《醫(yī)用化學(xué)》 一、化學(xué)鍵的概念

分子或晶體中相鄰原子間強烈的相互作用力稱為化學(xué)鍵。化學(xué)鍵的基本類型有：離子鍵（電價鍵）、共價鍵、配價鍵和金屬鍵等。

以陽離子和陰離子之間靜電引力形成的化學(xué)鍵 叫離子 鍵。

分子中原子間通過共享電子對所形成的化學(xué)鍵為共價鍵。

配價鍵是一種特殊的共價鍵，其共享電子對是一個原子單獨提供的。這種由一個原子單獨提供一對電子與另一個原子共享所形成的共價鍵，叫配位共價鍵，簡稱配價鍵。

自1916年劉易斯提出經(jīng)典的共價鍵理論以來，共價鍵理論有了很大的發(fā)展?，F(xiàn)代共價鍵理論有兩種，一是價鍵理論，二是分子軌道理論。本書不介紹軌道理論。

（一）價鍵理論的基本要點

價鍵理論，又稱電子配對法，其基本要點如下：

1.具有自旋相反的未成對電子的兩個原子相互接近，可以形成穩(wěn)定的共價鍵。

如果A、B兩個原子各有一個自旋相反的未成對的電子，那么這兩個未成對電子可以相互配對形成穩(wěn)定的共價鍵，這對電子為A、B兩原子所共有。如果A、B各有兩個或三個未成對的電子，則自旋相反的單電子可兩兩配對形成共價鍵或叁鍵。

如果A原子有兩個未成對電子，B原子有一個未成對電子，那么一個A原子能與兩個B原子結(jié)合形成AB2型分子。

2．原子中未成對的電子數(shù)等于原子所能形成的共價鍵數(shù)目。

共價鍵是由成鍵原子中自旋相反的未成對電子配對形成的。一個原子的一個電子和另一個原子的一個電子配對以后，不能再和第二個電子配對。因為這時其中必有兩個電子的自旋方向相同而相斥。也就是說一個原子所能形成共價鍵的數(shù)目是一定的。原子中未成對的電子數(shù)等于原子所能形成的共價鍵數(shù)目，這就是共鍵價的飽和性。例如，H原子只有一個未成對電子，它和另一個H原子的未成對電子配對后，就不能再與第二個H原子的電子配對了。

3.成鍵電子的電子云重疊越多，核間電子子云密度越大，形成的共價鍵越牢固。

共價鍵的生成是由于自旋相反的單電子相互配對，電子云重疊的結(jié)果。因此，當(dāng)兩個原子形成分子時，電子云重疊的程度越大，則兩原子間的電子云密度越大，生成的共價鍵越牢固，所以，在形成共價鍵時，電子云總是盡可能達(dá)到晨大程度的重疊，這叫電子云最大重疊原理。

根據(jù)電子云最大重疊原理，在形成共價鍵時，原子間總是盡可能沿著電子云最大重疊方向成鍵。s電子云呈球形對稱分布，p、d、f電子云在空間都有一定的伸展方向。在形成共價鍵時，除了s電子云和s電子云可以在任何方向上都能達(dá)到最大程度的重疊外，p、d電子云的重疊，只有在一定方向上才能使電子云有最大程度的重疊。即共價鍵是有方向性的。例如，當(dāng)氫原子1s電子云和氯原子的3p電子云重疊形成HCL分子時，氫原子的1s電子云總是沿著氯原子未成對電子的3p電子云對稱軸方向作最大程度的重疊（圖4-9（a））。其他方向都不能形成穩(wěn)定的分子（圖4-9（b）（c））。

圖4-9　氫原子的1s電子云與氧原子的3Pχ電子云的三種重疊情況

（二）共價鍵的類型

共價鍵有兩種成鍵方式。一種是電子云以：“頭碰頭”方式相重疊，電子云及重疊部分沿鍵軸（兩核間連線）呈圓柱形對稱分布，重疊部分繞軸旋轉(zhuǎn)任何角度形狀不會改變，這種鍵叫σ鍵。另一種是成鍵的兩個電子云的對稱軸相平行，以“肩并肩”方式相重疊，電子云重疊部分對通過鍵軸的一個平面具有對稱性，這種鍵稱為π鍵。

例如在N2分子中，氮原子的電子層結(jié)構(gòu)為1s22s22p1x2p1y2p1z三個未成對的p電子分占三個互相垂直的p軌道。當(dāng)兩個氮原子結(jié)合成N2分子時，px電子云沿x軸方向以“頭碰頭”方式重疊形成一個σ鍵，每個原子剩下的兩個p電子云不能再沿x軸方向“頭碰頭”重疊，只能讓p電子云的對稱軸平行，以“肩并肩”方式重疊形成兩個π鍵。如圖4-10。

圖4-10 N2分子形成示意圖

由于σ鍵電子云重疊程度較π鍵大，因而σ鍵比π鍵牢固。一般來說，π鍵容易斷開，化學(xué)活潑性較強。π鍵不能單獨存在，只能與σ鍵共存于具有雙鍵或叁鍵的分子中。σ鍵不易斷開，是構(gòu)成分子的骨架，可單獨存在于兩原子間。通常在以共價鍵結(jié)合的兩原子間只能有一個σ鍵。