
化学键:理解反应与性质,避开电子式书写陷阱
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8-2原野: 我们总觉得化学反应很神秘,一堆东西倒在一起,就变成了新东西。但如果钻到分子层面去看,它到底发生了什么?
晓曼: 这个嘛,其实可以把它想象成一场“分子级别的重组”。本质上,任何化学反应都是在干两件事:拆开旧的化学键,然后组装成新的化学键。
原野: 拆开和组装?有点意思。就像玩乐高,先把原来的模型拆成一个个零件,再用这些零件拼个新的出来?
晓曼: 没错,就是这个感觉。比如氢气和氯气反应生成氯化氢,你就可以想象成,我们先花力气把氢气分子和氯气分子里的化学键“掰断”,让它们变回原子,这个过程需要吸收能量。然后,这些原子再重新两两组合,形成新的氯化氢分子,这个组合的过程就会释放能量。
原野: 哦,我明白了。所以一个反应最终是放热还是吸热,就看是拆开花的力气大,还是组装省的力气多。
晓曼: 完全正确。这就像是在算一笔能量账,最后是盈余还是亏损,决定了反应的最终能量变化。这个“断旧键、成新键”的模型,就是理解化学反应能量变化的基础。
原野: 那化学键本身的强弱,对我们肉眼可见的物质世界有什么影响呢?比如说,硬度或者熔点这些。
晓曼: 影响太大了。你想想金刚石为什么那么硬?因为它里面无数的碳原子,通过非常强大的共价键,手拉手形成了一个巨大的、立体的网络。
原野: 所以想破坏它,就等于要同时挑战这个网络里成千上万个“握手”的力量。
晓曼: 对!你得把这些共价键一个个地打断,这需要巨大的能量,所以它不仅硬,熔点也高得离谱。像氯化钠,也就是食盐,虽然是离子键,比最强的共价键稍弱一点,但那种正负离子间的静电吸引力也非常强,想让它们分开自由移动,也得加热到很高的温度才行。
原野: 嗯,这就解释了为什么有些东西那么“坚固”。那除了物理性质,化学键的特点是不是也决定了物质容不容易发生化学反应?
晓曼: 当然。最典型的例子就是空气里的氮气。它非常稳定,我们天天呼吸都没事,就是因为它分子里的氮氮三键特别牢固,像三根绳子捆在一起,想断开它太难了。
原野: 我明白了,所以键越强,分子就越“懒得”去反应。
晓曼: 是的,键能越高,分子就越稳定。反过来,像有些分子,比如碘化氢,里面的化学键就相对弱一些,稍微加热一下就容易分解。更有趣的是,有时候在一个分子内部,不同化学键的“命运”也不一样。
原野: 你是说,在一个分子里,有的键更容易断?
晓曼: 对。就拿乙醇来说,就是我们说的酒精。它分子里既有碳氢键,也有氧氢键。但那个氧氢键的极性更强,电子分布不均匀,就像一个“薄弱环节”。所以乙醇发生很多反应的时候,都是这个氧氢键先断开。
原野: 这么说来,理解了化学键的强度和极性,就等于拿到了预测化学反应如何进行的一把钥匙。
晓曼: 可以这么说。总结一下就是,化学反应的本质,就是旧化学键断裂吸收能量,和新化学键形成释放能量的过程。而化学键的强度,不仅决定了物质的硬度、熔点这些物理性质,也决定了它在化学反应中的稳定性,那些键能更低、或者极性更大的键,往往就是反应中最先被攻破的地方。