鈉：3.16 − 0.93 = 2.23，所以是離子鍵。水：氧（3.44）和氫（2.20）相差 1.24，所以 O–H 鍵是極性共價鍵。氧把共用電子拉得更近，帶有少許負電荷，而氫原子則略帶正電。氯氣 Cl₂：3.16 − 3.16 = 0，所以電子是完全平均地共用。

這些界線只是粗略的指引，各教科書使用的數字略有不同，因為鍵結其實是一個連續漸變的範圍。有個捷徑在大多數時候都適用：金屬 + 非金屬形成離子鍵，非金屬 + 非金屬形成共價鍵，金屬 + 金屬形成金屬鍵。

鹼金屬鹼土金屬過渡金屬後過渡金屬類金屬反應性非金屬鹵素惰性氣體鑭系元素錒系元素性質未知