【矩道化学虚拟实验室】微粒间的相互作用（一）——共价键其一

什么是化学键？广义的说，化学键是将原子结合成物质世界的作用力。在物质世界里，原子互相吸引、互相排斥，以一定的次序和方式结合成分子或晶体。我们将原子间通过共用电子形成的化学键称为共价键。接下来我们借助矩道化学仿真实验室软件展示化学键的形成。

图1：H原子的1s轨道

图2：Cl原子的3s与3p轨道

通常电负性相等或相近的非金属原子之间形成的化学键为共价键，比如由H，C，O，N，S和卤素等元素组成的化合物中，原子以共价键和另一个原子结合，例如H₂、HCl、Cl₂、N₂、O₂、CH₄等。

原子互相接近时，各原子中未成对的电子通过相互配对形成共价键，这种形成化学键的理论叫价键理论，或电子配对理论。在形成共价键时，一个电子和另一个电子配对以后，就不能和其他原子的电子配对了，这就是共价键的饱和性。例如，H原子中1s轨道只有1个未成对电子，所以两个H原子之间可以形成一个共价键结合成H₂分子，可以表示为H-H。

又比如，N原子中的三个2p轨道均有1个未成对电子，共有3个未成对电子，两个N原子之间便能够以共价三键的形式结合成N₂分子，可以表示为N≡N。

一个N原子也可以与三个氢原子以三个共价单键的形式结合成NH₃分子，表示为：

另一方面，在形成共价键时，原子轨道重叠的多，则形成的共价键越牢固，所以原子轨道的空间取向将影响共价键的方向。比如在Cl₂中，Cl的一个3p轨道有一个未成对电子，两个Cl原子就要沿着这个2p轨道的轴线接近才能形成共价键。

从3D结构示意图上可以看出来，N原子的价电子排布是2s²2p³，其中2p轨道的三个电子将根据洪特规则，分别占据2p_x，2p_y，2p_z三个原子轨道，是三个未成对电子。

当两个N原子沿着2p_x轨道的轴线相互接近时，2p_x轨道重叠形成一个共价键，同时它们的2p_y和2p_z也会对应着两两重叠形成两个共价键，这样形成的共价键我们称之为共价三键。

从上述形成过程中可以发现，共价三键中的三个共价键并非是完全等同的。沿着轴线接近的2p_x轨道以“头碰头”的形式重叠时，垂直于轴线而相互平行的2p_y或者2p_z轨道只能以“肩并肩”的方式重叠。