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1鍵參數

能表徵化學鍵性質的物理量稱為鍵參數(bond parameter)。共價鍵的鍵參數主要有鍵能、鍵長、鍵角及鍵的極性。

2鍵能

看鍵能前先看下鍵離解能,298.15k,將1mol氣態雙分子AB的化學鍵斷開成為氣態的中性分子A和B所需要的能量。對於氣態雙分子鍵能和離解能數值相同,對於多原子分子如NH3,三個鍵(N-H)的離解能D1、D2、D3數值不同,N-H鍵的鍵能可表示為:
E =(D1+D2+D3)/3
因此鍵能可定義為平均鍵離解能。鍵能越大,鍵越牢固。
以能量標誌化學鍵強弱的物理量稱鍵能(bond energy),不同類型的化學鍵有不同的鍵能,如離子鍵的鍵能是晶格能,金屬鍵的鍵能是內聚能。化學1中提到的是共價鍵的鍵能。拆開1moLH—H鍵需要吸收436kJ的能量,反之形成1molH—H鍵放出436kJ的能量,這個數值就是H—H鍵的鍵能。如H—H鍵的鍵能為436kJ/mol,Cl—Cl的鍵能為243kJ/mol。不同的共價鍵的鍵能差距很大,從一百多千焦每摩至九百多千焦每摩。一般鍵能越大,表明鍵越牢固,由該鍵構成的分子也就越穩定。化學反應的熱效應也與鍵能的大小有關。鍵能的大小與成鍵原子的核電荷數、電子層結構、原子半徑、所形成的共用電子對數目等有關。

3鍵長

分子中兩個原子核間的平均距離稱為鍵長(bond length)。例如氫分子中兩個氫原子的核間距為76pm,H—H的鍵長為76pm。一般鍵長越長,原子核間距離越大,鍵的強度越弱,鍵能越小。如H—F,H—Cl H—Br,H—I鍵長依次遞增,鍵能依次遞減,分子的熱穩定性依次遞減。鍵長與成鍵原子的半徑和所形成的共用電子對等有關。

4鍵角

一個原子周圍如果形成幾個共價鍵,這幾個共價鍵之間有一定的夾角,這樣的夾角就是共價鍵的鍵角(bond angle)。鍵角是由共價鍵的方向性決定的,鍵角反映了分子或物質的空間結構。例如水水是V型分子,水分子中兩個H—O鍵的鍵角為104度30分。甲烷分子為正四面體型,碳位於正四面體的中心,任何兩個C—H鍵的鍵角為109度28分。金剛石中任何兩個C—C鍵的鍵角亦為109度28分。石墨片層中的任何兩個C—C鍵的鍵角為120度。從鍵角和鍵長可以反映共價分子或原子晶體的空間構型。

5鍵的極性

鍵的極性是由於成鍵原子的電負性不同而引起的。當成鍵原子的電負性相同時,核間的電子云密集區域在兩核的中間位置,兩個原子核正電荷所形成的正電荷重心和成鍵電子對的負電荷重心恰好重合,這樣的共價鍵稱為非極性共價鍵(nonpolar covalent bond)。如H2、O2分子中的共價鍵就是非極性共價鍵。當成鍵原子的電負性不同時,核間的電子云密集區域偏向電負性較大的原子一端,使之帶部分負電荷,而電負性較小的原子一端則帶部分正電荷,鍵的正電荷重心與負電荷重心不重合,這樣的共價鍵稱為極性共價鍵(polar covalent bond)。如HCl分子中的H-Cl鍵就是極性共價鍵。

6鍵級

在分子軌道理論中,常用鍵級大小說明鍵的強度。鍵級定義為;鍵級=成鍵電子數-反鍵電子數/2。鍵級越大,鍵越穩定;鍵級為0,表示不能形成穩定分子。
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