成鍵與內聚
鍵長
/ bond length /
想像兩個人被一根彈簧連著。把他們推得太近,彈簧就往回頂;拉得太遠,它又把他們扯回來。他們最終停在一個舒適的間距上,推與拉都佔不了上風。兩個成鍵的原子也完全一樣,而鍵長就是這個舒適的間距——一根鍵所連的兩個原子,其中心之間的自然距離。
在很近的距離上,原子內層的電子雲會猛烈相斥;在較遠的距離上,成鍵的吸引又把它們拉到一起。鍵長就是這兩種相反的力恰好抵消時的對峙距離,讓這一對原子處在能量最低處。它是從一個原子核量到另一個原子核的,單位通常是叫做埃或皮米的微小尺度;對於給定的一對原子,這個距離在不同分子之間出奇地一致。
鍵長之所以重要,是因為它定下了分子的大小和形狀,以及晶體中原子的間隔,而這又支配著材料如何堆疊、彎折與反應。一條好用的經驗是:越強的鍵往往越短——同樣兩個原子之間,雙鍵比單鍵短。一個常見的誤解是把鍵長當作固定剛硬的——實際上原子總是繞著它前後抖動,所以人們報出的數值是一個平均的靜止距離,而非被凍住的距離。
乙烷裡碳與碳之間的鍵(單鍵)約長1.54埃,而乙烯裡的雙鍵更短,約1.34埃,乙炔裡的三鍵則更短。同樣兩個原子,共享的電子對越多,就靠得越近。
共享的電子對越多,碳碳鍵就越短。
鍵長量的是兩原子核中心到中心的距離,而不是模糊的電子雲邊緣到邊緣的距離。由於每個原子都有一個典型大小,鍵長大致等於兩個原子半徑之和。
另見