原子鍵結與原子間作用力
鍵能
兩個原子被綁得多緊?鍵能用一個數字回答:把一對鍵結原子從歇息距離完全拉開到無限遠,你必須供給多少能量。它就是能量谷的深度;谷深代表鍵強,谷淺代表鍵弱。等價地說,它也是鍵首次形成時所釋放的能量。
鍵能通常以每鍵電子伏特或每莫耳千焦耳來標示。強的主鍵數值很大:碳-碳鍵約 3.6 eV(約 350 kJ/mol),矽-氧鍵更大,這正是鑽石與石英如此硬、熔點如此高的原因。金屬鍵中等,而次鍵弱得多;凡得瓦鍵通常是 0.01 到 0.1 eV,約弱一百倍,這就是蠟與分子固體如此容易熔化的原因。鍵能越大,要用熱擾動把鍵拆散成液體所需的溫度就越高,所以鍵能與熔點緊密相關。
鍵能是「這材料在原子層次有多強」的量化核心。它不只決定熔點與沸點,也透過同一道谷的深度與曲率,決定剛性與強度。它還解釋了化學的能量帳:當一個反應形成的鍵比它打斷的鍵更深(更強)時,就放出能量。比較材料時,鍵能是第一個要看的數字。
要熔化再汽化一種物質,你得供給足夠能量去克服它的鍵。鎢有非常強的金屬鍵,熔點 3422 度 C;固態氬只靠微弱的凡得瓦鍵(約 0.01 eV)維繫,熔點 -189 度 C。同一個道理,鍵能相差百倍,熔點就差了數千度。
能量谷的深度,同時定出熔點、剛性與強度。
別把鍵能(谷的深度,代表多強)和鍵長(谷底的位置,代表多遠)搞混。短鍵往往、但不總是強鍵;兩者透過曲線相關,卻是不同的量。
又稱
另見