原子鍵結與原子間作用力

離子鍵

有些原子靠徹底的轉移來鍵結:一方把電子交出去,另一方接下,兩邊產生的相反電荷就像磁鐵吸在冰箱上一樣黏在一起。這種正離子與負離子之間的靜電抓握,就是離子鍵。它是鹽類與許多陶瓷的鍵;想想最常見的食鹽(氯化鈉),就是課本範例。

它發生在電負度差很大的原子之間,通常是金屬(急著把電子送出)與非金屬(急著把電子拿進)。鈉把它單獨的外層電子交給氯;鈉變成 Na^+,氯變成 Cl^-,相反電荷相吸。關鍵在於,這股吸引沒有方向性;電荷向四面八方拉得一樣強,就像一顆小球周圍的場。所以每個離子只是盡量讓周圍圍滿能塞下的異號鄰居,以平衡電荷與大小來堆積,而不是為了指向任何特定方向。在食鹽中,這意味著每個 Na^+ 被 6 個 Cl^- 環抱,反之亦然。

因為這種鍵沒有偏好方向,離子固體堆得緻密又對稱,其結構由大小(半徑比)與維持整體電中性所決定。強烈的靜電抓握使它們通常又硬、又脆、熔點高;因為電子被鎖在個別離子上,固態時不導電(沒有自由電荷可移動),但一旦熔化或溶於水、把離子放出來,它們就導電良好。它們的脆性有個很妙的成因:推動一層讓同號電荷對齊,晶體就沿那個面崩裂開來。

氯化鈉:每個 Na^+ 坐在八面體洞中、被 6 個 Cl^- 環繞,每個 Cl^- 同樣被 6 個 Na^+ 環繞(配位 6,即岩鹽結構)。這種鍵沒有方向性,所以選擇這種緻密又對稱的堆積,只是為了在大小允許下、最經濟地平衡 +1 與 -1 的電荷。

電子轉移,加上無方向性的吸引,給出以大小與電荷平衡的緻密堆積。

純粹 100% 的離子鍵是理想化;真實的離子鍵總帶有一些共價(共用)成分,電負度差越小、共價成分越多。稱一個鍵為「離子」,是指它以電荷轉移為主,而非純粹。

又稱
ionic bonding電價鍵