共价键化学键的种类

共价键（covalent bond），是化学键的一种，两个或多个原子共同使用它们的外层电子，在理想情况下达到电子饱和的状态，由此组成比较稳定的化学结构叫做共价键。其本质是原子轨道重叠后，高概率地出现在两个原子核之间的电子与两个原子核之间的电性作用，与离子键不同的是进入共价键的原子向外不显示电荷，因为它们并没有获得或损失电子。需要指出：氢键虽然存在轨道重叠，但通常不算作共价键，而属于分子间作用力。共价键的强度比氢键要强，与离子键差不太多或甚至有些时候比离子键强。共价键与离子键之间没有严格的界限，通常认为，两元素电负性差值大于1.7时，成离子键；小于1.7时，成共价键。

中文名

共价键

英文名

covalent bond

分类

化学学科

类别

化学键

主要特点

饱和性

在共价键的形成过程中，因为每个原子所能提供的未成对电子数是一定的，一个原子的一个未成对电子与其他原子的未成对电子配对后，就不能再与其它电子配对，即，每个原子能形成的共价键总数是一定的，这就是共价键的饱和性。  

共价键的饱和性决定了各种原子形成分子时相互结合的数量关系   ，是定比定律（law of definite proportion）的内在原因之一。

方向性

除s轨道是球形的以外，其它原子轨道都有其固定的延展方向，所以共价键在形成时，轨道重叠也有固定的方向，共价键也有它的方向性，共价键的方向决定着分子的构形。  

影响共价键的方向性的因素为轨道伸展方向。

定比定律（law of definite proportion）的内在原因之一。

（2）方向性

：形成共价键时，原子轨道重叠愈多，电子在核间出现的概率愈大，所形成的共价键就愈牢固，因此共价键将尽可能地沿着电子概率出现最大的方向形成，这就是共价键的方向性。影响共价键的方向性的因素为轨道伸展方。

描述

键参数

1、键长（bond length）

键长指两个成键原子的平衡核间距离，是了解分子结构的基本构型参数，也是了解化学键强弱和性质的参数。 对于由相同的A和B两个原子组成的化学键，键长值小，键强； 键的数目多，键长值小。 在实际的分子中，由于受共轭效应、空间阻碍效应和相邻基团电负性的影响，同一种化学键键长还有一定差异。 键长的测定主要是通过分子光谱和热化学手段。 下表给出常见共价键的键长（pm）数据取自《化学-物质结构与性质（选修）》（2007年）。 

共价键	键长	共价键	键长	共价键	键长	共价键	键长
H-H	74	H-F	92	H-Cl	127	H-Br	141
H-I	161	C-H	109	C-C	154	C-Si	186
C-N	147	C-O	143	C-P	187	C-S	181
C-F	133	C-Cl	177	C-Br	194	C-I	213
N-H	101	N-N	146	N-P	177	N-O	144
N-F	139	N-Cl	191	N-Br	214	N-I	222
O-H	101	O-P	160	O-S	151	O-F	142
O-Cl	164	O-Br	172	O-I	194	Si-H	148
Si-Si	234	Si-O	161	SI-S	210	Si-F	156
Si-Cl	204	Si-Br	216	Si-I	240	P-H	142
P-Si	227	P-P	221	P-F	156	P-Br	222
P-I	243	S-H	134	S-F	158	S-Cl	201
S-Br	225	S-I	234	F-F	143	Cl-Cl	199
Br-Br	228	I-I	266	C=C	134	C=N	127
C=O	123	N=N	122	N=O	120	O=O	121
C≡C	121	C≡N	115	N≡N	110

2、键能（bond energy）

通常指在标准状态下气态分子拆开成气态原子时，每种键所需能量的平均值。对双原子分子来说，键能就是键的解离能。键能与键焓近似相等，气态分子的原子化能等于全部键能之和。

下表给出常见共价键的键能（kJ/mol）数据取自《化学-物质结构与性质（选修）》（2007年）。

共价键	键能	共价键	键能	共价键	键能	共价键	键能
H-H	436	H-F	565	H-Cl	431	H-Br	363
H-I	297	C-H	413	C-C	347	C-Si	301
C-N	305	C-O	358	C-P	264	C-S	259
C-F	453	C-Cl	339	C-Br	276	C-I	216
N-H	391	N-N	160	N-P	209	N-O	201
N-F	272	N-Cl	200	N-Br	243	N-I	159
O-H	467	O-P	351	O-S	265	O-F	190
O-Cl	203	O-Br	237.6	O-I	不详	Si-H	323
Si-Si	226	Si-O	368	Si-S	226	Si-F	565
Si-Cl	381	Si-Br	213	Si-I	不详	P-H	320
P-Si	310	P-P	200	P-F	490	P-Br	272
P-I	184	S-H	347	S-F	327	S-Cl	271
S-Br	218	S-I	170	F-F	159	Cl-Cl	243
Br-Br	193	I-I	151	C=C	614	C=N	615
C=O	745(799)	N=N	418	N=O	607	O=O	498
C≡C	839	C≡N	891	N≡N	945

3、键角（bond angle）

键角即两共价键的夹角，由于共价键的方向性，共价化合物的键角是一定的，但组成相似的化合物未必有相同的键角，孤对电子对成键电子有较大的排斥作用，可导致键角变小。

4、键级（bond order）

键级是分子轨道提出的一个概念，其定义是成键电子与反键电子之差的一半，键级可以描述共价键的稳定性，键级越大，共价键越稳定。

5、键偶极矩（bond dipole moment）

键偶极距简称“键矩”，概念与力矩类似，可以描述共价键的极性。键矩的定义为：μ=q·l

式中μ为键矩（C·m），l为键长，q为电荷量

键矩是矢量，由电负性弱的一端指向电负性强的一端，即从正到负。键矩也可以由实验测得 

分子模型

相比于键参数对共价键的描述，各种模型的描述显得更加直观。下表给出在分子模型中常用的颜色和对应元素。

元素	氧	碳	氮	硫	氢	碘	氟	氯	溴
用色	红	灰	蓝	黄	白	紫	黄绿	绿	橙

注：上表只是给出了常用的元素和对应颜色，与实际情况存在着一定的出入。

球棍模型（Ball-and-stick models）

球棍模型又称“空间填充模型”，是一种用来表现化学分子的三维空间分布的分子模型。在球棍模型中，“棍”代表共价键，“球”代表成键原子。球棍模型能表示分子的键角以及成键原子的半径。

比例填充模型（Space-filling models）

比例填充模型与球棍模型类似，用来表现分子三维空间分布的分子模型。是球棒模型的进一步发展，可显示更为真实的分子外型。但很难从模型中看见化合物的键角。

存在范围

1.非金属单质

2.共价化合物

3.某些离子化合物

参考资料

1.(Q-5) 原子核和 玻尔早期的原子模型·NASA

2.大连理工大学无机化学教研室 编，2008年：《无机化学（第五版）》，高等教育出版社，262～294页·高等教育出版社

….